2020년 수소경제 사회 기반 다진다

■ 2019년 최대의 성과, 로드맵 마련

지난 2019년 수소 경제 최대의 성과라고 한다면 로드맵을 마련해 체계적 추진에 나섰다는 점이다.

지난해 만들어진 로드맵에 따르면 2040년 수소차 누적 생산이 620만대로 세계 시장 점유율 1위를 달성하고, 수소충전소가 1,200개소, 수소 생산을 연 526만톤 이상으로 확대하는 비전이 담겨있다.
주요 내용을 살펴보면 수소 모빌리티에서는 2040년까지 수소차 620만대(내수 290만대, 수출 330만대)를 생산한다는 계획이다.

수소승용차 국내 보급은 2017년까지 누적 177대(신규 51대)에서 2018년 누적 889대(712대)로 대폭 확대했고, 2019년에는 신규만 4,000대 이상을 보급할 계획이다. 2019년 1월부터 11월까지 3,906대가 판매돼 4,000대 보급은 무사히 달성될 것으로 보인다.

2025년까지 年 10만대의 상업적 양산체계를 구축해 수소차 가격을 내연기관차 수준으로 하락, 2022년까지 핵심부품(막전극접합체, 기체확산층 등) 국산화율 100%를 달성한다는 계획이다.

수소충전소는 2040년까지 1,200개소를 구축한다. 수소충전소 경제성 확보시까지 설치보조금을 지원하고 운영보조금 신설도 검토해 충전소의 자립화를 지원한다. 민간주도 충전소 확대를 위해 SPC 참여 확대 및 기존 LPG·CNG 충전소를 수소충전이 가능한 융복합 충전소로 전환한다. 올해 운영되고 있는 수소 충전소는 25개다.

에너지 분야에서는 2040년까지 발전용 연료전지 15GW(내수 8GW) 보급한다.

2022년까지 국내 1GW 보급으로 규모의 경제를 달성하고, 2025년까지 중소형 LNG 발전과 대등한 수준으로 발전단가 하락, 중장기적으로 설치비 65%, 발전단가 50% 수준으로 하락시킨다.

가정·건물용 연료전지는 2040년까지 2.1GW를 보급한다.

수소 생산은 그린수소 확대로 공급량 연간 526만톤, 가격 ㎏당 3,000원을 달성한다.

부생수소, 추출수소를 초기 수소경제 이행의 핵심 공급원으로 활용하고, 수전해, 해외생산 수소 활용 등을 통해 그린수소 산유국으로 도약한다는 방침이다.

저장·운송은 안정적이고 경제성 있는 수소유통체계를 확립한다. 고압기체, 액체, 액상, 고체 등 저장방식을 다양화·효율화하고, 수소 수요 증가에 맞춰 튜브트레일러 및 파이프라인 활용을 확대한다.

전주기 안전관리 체계 확립 및 수소산업 생태계 조성에도 나선다.

‘도시가스’ 수준 이상으로 국민들이 신뢰할 수 있도록 수소 생산, 저장·운송, 활용 전주기에 걸쳐 확실한 안전관리 체계를 구축한다.

수소 안전관리 전담 법령 제정, 충전소 부품, 시스템 등에 대한 안전기준을 국제기준에 맞게 제·개정, 안전성 평가 센터를 운영할 계획이다.

■ 2020년 수소충전소 100개 전망

지난 9월 국회에서는 수소충전소가 준공돼 본격 영업에 들어갔다. 국회 수소충전소는 산업부의 규제샌드박스 1호로 추진된 사업으로서, 상업지역에 속하는 국회 부지에 대해 산업융합촉진법에 따른 실증특례를 허용하여 입지제한 및 도시계획시설 지정 없이 국유지 임대를 통해 충전소 설치가 승인된 사례다.

또한 관계부처와 지자체가 협력해 인허가부터 완공까지 모든 절차를 총 7개월 만에 완료함으로써, 신산업이 성장하는 데 규제가 걸림돌이 되지 않도록 전적으로 지원하겠다는 정부의 의지를 다시 한 번 확인시켜주는 결과물로 평가된다.

