Update2025.05.25 (일)
수소 사회 ‘현실화’
수소 관련 최신 기술을 집대성한 세계 최대의 수소연료전지 전시회가 일본에서 개최돼 미래 수소 사회를 한눈에 조망했다.
‘제14회 국제 수소·연료전지 박람회(FC EXPO 2018)’가 지난 2월28일부터 3월2일까지 일본 도쿄 빅사이트 전시장에서 개최됐다.
‘FC EXPO 2018’에는 △연료전지 시스템 △연료전지 스택 부품 △수소저장장치 △수소제소 관련 장치 △관련 평가·측정 장비 등 280여사가 출품했다.
이번 전시회는 일본 리드 이그지비션의 주최로 ‘월드 스마트 에너지 위크 2018(World Smart Energy Week 2018)’의 동시 전시회로 개최됐다.
‘월드 스마트 에너지 위크 2018’는 신재생 및 스마트 에너지에 관한 세계 최대급 종합 비즈니스 전시회로 FC EXPO 2018(수소연료전지 박람회)를 비롯해 △PV EXPO 2018(태양광발전 엑스포) △BATTERY JAPAN(이차전지 엑스포) △PV SYSTEM EXPO(태양광발전 시스템 시공 엑스포) △WIND EXPO 2018(풍력발전 엑스포) △THERMAL POWER EXPO(화력 엑스포) △8th INT'L SMART GRID EXPO(스마트그리드 엑스포) △3th INT'L BIOMASS EXPO(바이오매스 엑스포) 등의 신재생·스마트 분야의 8가지 전문 전시회와 220개의 핵심 컨퍼런스가 펼쳐졌다.
일본 최대 전시회장인 도쿄 빅사이트의 전관을 사용한 이번 전시회에는 한국, 미국, 캐나다 대만 등 70개 국가 및 지역에서 1,580개의 기업이 참가했으며, 7만명이 참관했다.
■ 日 수소산업 현실화
특히 이번 전시회에서는 일본의 수소 산업이 어느 정도 성숙했음을 보여주는 단서가 여기저기서 포착됐다.
이번 전시회는 과거 에너팜 보급을 위한 보조금 정책과 수소 생산, 수소스테이션 건설을 위한 기술과 장비 등 개별적인 기술, 정책 등을 홍보하던 과거와 달리 수소 사회 실현을 위한 포괄적인 방향 제시와 수소 관련 제품들의 성능 향상과 기술적 완성도 및 경량화, 고부가화를 실현하기 위한 소재, 부품들의 전시가 크게 늘어났다.
또한 태양광과 풍력과 융합된 수소생산, 지열과 융합된 수소연료전지 발전, 일상생활 도구에 수소연료전지를 첨가한 융합 제품들이 다수 출품됐다.
수소공급이용기술연구조합(HySUT)의 부스에서는 혼다의 수소차 ‘CLARITY’와 토요타 ‘미라이’ 등의 FCV의 분해 모형과 수소 사회 진입을 로드맵과 수소 사회를 구현한 모형 등이 주목을 받았다.
특히 수소 사회 구현을 위한 로드맵에서는 PEFC와 SOFC의 보조금 종료와 함께 시장에서 자립을 위한 가격을 제시했고, 연료전지 자동차의 보급을 위한 수소가격 현실화와 관련된 정책을 제안했다.
또한 수소차는 2020년 4만대에서 2025년 20만대를 보급하고, 수소스테이션은 2020년 160개소에서 2025년에는 320개소를 보급한다는 로드맵을 제시했다. 2018년 1월 기준으로 일본에는 수소스테이션이 100개 건설돼 있다.
특히 일본은 2020년 도쿄올림픽을 계기로 완전한 수소사회로 진입하겠다는 계획이다.
최근 일본 도쿄도는 도쿄가스와 자회사인 하루미 에코 에너지, JXTG에너지, 도시바, 도시바 에너지 시스템, 파나소닉과 함께 2020년 도쿄 올림픽 선수촌지역 에너지 사업에 관한 MOU를 체결한 바 있다.
