[기획] 수소건기시대, 온실가스·미세먼지↓ 미래에너지 정책

건설기계신문 | 기사입력 2019/07/05 [14:39]

[기획] 수소건기시대, 온실가스·미세먼지↓ 미래에너지 정책

건설기계신문 | 입력 : 2019/07/05 [14:39]

수소경제’ 3대 투자전략산업 선정

2040년까지 수소차 6백만대 보급

미세먼지저감 에너지자립 기대감

 

 

수소건기에 관심이 쏠리고 있다. 정부가 수소경제를 3대 전략 투자산업으로 선정, 2040년까지 수소차 6백만대를 보급하겠다고 했기 때문. 가격도 내연기관 수준까지 낮춘단다. 온실가스를 줄이고 미세먼지를 저감하며 재생에너지 이용확대로 에너지자립에 기여할 것으로 보고 있다. 그 정책과 기술, 그리고 전망을 살펴본다.

 

 

수소건기 개발 본격화=수소지게차가 모습을 드러냈다. ()가온셀(대표 장성용)이 지난 11일 전북 완주군 본사에서 기관 펀드매니저 등 2백여명이 참석한 기업설명회에서 선보였다.

 

가온셀에 따르면, 수소지게차는 5분 연료충전으로 8시간 이상 작동한다. 납축전지를 사용해 7~8시간 충전해 2~3시간 작동하는 전기지게차와 큰 차이를 드러냈다.

 

수소지게차는 연료전지로 가동된다. 가온셀은 2003년 물 97%와 메탄올 3%를 연료로 사용하는 직접메탄올연료전지(DMFC)를 개발했다. DMFC는 액체 메탄올(수소 공급)과 공기 중 산소를 반응시켜 전기와 물을 발생시키는 장치. 메탄올만 공급하면 주변 환경에 영향을 받지 않고 24시간 발전이 가능하다.

 

가온셀은 한 발 더 나가 DMFC와 리튬배터리 장점을 결합한 ‘DMFC 배터리 하이브리드 시스템기술을 개발했다. DMFC에서 나오는 전기를 리튬배터리에 충전시키는 기술인데, 수소엔진을 탑재한 게 수소지게차다.

 

가온셀 수소지게차는 올해 안 현장에 모습을 드러낼 전망이다. 전북도는 지난 3월 이 회사와 수소지게차 보급 확대 업무협약을 체결했다. 75000만원을 투자해 완주군 한 산업체에 10대를 시범 보급키로 했다.

 

1994년 설립된 가온셀은 애초 휴대폰 배터리팩 생산업체. 모토로라에 연 350만개를 공급했다. 그러다 사업구조를 개편, 수소연료전지 개발에 나섰다. 장서용 대표는 수소지게차 보급으로 수소연료전지 효율성과 편의성이 확인될 것으로 기대한다고 말했다.

 

 

▲ 가온셀이 개발한 수소지게차.     © 건설기계신문



수소굴착기 개발도 진행 중. 범한()과 두인()이 정부 지원을 받아 추진하고 있다. 수소에서 전기를 얻어 작동하는 연료전지 개발이 핵심. 현재 2톤급 굴착기 연료전지 개발이 진행중. 오는 9월 결과를 확인할 수 있다.

 

수소트럭 개발도 한창이다. 현대차는 전주공장에서 수소버스를 2020년부터 양산할 예정인데, 수소트럭 개발·생산도 그렇다. 최근 스위스 에너지기업 ‘H2에너지5년간 수소트럭 1천대를 공급하는 업무협약(MOU)을 체결하기도 했다.

 

수소상용차 보급에 현대차의 열의는 상당히 높다. 지난달 전주공장 관리책임자 2백여명이 성공다짐 결의대회를 가졌다.

 

 

수소지게차 지난 11일 첫 선 보여

 

 

정부, 수소건기 육성 정책=정부는 미세먼지를 줄이려고 2035년까지 건기·화물차 동력을 화석연료에서 수소(전기 포함)로 전환한다는 목표를 설정했다.

 

국회 국토교통위 윤관석 의원(더불어민주당) 분석에 따르면, 국토부는 미세먼지 저감 취지로 건기·화물차 에너지를 2035년까지 수소로 교체할 비전을 세워놓고 있다. 수소건기와 충전소 확충 등 패키지 지원이 이뤄진다. 건기를 친환경에너지 제품으로 대체, 건설산업 기술혁신을 추진하겠다는 것.