올해 국회 수소충전소 준공과 함께 고속도로에는 8개의 수소충전소가 문을 열었고, 2019년 말까지 운영 중인 수소 충전소는 25대에 달한다. 연구용 수소충전소까지 합하면 33개의 수소충전소가 국내에 있으며, 현재 구축 예정인 수소 충전소는 수소융합얼라이언스추진단에 따르면 72개에 달한다. 구축 예정인 수소 충전소를 모두 건설하면, 100개가 넘을 것으로 기대되고 있다.

■ 하이넷 공식 출범

수소충전소 보급을 위해 수소에너지네트워크㈜’(Hydrogen energy Network ; HyNet, 이하 하이넷)가 지난 3월 공식 출범했다.

그간 수소충전소는 지자체 중심으로 구축·운영돼 왔으며, 민간에서는 수소충전소 구축·운영에 참여를 망설이는 경우가 많았다.

이러한 상황에서 기술과 역량을 갖춘 국내외 13개 기업이 의기투합해 수소충전소 확산 사업에 본격적으로 뛰어든 만큼, 민간 중심의 수소충전소 구축·운영 모델을 정립하고, 제도개선을 도모함으로써, 더 많은 민간의 참여를 이끌어 내는 계기가 될 것으로 예상된다.

‘하이넷’의 설립은 정부의 수소차 확산 기조에 발 맞춰 2018년부터 본격 추진됐다.

2018년 4월, 산업부·환경부·국토부 및 한국가스공사·현대자동차 등 SPC 참여기업은 ‘SPC 설립을 위한 MOU’를 체결했으며, 작년 SPC 설립모델 연구용역, 참여기업 모집 등의 절차를 거쳐, 2019년 2월 공정거래위원회의 기업결합심사를 완료했다.

2019년 2월28일 발기인 총회를 개최하고, 3월초 법인설립 등기를 거쳐, 약 1년여의 준비 끝에 3월11일 공식 출범했다.

‘하이넷’은 2019년 1월 울산에서 발표한 ‘수소경제 활성화 로드맵’ 등 정부의 수소차 확산목표의 실현에 적극 기여한다는 방침이다.

이에 ‘하이넷’은 2022년까지 정부의 수소충전소 목표(310개소)의 30%를 넘어서는 수소충전소 100개소를 구축·운영할 계획이다.

또한 ‘하이넷’은 2028년까지 10년 동안 운영하면서, 수소충전소의 효율화 및 규제·제도 개선, 서비스 향상 등도 추진한다.

수소법 통과, 수소경제 이행 추진체계 마련
수소차 보급 목표 달성, 충전소 100개 전망

■ 수소버스 시범사업 전국 확산, 수소택시 운행

2018년 10월 울산에서 처음으로 정규노선에 투입된 수소버스가 전국적으로 시범사업으로 진행된 한 해 였다.

수소버스는 2020년 하반기 본격 보급에 들어갈 예정인데, 본격적인 보급에 앞서 기술적인 타당성을 확보하고 운행 과정에서 발생하는 어려운 점을 미리 해결하기 위해 추진되고 있다.

수소버스 시범사업은 2019년부터 2년간 △서울 7대 △광주 6대 △울산 3대 △창원 5대 △아산 4대 △서산 5대 등 총 30대의 수소버스를 전국 6개 도시 시내버스 노선에 투입하는 것인데 서울은 2018년 11월 운행에 들어갔으며, 창원시도 2019년 6월에 운행에 들어갔다.

시범사업 이외에도 전주시에서는 2020년 6월부터 수소버스를 도입해 실제 운영에 들어갈 예정이다. 전주시는 5년간 매년 15대 가량의 수소 버스를 도입해 오는 2024년에는 전주시 전체 시내버스의 20%에 해당하는 80여대의 시내버스를 운영한다는 계획이다.