이에는 도시 구획을 위한 수소 공급과 차량용 수소 공급에 대한 기본적인 내용을 담고 있지만 종합적으로 보면 수소 연료전지를 위한 수소 공급과 도시바, 파나소닉의 순수 수소연료전지 개발과 보급을 통해 가정 및 빌딩 등의 난방과 전력을 연료전지로 대체하기 위한 단계를 밟고 있는 것이며, 수소차 등 수송 부문에서의 인프라 문제도 함께 해결하겠다는 계획도 담고 있는 것으로 분석되고 있다.
도쿄 수소 공급망, 연료전지·수소차 일상 눈앞
일본 수소충전소 100개, 이동형충전소 개발완료
■ 이동형 수소스테이션 중점 홍보
전시회에서 수소스테이션 분야와 관련된 업체들의 참가가 높았다. 이와타니, 타츠노, 스즈키 쇼칸 등에서 수소스테이션 관련 기술과 부품들을 선보였다.
특히 이번 전시회에서는 이동형 수소스테이션이 중점 홍보 됐다.
이와타니는 풍력발전을 이용해 생산된 전력을 수전해 기술을 통해 수소를 생산한 뒤 충전할 수 있는 이동형 수소스테이션을 선보였다. 이 제품은 최대 6㎏의 수소를 저장·운반·충전할 수 있다.
또한 혼다는 지난해 첫 선을 보였던 콤팩트 경량 수소 스테이션을 선보였다. 이 제품은 용량은 크지 않지만 소형으로서 수소생산에서 충전이 가능한 점이 돋보이고, 투자비가 적기 때문에 보급이 쉬울 것으로 판단되고 있다.
수소스테이션과 함께 수소 스테이션을 뒷받침할 주요 장비들로서 밸브와 저장탱크 업체들도 많이 나왔다.
밸브 관련 기업으로는 SR 엔지니어링이 눈에 띄었다. SR 엔지니어링이 선보인 고압가스용기용자동밸브는 수소차 및 수소운반 차량의 수소탱크용으로 사용되고 있다.
저장탱크 부문에서는 헥사곤 링컨(HEXAGON LINCOLN)과 JFE가 많은 참가자들의 이목을 집중시켰다.
헥사곤 링컨은 탄소섬유를 이용해 가벼운 무게의 700Bar 자동차용 수소탱크를 선보였다. 복합 재료의 최적 설정을 통해 용기 본체의 저비용 화를 실현했다.
JFE는 정치식 수소스테이션용 저장탱크를 선보였다. JFE 컨테이너는 자사의 제품이 양산 공정이 가능하기 때문에 소재 제조비용을 크게 줄일 수 있다고 홍보했다. 또한 대구경·극후(極厚) 고강도 저 합금 강재 라이너를 적용해 강도 분담을 극대화했다고 밝혔다. 더불어 내압 피로 특성을 CFRP로만 보강해 비용 절감에 기여하고 있다고 전했다.
스즈키 쇼칸의 지게차를 위한 소형 수소스테이션도 눈길을 끌었다. 스즈키 쇼칸의 수소스테이션은 미국 에어프로덕츠의 기술을 채용했으며, 35MPa와 70MPa의 두가지 기종이 있다.
특히 스즈키 쇼칸의 수소스테이션은 자동차용이 아닌 수소지게차를 위한 소형의 제품이다. 공장마다 수소지게차를 도입하려고 하면 기존의 수소 충전 시스템은 크고 고가이기 때문에 수소지게차 도입이 어려운 실정인데, 스즈키 쇼칸의 수소스테이션은 간편하고 저렴한 가격에 도입할 수 있어 공장 실내에서의 작업 빈도가 높은 수소지게차 이용을 높일 수 있다.
일본의 타츠노와 독일의 WEH는 수소디스펜서를 선 보였다.
일본의 타츠노의 수소디스펜서는 이와타니 수소스테이션 등 수소스테이션 제작시 많이 채용되고 있으며, 점차 타츠노의 수소디스펜서를 이용하는 플랜트 메이커들이 증가하고 있다.
또한 타츠노의 ‘HYDROGEN-NX’는 82.0MPa의 고압축 충전이 가능하다. 콤팩트하고 매력적인 디자인과 함께 대형 디스플레이를 채택했다. 또한 온 사이트 방식과 오프사이트 방식을 선택할 수 있으며, 영하 40도에서도 사용이 가능하다. 최신 국제 규격을 채택했으며, 기존의 POS 시스템에 접속이 가능하다.