 

정부는 수소경제 활성화 계획을 올 초 발표했다. 지난해 8월 수소경제를 3대 전략(AI빅데이터·수소산업) 투자 분야로 선정하고 3개월 넘게 전문가 의견수렴과 연구·분석을 거쳐 마련된 정책. 2040년까지 수소경제 활성화를 목표로 정책 방향·목표·추진전략을 담았다. 수소건기 핵심인 연료전지 개발과 수소충전소 등 인프라 구축 계획이 담겨 있다.

 

정부는 수소경제로 수송·에너지 분야 새 시장과 산업을 창출하고, 수소 생산·운송·저장·충전소 등 연관산업과 고용을 창출할 것으로 기대한다. 또 온실가스 감축, 미세먼지 저감, 재생에너지 이용 확대 등도 기대하고 있다.

 

따라서 정부는 2040년까지 수소차 620만대(내수 290만대, 수출 330만대) 보급, 수소충전소 1200개를 구축할 계획이다. 올해 4천대 이상 보급하고 2025년까지 연 10만대 양산체계를 구축, 가격을 내연기관 수준으로 낮출 계획이다. 현재의 절반인 3천여만원대로 공급하겠다는 것.

 

정부의 수소경제 계획에, 수소건기 관심도 높아지고 있다. 지난 3월 산학연 전문가들이 수소건기 발전포럼을 출범시켰다. 대표 60여개 기관·기업이 참여했다. 제조업계에서는 두산인프라코어·현대건기·수성지게차·타타대우·호룡·삼호중공업·두인·클라크 등 25개사가 참여했다. 연료전지분야에선 현대차·가온셀 등 15개사, 연구기관으로는 주관사인 건설기계부품연구원(원장 윤종구)을 비롯한 7개가 참여했다. 이밖에 전라북·가스공사 등 공공기관과 연세대·울산대·군산대 등 8개 대학도 함께 했다.

 

 

수소건기 한국 기술 수준은?=국내 수소건기 기술은 세계 선두 수준. 수소차 제조 기술은 일본과 나란히 세계 톱 자리. 세계수소경제연합체인 수소위 회장사가 현대차, 회장이 정의선 현대차 수석부회장. 수소위는 수소연료 사용을 위해 세계 54개 기업이 20171월 출범시킨 협의체. 수소건기 핵심인 연료전지기술도 현대차가 20여년 전부터 개발해와 세계적 수준.

 

수소탱크 기술도 한국의 세계 으뜸. ‘일진복합소재2014년부터 수소탱크를 양산 탑재해왔다. 세계적으로 가장 오래된 경력과 경험을 갖췄다. 독자 기술과 양산·탑재 경력으로 볼 때 도요타와 같이 선두 수준.

 

이 회사는 2013년 현대차가 세계 첫 양산판매한 수소전기차 투싼FCEV에 수소탱크를 공급했다. 이어 세계에서 가장 크고 긴 주행거리를 보유한 수소전기차 넥쏘에도 공급했다. 수소버스에도 공급키로 했다. 최근 600억원을 투입해 생산시설 증설에 나섰다.

 

산업부 정승일 차관은 미국·일본·호주 등 수소경제 경쟁이 치열하지만 아직 초기단계이고, 한국이 수소차·연료전지 등 선두 기술력을 이미 확보한데다 부생수소 등 수소 생산과 산업기반 경험을 보유하고 있다고 말했다.

 

다만 수소건기는 수소 관련 기술에 국한된다. 엔진과 변속기로 동력을 전달하는 자동차와 달리 굴착기 등 건기는 엔진 외 유압시스템 비중이 크다. 작업환경도 다양해 강한 진동과 먼지, 물을 견뎌야 하고, 평균 부하도 큰 편. 한국 건기는 미국과 유럽 그리고 일본 등의 선진 건기와 기술차이(미국에 1.9, 유럽·일본에 1.7~1.8년 뒤져. 중국은 한국에 1년 후발)를 보이고 있다.

 

 

수소건기발전포럼, 산학연 3월 출범

 

 

해외 수소건기 현황=미국·일본·유럽에서는 이미 수소지게차를 산업현장에 투입해 활용하고 있다. 또 수소 굴착기를 개발해 사업화에 힘 쏟고 있다.

 

수소건기 발전 포럼발표에 따르면, 미국에서는 월마트, 아마존, 코카콜라 등 30개 이상 사업장에서 연료전지시스템 제조업체인 플러그파워의 파워팩 등을 적용한 수소지게차 22000여대가 가동되고 있다.