수소버스와 더불어 국회 수소충전소 준공식 직후 서울에서 수소시범사업도 개시됐다.

2019년에는 삼환운수, 시티택시 등 2개의 택시업체에서 각 5대씩 10대가 서울시내 도로를 누빌 예정이며, 2022년 말까지 약 4년에 걸쳐 총 20대의 수소택시를 일반 택시와 같이 운행할 계획이다.

산업부는 이번 시범사업을 통해 약 4년간 최대 약 80만 명 이상의 서울 시민이 수소택시를 경험할 수 있을 것으로 예상하고, 수소택시를 실 도로에서 16만km 이상 운행함으로써 수소전기차 핵심부품의 내구성 및 성능을 검증하고, 개선해 나갈 계획이다.

2021년 이후 모든 경찰버스가 수소버스로 전환된다. 이를 위해 지난 2019년 10월 경찰 수소전기버스가 처음 현장 배치되기도 했다. 경찰청은 2020년까지 경찰 수소버스 실증사업을 원활히 추진하고, 2021년 이후 모든 경찰버스의 수소버스 전환을 위해 노력하기로 했다.

버스 내 냉난방 장치 사용으로 도심 속 공회전이 불가피한 경찰버스는 매연이 심해 친환경 버스로 교체해야 한다는 요구가 많았다.

경찰수소버스는 유해가스를 전혀 배출하지 않으며, 부가적으로 공기정화 효과가 있고, 소음과 진동이 적어 장시간 탑승 시 탑승자의 피로도가 내연기관 차량에 비해 상대적으로 덜해 경찰관의 근무환경도 개선될 것으로 기대된다.

경찰청은 2020년에 저상형 수소전기버스 2대를 추가 구매하고, 2021년부터 내구 연한이 도래하는 차량을 순차적으로 수소버스로 교체할 계획이며, 경찰 수소전기 순찰차의 개발(2020년) 및 보급(2021년)도 추진할 예정이다.

산업부는 수소차의 성능 개선과 함께, 경찰 수소버스 및 수소 청소트럭 등 다양한 특수목적차량의 수소차를 개발해 2030년까지 모든 차종의 친환경차 라인업을 구축할 계획이다.

이를 위해 2022년까지 버스 전용 수소충전소 60기를 구축하고, 압축천연가스(CNG : Compressed Natural Gas) 충전소를 수소충전이 가능한 복합충전소로 전환해 나갈 계획이다.

■ 수소경제법 마련, 수소경제 성공 위한 초석

수소경제법은 2019년 수소경제법 6건 및 수소안전법 2건 등 총 8건이 발의돼 11월 병합심의 의결됐고, 11월 중 법사위 의결됐다.

수소경제법은 수소경제 이행 추진체계 마련과 수소경제 육성을 위한 지원정책, 수전해 설비 등 저압 수소용품 및 사용시설에 대한 안전규정 마련 등의 내용을 담고 있다.

수소경제 이행 추진체계에는 수소 수급계획·기반조성 등의 수소경제 기본계획과 수소경제위원회, 수소경제 실무위원회, 수소경제추진단에 대한 내용을 담고 있다.

수소전문기업 육성·지원을 위해서는 수소전문기업을 대상으로 기술개발 및 사업화 지원, 보조·융자 및 조세·부담금 감면 등의 내용을 담고 있다. 수소전문투자회사 법적근거가 마련됐으며, 수소특화단지에 대한 우선 입주기회가 제공된다.

수소연료공급시설 및 연료전지 설치, 촉진을 위해서 고속도로 휴게소 등 수소연료공급시설 설치가 권고되고, 수소의 생산계획 또는 수급계획 제출, 국가·지자체·공공기관 대상 연료전지 설치 권고 사항이 담겨있다.

기반조성을 위해서 전문인력 양성, 표준화, 통계, 국제협력, 기술개발 촉진, 교육·홍보 등 사회적 공감대 형성, 종합정보관리시스템 구축·운영 등에 대한 내용이 담겨 있다.