■ 수소용 전용소재 강화 제품 눈길
수소 관련 제품의 소재를 강화한 제품들도 눈에 띄었다.
특히 지난해 수소스테이션 기술을 홍보하던 신일철주금은 올해는 고압수소용소재인 ‘HRX19’를 중점 소개했다.
‘HRX19’은 니켈(Ni)을 32.09% 이상 함유하고 있으며, 수소에 강한 내수소 취성을 갖고 있다. 또한 강도가 높고, 용접 시공성이 좋다. 이에 대용량 고속 충전, 안전성, 경량화, 고압 수소 환경에서 사용할 수 있다.
이미 여러 상용 수소스테이션의 고압 부위에 채용되고 있으며, 배관·밸브·피팅 뿐만 아니라 압축기 및 열교환기 등 용도도 확대되고 있다.
이외에도 이와타니 산업은 수소 스테이션용 마이크로 채널 열교환기를 선보였다. 이 제품은 압축기, 디스펜서용 열교환기를 에칭 평판으로 확산 접합해 기존 대비 1/50로 소형화했다. 주요부 재질은 방수 자질이 뛰어난 SUS316 HiNi을 사용했다. 일본 고압가스 보안법의 특정 설비 검사 규칙에 적합한 제품이다.
이나바타 산업은 음이온 교환막(AEM)에 의한 수소 발생 장치를 선보였다. 초순수(超純水)가 필요하지 않은 고효율 제품으로, 신재생 에너지와의 친화성이 높고 수소스테이션 ZEH/ZEB 용 절약 시스템 등 다양한 용도로 사용하실 수 있다.
마그넥스는 SOFC용 셀을 선보였다. 600℃∼700℃ 동작의 고성능 SOFC셀로 ASC(양극지지 형) 제품을 공급하고 있다. 원형, 각형 및 버튼 셀 등 요청에 따라 제작이 가능하다.
다나카(TANAKA) 귀금속은 수전해 전극 촉매 평가용 CCM을 처음으로 전시했다.
다나카 귀금속은 고체 고분자형 수전해에 사용되는 전극 촉매를 공급하고 있는데 이번에 수전해 기술의 연구·개발을 촉진하기 위한 새로운 대응으로서 평가용 촉매 포함 전해질막 CCM(Catalyst Coated Membrane)을 전시했다. 특히 설계 요구에 맞춘 평가용 CCM을 제공해 장치 및 인프라 설비 메이커에서의 기술 개발 기간을 단축할 수 있으며 촉매 성능을 높게 이끌어 낸 평가용 CCM을 벤치마크로 사용함으로써 한층 더 고효율을 목표로 한 고체 고분자형 수전해 장치의 개발에 기여하고 있다.
또한 연료전지 시스템으로서 대표적인 가정용 정치형 연료전지 및 연료전지 자동차용의 고체 고분자형 연료전지(PEFC)용 전극 촉매를 중심으로 현재의 수소 정제에 사용되는 개질 촉매, PROX 촉매, 팔라듐 합금 수소 투과막 등도 소개했다.
타이어로 유명한 요코하마는 고압수소 충전용 호스 ‘ibar HG82’를 선보였다. 수소차에 대한 관심이 높아지면서 수소를 저장할 수 있는 저장용기에 대한 관심이 높지만 수소를 이송시키는 배관에 대해서는 아직 덜 관심을 두고 있다. 그러나 수소의 안전한 이용을 위해서는 수소를 이송시키는 배관의 중요성에 대해서는 더 이상 설명할 필요가 없다.
고압 수소용 호스는 일본에서 브리지 스톤과 요코하마가 취급하고 있는데, 과거에는 수소를 공장에서 공장으로 이송할 때 금속을 사용했으나, 녹으로 인한 누출로 인해 정기적 유지보수가 필요했다.
반면에 요코하마가 선보인 충전용 호스 ‘ibar HG82’는 수소가 통과하는 내부는 수지로 그 주위에 고강도 섬유가 감겨 있고, 바깥쪽을 고무로 덮는 형태로 금속보다 가볍고 처리가 좋은 것이 장점이다. 초기 비용이 아직 높은 것이 단점이지만, 유지보수가 필요없다.
