친환경·고효율 연료전지 미래 에너지산업 패러다임 변화 이끈다
친환경·고효율 연료전지 미래 에너지산업 패러다임 변화 이끈다
  • 남수정 기자
  • 승인 2009.01.02 00:00
  • 댓글 0
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국내외 시장 급팽창 … 차세대 수출 유망산업 ‘재목’
대기업 가세 … PEMFC·MCFC·SOFC 개발 가속도

▲ 포스코파워의 발전용연료전지 생산공장 전경
차세대 에너지공급원으로 주목받고 있는 연료전지 시장의 주도권을 확보하려는 국내외 기업간 경쟁이 갈수록 치열해지고 있다.

미국, 독일, 일본 등 선진국들은 기업에 대한 지속적인 R&D 지원을 통해 본격적인 연료전지 상용화 시대에 대비한 연료전지 시스템의 원천·핵심기술 확보에 나서고 있다.

세계 연료전지 시장규모는 2007년 32억달러에서 2012년 358억달러로 11배 이상 늘어날 것으로 전망되고 있다. 내구성과 신뢰성 그리고 규모의 경제를 통한 가격경쟁력까지 갖추게 되면 수요의 폭발적인 증가가 예상되고 있다.

국내외 시장전망을 종합해보면 2013년을 전후해 기업들은 기술개발 성과를 바탕으로 양산체제를 갖추고 본격적인 시장공략에 나설 것으로 보인다.

발전용 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 수송용 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC) 보급이 주를 이루고 있고, SOFC 개발도 저가, 대형화를 위한 연구개발이 한창이다.

MCFC는 미국의 FCE가 전세계 연료전지 업계를 통틀어 상용화에 가장 근접했다는 평가를 받고 있다. 이에 따라 실증 및 보급이 빠르게 늘어나고 있다.

국내에서도 포스코파워가 FCE와의 기술제휴를 통해 사업을 추진하고 있어 군산, 전주 등지에 MW급 발전소가 들어서고, 올해에도 이 추세는 지속될 전망이다.

PEMFC의 경우 Gore, 3M, 듀폰 등이 MEA, 발라드, 도요타, 혼다, UTC 등이 스택 부분에서 앞서가고 있다. PEMFC는 수송용 에너지원으로 주목받으면서 세계 자동차 기업을 중심으로 상용화 노력이 이뤄지고 있다. 80~100kW급 용량 위주로 개발되고 있으며, 단위시스템을 직렬 또는 병렬로 연결하면 버스, 선박 등 더 큰 수송수단에 이용할 수 있다.

SOFC는 지멘스, MHI, 교세라 등이 수백 kW급 제품을 만들 수 있는 단계에 와 있고, 양산체제를 갖추기 위한 저가형 친환경 제품 개발에 주력하고 있다. 

국내에서도 기업과 대학, 연구소 등을 중심으로 R&D와 상업화가 이뤄지고 있다.

특히 대기업들이 주도적으로 시장선점을 위한 기술개발과 대규모 투자를 하고 있다.
현재 5kW급 열병합 고체산화물 연료전지 발전시스템 개발과 10kW급 상업용 고분자 전해질 연료전지 시스템 개발이 각각 전력연구원과 퓨얼셀파워에 의해 정부 R&D 과제로 진행되고 있다.
 
기업 중에서는 우선 포스코파워가 가장 활발한 행보를 보이고 있다. 포스코의 연료전지 부문을 총괄하고 있는 포스코파워는 지난해 포항에 연료전지 공장을 준공하고 BOP를 생산하는 등 국내 발전용 연료전지 보급시장을 주도하고 있다.

지금까지 누적계약 규모만 총 22MW에 달할 정도로 가장 많은 보급실적을 갖고 있다.
2011년 MCFC 국산화율 100%를 목표로 관련 소재 및 부품, 기술을 개발 중이다. 이를 바탕으로 중국, 동남아시아, 중동지역에 우선 진출한다는 계획이다.

전력공급 부족 상황을 겪고 있는 이들 지역은 연료가격이 낮고, 전력가격은 높기 때문에 시스템 가격이 현실화되면 충분히 매력적인 시장이라는 분석이다. 이를 통해 20여개 이상의 산업군 및 300여개 이상의 전후방 관련기업 육성이 가능하다는게 포스코파워측의 전망이다.

또한 연료전지 제조업을 비롯한 전후방 연관산업 분야에서 7만여명에 달하는 일자리가 생겨날 것으로 기대하고 있다.

두산중공업은 자체 기술개발을 통한 국산 MCFC 개발로 주목받고 있다. 두산은 현재 수행 중인 300kW급 MCFC 개발 과제와 올해 본격적으로 시작하는 플랜트 연계형 MCFC 개발을 동시에 추진함으로써 상용화 시기를 2.5년까지 앞당긴다는 전략이다.

특히 신규 전략과제는 두산이 해외시장을 주도하고 있는 발전 및 담수플랜트와 MCFC를 연계시켜 시너지 효과를 낸다는 것이어서 유망 수출아이템으로 기대를 모으고 있다. 

PEMFC의 경우 퓨얼셀파워, GS퓨얼셀, 현대자동차 등이 대표적인 기업이다. 퓨얼셀파워와 GS퓨얼셀은 가정용 1kW급 연료전지 시스템을 개발, 지난 2006년부터 모니터링 사업에 참여하고 있다.
▲ 퓨얼셀파워의 1kW급 가정용 연료전지

이 사업은 연료전지의 국산화 비중을 높이고, 실증운전 데이터를 확보함으로써 일반 가정에 도입할 수 있는 기반을 마련하기 위해 추진되고 있다.

특히 올해는 모니터링 사업의 마지막 추진년도로 제품 효율과 국산화 비중, 운전목표 등이 상향 조정된다.

이에 따라 총효율 78% 이상, 전기효율 33%를 충족시켜야 하고, 국산화 비중도 80%까지 높여야 한다. 운전목표 역시 1만㎾h로 두 배 늘어난다. 주관기관인 가스공사가 20기, 서울시와 경기도가 각각 40기, 28기를 운영한다.

이번 모니터링 사업을 통해 일반 가정에서 안정적이고 편리하게 사용할 수 있도록 시스템 이용 및 유지보수 방안을 마련하게 된다. 이 같은 모니터링 사업 덕분에 최근 3년간 PEMFC 기술은 빠르게 성장했다.

현대자동차는 미래 친환경 자동차 개발에 사운을 걸고 연료전지차를 개발하고 있다.
현대차는 현재 미국과 우리나라에서 시범운행사업에 참여하고 있으며, 2012년 1000대 생산체제를 갖춤으로써 조기상용화를 실현한다는 방침이다.
▲ 현대자동차가 개발한 투싼 연료전지차

특히 올해부터 3년간 현대차 주관으로 실사용 조건에서 10년 내구성을 갖춘 연료전지차 개발을 위한 ‘저가형 고출력 PEMFC 실용화 기술’ 개발이 추진된다.

고체산화물연료전지(SOFC)는 삼성SDI와 포스코파워가 국산화를 선언하고 나섰다.

5kW 이하 SOFC 기술을 보유한 삼성SDI는 올해부터 3년간 삼성엔지니어링, 삼성전기와 함께 100kW급 SOFC 개발을 추진한다. 포스코파워도 2012년부터 SOFC 개발을 본격화 할 계획이다.

2016년까지 180kW급 SOFC를 개발하고, 규모의 경제와 양산기술 최적화를 통한 kW당 1500달러를 실현한다는 전략이다.


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