수소산업진흥, 수소유통, 수소안전에 대한 전담기관 지정에 대한 내용도 담겨 있다.

이외에도 수소 충전시설의 안전관리체계, 수소충전소 주요 부품의 안전관리체계에 대한 내용도 담겨있다.

■ SOFC 본격화

미코는 지난 2019년 9월 국내 최초, 국내 최대 SOFC 양산공장을 준공했다.

총 110억원의 건설비용을 투자해 건설된 이번 생산공장은 총 3,893㎡(1,293평) 부지에 총 4개월의 건설기간을 거쳐 완공됐다. 이곳에는 자체기술개발로 보유하고 있는 국산 셀, 스택, 시스템에 대한 원스톱 생산라인을 구축됐으며 공장의 생산규모는 연간 1㎿규모다.

특히 미코의 생산공장은 현재 국내 유일의 SOFC 전주기 생산공장이라는 점에서 국내 연료전지 시장에 시사하는 바가 크다. 그간 정부 국책과제와 회사 자체적인 기술개발 투자 등으로 셀과 스택은 현재 90%, 시스템은 75% 이상의 높은 국산화율을 달성하였고 이 모든 것들이 한 공장에서 생산되는 첫 사례로 꼽히기 때문이다. 이로 인해 국산 SOFC 제품의 세계 시장 진출과 발전분야에서의 SOFC 상용화 촉진에 기여할 것으로 기대되고 있다.

지난 2008년 SOFC 소재 및 단전지 제조기술 개발을 시작으로 2011년 SOFC 단전지 제조기술과 2015년 평판형 SOFC 스택(모델명 큐브파워) 제조기술을 확보했다. 미코는 SOFC 시스템 브랜드를 ‘TUCY(투시, Tomorrow LUCY의 합성어)’로 정했고, 2kW급 TUCY는 지난해 9월 한국가스안전공사가 시행하는 가스기기인증(KGS AB934)를 획득했으며, 51.3%라는 공식적인 국내 최고 발전효율을 입증하기도 했다.

현재 UNIST와 코미코에 2㎾ TUCY SOFC시스템 3대를 설치, 상업운전 중이며, 서울 물연구원과 부안군 관사에도 시스템 2대를 설치하여 상업 운전을 준비하고 있다.

STX중공업도 자체기술로 개발한 1kW SOFC ‘encube’의 보급을 위해 준비 중이다.

이 제품은 건물용 제품으로 도시가스를 이용해 수소로 개질하며, 연료소비량은 시간당 1,873kcal다. 발전효율과 열효율은 모두 45% 이상을 달성했다.

특히 이 제품은 국내 업계 최초로 SOFC 제품 안전 검사에 합격했으며, 국내 업계 최초로 SOFC 시스템 녹색기술 인증을 획득했다.

에이치앤파워도 3kW SOFC 보급을 위해 노력 중이다. 이 제품은 가정과 빌딩을 위한 제품으로 도시가스를 이용해 수소로 개질하며, 전력효율은 50%, 종합효율은 85%를 달성했다. 현재 1,000시간 이상의 검증을 완료했으며, 향후 3만 시간 이상의 내구성을 확보한다는 계획이다.

탄소섬유 보급 박차, 수소용기 국산화 박차
소재·부품 지원 기관 속속 준공, 역량 강화

■ 2020년 수소경제 뒷받침할 소재 기술 확보 본격화

2020년 한 해는 수소경제를 뒷받침할 소재 기술 확보에 적극 나서야 할 것으로 보인다.

수소경제의 핵심인 수소차의 경우 부품기술은 부품수가 많은 운전장치는 전세계 최고 기술을 보유하고 있으나, 스택의 막전극접합체, 수소저장장치의 고압용기에서 뒤쳐져있는 것으로 분석되고 있다.