소음·압축기無 소형 수소스테이션, 주택가 간편설치
스틸·고무·복합소재 등 첨단 소재, 수소사회 앞당겨
■ 수소사회 미래 제시 눈길
수소사회 실현을 위한 미래제시도 눈에 띄었다.
이와타니는 수소에너지사회 모형을 통해 수소의 생산과 운반, 적용분야를 이해하기 쉽도록 설명했다.
특히 HySTRA를 통해 수소의 해외 생산을 통한 해상 운송의 개념을 제시했다. HySTRA에는 J-POWER, Shell Japan, Iwatani, Kawasaki 등 4개의 회사가 참여하며, 240년 동안 공급이 가능한 수소를 해외에서 생산해 일본으로 들여오는 프로젝트를 소개했다.
혼다는 스마트 수소스테이션, 수소차, 수소차를 이용한 이동형 발전기 등을 통해 미래 수소사회에 접근했다.
혼다가 선보인 스마트 수소스테이션은 이 제품은 10피트 컨테이너와 동일한 크기의 수소 스테이션으로 기존의 수소스테이션에 비해 크기와 비용을 크게 줄였다는 것에 특징이 있다. 축압식고압수전해시스템 방식의 수소스테이션으로 150kg/day(0.7N㎥/h)의 수소제조능력을 보인다. 충전압력은 35MPa이며 제조압력은 40MPa다. 수소 저장량은 약 19kg이다.
이 제품은 소형 수소스테이션으로 설치 면적을 극소화해 기존 건축물에 설치가 가능하며 부지마련에 들어가는 비용을 최소화 할 수 있다는 장점이 있다. 또한 공장에서 제조돼 나오기 때문에 설치에 들어가는 시간도 줄일 수 있어 보급형 수소스테이션으로 각광 받을 것으로 기대되고 있다.
특히 이 제품은 컴팩트 컴프레서를 사용하지 않고 수소차에 충전할 수 있는 정숙성을 보인다. 이에 주거지역까지 설치할 수 있어 짧은 공사 기간으로 장소를 가리지 않고 설치 가능하다. 더불어 사용자가 특별한 자격이 없이도 운용할 수 있는 것이 특징이다.
클래리티(CLARITY)는 혼다의 수소연료전지차로 수려한 디자인과 뛰어난 성능으로 수소차 시장에 도전장을 던졌다. 연료전지 스택 최고 출력은 100kW이상이며, 모터 최고 출력은 130kW다. 700bar의 압력으로 3분안에 충전이 가능하며 한번 충전에 700km 이상을 주행할 수 있다. 연료전지시스템출력밀도는 3.1kW/L다.
클래리티는 외부로 전원을 공급하는 ‘POWER EXPORTER 9000’을 외장품으로 갖고 있다. 이 제품은 전기가 단전됐을 경우 수소차를 이용한 발전기 역할을 하는 외부장치다. 정격출력은 9.0kVA다.
■ 순수소형 시스템 주목
가정용 연료전지 업체는 파나소닉, 미우라 등이 과거와 다름없이 가정용 연료전지를 홍보했으며, 아이신, 도시바 등의 업체도 눈에 띄었다.
특히 순수소형 연료전지 시스템이 주목을 받았는데, 순수소형 시스템은 수소를 공급하는 공급망이 갖춰져야 사용할 수 있는 시스템으로 도시가 수소 공급망을 갖춰야 하기 때문에 궁극적으로 수소사회를 직접적으로 앞당기는 계기가 될 것으로 볼 수 있다. 도시 계획을 통한 수소 공급망이 갖춰진다면 순수소형 연료전지 시스템의 보급도 가정과 빌딩에 기하급수적으로 늘어날 것으로 보이며, 더욱이 수소스테이션의 보급 확대와 건설비용의 절약에도 도움이 될 것으로 보인다.
SOFC가 주류를 이룬 가운데 특히 도시바가 선보인 700w급과 100kW규모의 순수소형 연료전지시스템은 수소를 추출하는 연료개질기가 불필요해 열손실이 없어 고효율화와 소형화가 가능해 참관객들의 주목을 받았다.