특히 스택의 핵심부품인 막전극접합체의 경우 국내 기술은 2015년에 확보한 것으로 알려져 있으나, 일본 대비 기술 수준은 미흡해 국산화율은 50%에 불과한 것으로 분석됐다. 특히 2020년 국산화 예정이지만 소재의 경우는 국내 개발이 미흡해 수입에 의존해야 하는 것으로 알려져 있다.

기체확산층의 경우도 마찬가지다. 현재 독일, 일본 등에서 해외부품을 전량 수입 중인데, 부품의 국산화는 가능하나 소재의 경우는 막전극접합체와 마찬가지로 수입에 의존해야 하는 것으로 분석된다.

수소저장장치에서 수소저장용기도 국산화율이 50%에 불과하다. 이는 2015년에 부품 국산화에는 성공했으나 핵심소재인 카본복합소재를 일본에서 수입해야 하기 때문에 가격경쟁력에 열위를 보이고 있는 것으로 나타났다.

수소차의 전장장치에서도 전력변환장치의 경우 국산화율이 40%에 불과하다. 파워소자, IC, Cap 필름 등 소재를 일본, 독일 등에서 수입에 의존하고 있다.

연료전지 핵심부품에서의 국산화에도 더욱 박차를 가해야 할 것으로 보인다.

우리나라의 경우 연료전지 시스템 제작 및 운영기술은 동등 수준이나 부품·소재기술은 미흡한 것으로 분석된다.

스택의 셀 전극·촉매, 연료변환기 촉매는 전량 수입에 의존 중이나 대부분의 열교환장치, 공기공급장치 및 전자장치 등은 단기간 내에 100% 국산화를 달성할 가능성이 있는 것으로 분석된다.

셀 전극·촉매는 2019년 촉매/전극 제조기술을 국산화 했으나 소재는 영국, 싱가포르 등에서 전량 수입에 의존하고 있다. 분리판/가스켓은 국산화율이 50%에 불과하며, 소재는 수입에 의존하고 있다. 이외에도 매트릭스, 공기공급장치, 연료공급장치 등도 국산화율이 50%에 불과하다.

또한 수소를 운송, 저장하기 위해서는 수소 취성 때문에 기존 탄소강 기반의 소재 이용에 제약이 있다.

이에 일본 등 선진국에서는 수소에 강점을 가지고 있는 신규 소재 개발을 추진 중인데 수소용 합금강에는 기존 탄소강에 니켈, 크롬, 망간 등이 적정 비율 이상 함유가 필요하다.

■ 탄소융합기술원, 탄소섬유 원천기술 확보·대용량 수소 이송용기 제작 박차

한국탄소융합기술원(원장 방윤혁)은 현재 국산화율이 50%에 불과한 수소저장용기의 완벽한 국산화를 위해 박차를 가하고 있다.

탄소융합기술원은 수소저장용기의 국산화율의 핵심인 탄소섬유를 이미 개발한 바 있다.

2008년 탄소융합기술원과 효성은 MOU를 맺고 탄소섬유 공동개발을 시작해, 2011년 범용탄소섬유 국산화 개발에 성공한 바 있다.

현재 효성 전주공장에서 해마다 2,000톤 정도를 생산하고 있다.

효성첨단소재는 탄소섬유 세계 시장 점유율 10% 달성을 목표로 2028년까지 1조원을 투자해 탄소섬유 생산라인을 연간 2만4,000톤 규모로 증설에 박차를 가하고 있다.

또한 탄소융합기술원은 오는 2022년까지 국비 약 50억원 지원 받아 수소 운송을 위한 대형 수소압력용기 개발을 추진 중에 있다.

현재 시중에서 사용 중인 수소운송용 튜브트레일러의 경우, 차량의 총 중량이 약 40톤에 1회 운송량이 약 200㎏ 수준이어서 도심 내 도로의 화물차 총중량(차량+트레일러 합 32톤)제한을 초과하고 있다.