수소의 손실을 줄여주고 고 출력의 파워를 제공할 수 있는 제품으로는 일본 브라더(Brother)사의 FC4-5000-DC380V가 주목받았다. 이 제품은 ‘기액분리’ 구조와 수소 순환 시스템을 채용해 수소 저장 탱크에 저장된 수소 중 99%를 셀 스택에서 반응시키는 것을 가능하게 한 고효율 연료전지로 고체 고분자(PEFC) 방식을 채용해 높은 응답성 등을 제공하고 있으며, 이 방식은 수소차 등으로도 사용되고 있기 때문에 수소차의 수가 증가하고 부품 비용이 떨어지면 가격을 낮추는 것도 가능해져, 새로운 보급을 전망할 수 있다.
올해부터 4.4kW의 연료전지 수주 개시를 통해 새롭게 연료전지 시장에 신규 진출하는 브라더는 통신 인프라의 백업 전원용으로 초기 시장을 개척하고, 이후 상업시설이나 병원 등으로 확대 후 2025년까지 연료전지에서 매출 200억엔을 거둔다는 목표다.
국내에서는 에이치엔파워, 미코 등이 출품했다.
가솔린, 디젤, 가스 등에서 수소를 생산하는 기술을 보유한 에이치앤파워는 개질기와 이를 바로 연료전지와 접촉할 수 있는 모듈기술이 담긴 시스템을 선보였다.
에이치앤파워의 개질기는 이동이 편하고 취급이 용이한 액체연료로 연료전지가 가동할 수 있으며 현재 1kW에서 5kW규모의 다양한 개질기를 생산 중에 있으며, 자체적인 촉매 개발에도 적극 나서고 있다.
특히 이번 전시회에서는 3kW SOFC를 중점 홍보 했는데, 이 제품은 가정과 빌딩을 위한 제품으로 도시가스를 이용해 수소로 개질하며, 전력효율은 50%, 종합효율은 85%를 달성했다.
미코는 고체산화물 연료전지(SOFC) 스택 ‘큐브파워(QubePower)’와 SOFC 시스템 ‘TUCY’를 선보였다.
미코는 지난 2008년부터 SOFC를 개발해 왔으며 SOFC 소재(슬러리·페이스트·파우더), 스택, 시스템 등 토털솔루션 기술을 확보했다. ‘TUCY’는 자체 기술력으로 처음 개발한 2kW급 SOFC 시스템으로 크기를 혁신적으로 줄이고 안전성과 기능을 강화했다. 전력효율은 45%로 열효율까지 합하면 전체 효율은 90%에 달한다.
천연가스를 개질해 전기와 열을 발생시키는 친환경발전인 SOFC는 24시간 전기와 열이 필요한 공동주택, 병원 등 상업용 건물에 비상 또는 분산발전원으로 경쟁력이 있다. 이에 미코는 ‘TUCY’에 대한 제품인증을 올 상반기 완료하고 하반기부터는 제품판매에 나설 예정이다. 나아가 발전사업자로 나서 전력판매에 직접 나선다는 계획이다.
전선규 미코 회장은 “최근 신재생에너지 보급정책 강화와 함께 국내외에서 연료전지를 통한 발전사업이 본격화 되면서 시장이 개화기를 맞이하고 있다”며 “미코는 소재부터 시스템까지 기술력을 확보하고 있기 때문에 가격경쟁력을 갖추고 있으며, 이를 기반으로 향후 MW급으로 제품양산을 서둘러 연료전지 시장을 선도하는 세계적인 기업으로 자리매김할 것”이라고 밝혔다.
■ 신소재 참관단 탐방
이번 전시회에도 신소재경제에서는 참관단을 파견해 전시회를 관람했다. 참관단은 2박3일간의 일정을 통해 전시회 참관은 물론 일본 이화학연구소 등을 방문했다.
이화학연구소는 노벨과학상 수상자를 9명이나 배출한 선진 기초과학연구기관으로 우리나라에서는 KIST, KRICT, KRIBB, SNU, IBS 등과 협력을 맺고 공동 연구를 진행하고 있다.
물리학, 공학, 화학, 생물학, 의과학 등 자연과학 전반을 연구하는 일본의 종합연구소로 연구성과 보급을 위해 대학 또는 기업과의 공동연구와 수탁연구를 진행하며, 특허를 비롯한 지적소유권을 산업계에 이전하는데 적극적으로 나서고 있다.
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