일례로 서울시의 경우 교량과 고가도로, 입체교차로, 하천복계, 일반도로, 터널 등 115개 시설의 경우 총중량 32톤을 초과하는 차량은 진입이 제한되고 있어, 대한민국 수소산업 발전을 위해서는 이를 개선하기 위해 운송·저장량 증대 및 총 중량을 감소시킬 수 있는 기술이 요구되는 상황이다.

이에 기술원은 1회 수소운송량 1ton을 만족하면서 화물차 총중량 제한을 넘지 않는 수소저장용 튜브스키드 개발을 위해 국내 기업 및 기관들과 컨소시엄을 구성했다.

탄소융합기술원은 향후 이 사업을 통해 △운송용 탄소복합재 기반 대용량의 고압용기 개발 △수소 스키드 패키징 기술 및 내구, 내환경성 등 신뢰성 확보 △대용량 복합재 고압용기 안전성 검증절차 및 운용기술 등을 개발할 계획이다.

탄소융합기술원은 또 탄소소재·수소산업 생태계 활성화를 위해 기술개발이 끝난 후에는 해당 압력용기에 사용되는 대량의 국산 탄소섬유를 적용해 제작할 예정이다.

■ 충남TP 등 수소 소재·부품 지원 역량 확보

충남테크노파크(원장 윤종언)는 지난 12월 예산 자동차센터에서 수소연료전지자동차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle) 부품시험평가센터를 준공했다.

수소연료전지차 부품시험평가센터는 총사업비 708억원(국비 344억원, 지방비 212억원, 민자 147억원)이 투입돼 부지 면적 2만1,719㎡, 건축 연면적 2,968㎡(2개동)의 지하 1층, 지상 1층 규모로 건립돼, 수소 공급 장치와 함께 시료 보관 및 시험 준비실, 수소가스 관리실 등 시험평가 관련, 연구 장비 11종이 구축된다.

수소차 부품센터의 핵심목표는 관련된 기술개발지원과 개발부품의 시험 및 평가 등을 위한 인프라 구축으로 무엇보다 수소차 부품가격경쟁력을 확보하고, 비용부담을 줄여 수소차 활성화를 앞당기는데 이바지하게 된다.

센터는 향후 스택(Stack), 운전·저장장치 등 수소차 핵심부품에 대한 성능·내구성 시험을 통해 수소차 핵심기술을 검증하고, 관련기업에 부품평가 환경을 제공할 계획이다.

부품센터는 이 스택를 비롯한 수소차 부품들의 시험평가를 통해 중소부품기업 기술 역량을 강화하고, 수출·내수 감소로 어려움을 겪는 부품업체의 새로운 먹거리를 창출하는 역할을 수행할 계획이다.

대전테크노파크도 수소산업전주기 제품안전성지원센터를 건설 중이다. 대전TP 수소산업전주기 제품안전성지원센터는 수소의 생산, 저장, 운송 및 이용 전 과정에서 소재, 부품, 기계 및 기술의 내구성과 신뢰성을 평가하는 실증센터로 이 지원센터가 구축되면 수소산업 전주기 관련 국내 수소산업 기업들의 신뢰성 높은 부품, 장비 개발에도 큰 도움을 줄 것으로 기대되고 있다.
▲  수소차 핵심부품(기술)별 현황(자료 : 산업부)

▲  발전용 연료전지 핵심부품(기술)별 현황(자료 : 산업부)

▲  일철주금의 수소취성을 강화한 수소충전소용 기자재

▲  (사진 오른쪽부터)문희상 국회의장, 이낙연 국무총리가 국회 수소충전소 준공식에서 수소차에 수소충전을 하고 있다.

▲  탄소융합기술원이 개발중인 수소 이송용 튜브 스키드

▲  충남TP 수소연료전지차 부품시험평가센터 준공식에서 참석 귀빈들이 테이프커팅을 하고 있다.

▲  현대차 인천 수소충전소

▲  효성첨단소재의 탄소섬유 탄섬 신제품