 

일본은 세계 1위 지게차 제조업체인 도요타를 중심으로 공장, 도매시장 등에서 수소지게차 500대 이상이 실증실험을 진행 중이다. 일본정부도 지난해 수소기본전략을 마련해 2030년까지 1만대 이상 보급한다는 목표를 세웠다.

 

유럽에선 세계 2위 지게차 제조사인 키온과 완성차 브랜드 BMW가 손잡고 30여대의 수소지게차와 공항용 수소트럭을 개발하고 있다. 볼보그룹은 소형 수소굴착기를 개발 중이며, NASTA는 일본 히타치와 수소굴착기 개발을 진행 중이다.

 

 

수소건기란?=수소연료전지로 전기를 공급해 구동하는 건기를 말한다. 전기건기는 발전소에서 만들어진 전기를 배터리에 충전해 사용하고, 수소건기는 수소를 충전해 건기 내부의 연료전지에서 전기를 만들어 사용한다.

 

수소연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 통해 열과 에너지를 얻는 장치. 수소는 산소와 결합해 물로 변환하면서 많은 에너지를 방출한다. 수소의 단위중량당 발열량이 탄화수소(화석연료)의 약 세 배.

 

수소를 확보하는 방법은 크게 세 가지. 석유화학 제조 과정에서 나오는 부생(副生) 수소’, LNG 등 가스(도시가스·메탄)를 개질(改質)해 얻는 추출 수소’, 물을 전기 분해해 얻는 수전해 수소등이다.

 

 

수소건기 효용성과 안전은?=에너지 자립도 측면에서 수소건기는 수소차 보다 각광을 받는다. 운행시간이 수소차보다 더 길기 때문. 한국에너지기술연구원에 따르면, 건기의 연간 유류사용량은 약 117000억원 규모. 22톤 굴착기 1대의 1년치 연료비(9500만원)1억원에 육박한다.

 

배기가스 절감에도 획기적. 건기는 연간 약 23.2톤의 이산화탄소를 내뿜는다. 배출권으로 환산하면 약 4000억원(톤당 13유로 기준). 자동차·철도·항공·해운 등 전체 수송에서 차지하는 이산화탄소 배출량을 봐도 22%가 건기. 등록대수가 자동차의 2%에 불과한 것을 감안하면 대당 배출량이 월등히 많다.

 

하지만 전기건기에 비해 비효율적이라는 지적도 있다. 전기로 모터를 직접 돌리는 전기건기와 달리 물을 전기분해해 수소를 생산하고 그 수소를 전기로 바꿔 모터를 돌려야하기 때문. 더 많은 에너지를 소비하고, 더 많은 온실가스를 배출한다는 의미.

 

도요타가 2015년 수소차의 온실가스 배출량을 독일 인증기관 TUV에 의뢰해 평가한 결과를 보면, 수소차의 온실가스 배출량은 하이브리드차(모터와 엔진을 장착)와 거의 같았다. 수소를 천연가스에서 추출해 얻는 상황을 기준으로 했다.

 

 

전기차 대비 비효율 극복이 관건

 

 

수소차는 현재로선 에너지 효율성에서 불리해 보인다. 캘리포니아 퓨얼셀 파트너십 회의 보고서에 따르면, 수소차는 수소에너지의 36~44%를 구동력으로 전달한다. 전기차는 전기의 59~62%를 바퀴에 전달한다. 수소차가 30%가량 더 많은 에너지를 소비하는 셈. 홍준희 가천대 에너지IT학과 교수는 전기를 바로 활용하면 되지 비효율적 수소전기를 하려하느냐고 말한다.

 

수소 안전성도 논란이다. 8명 사상자를 남긴 지난 5월 강릉 수소탱크 폭발사고가 그 계기. 정부는 금속재질의 저압실험용 수소탱크에서 폭발한 것이며, 수소차나 수소충전소에서 사용하는 수소탱크는 종류가 달라 폭발하지 않고 사례도 없다는 입장을 밝혔다.

 

수소건기 수소탱크는 두께 253중 구조로 되어 있다. 가장 안쪽은 나일론계 소재로 수소분자가 빠져나가는 것을 막고, 중간층은 탄소섬유 강화플라스틱, 바깥 쪽은 유리섬유 강화플라스틱으로 돼 있다. 도요타의 실험 결과 시속 80속도로 충돌했을 때도 탱크는 변형되지 않았고 수소도 새어나오지 않았다.

 

화재로 탱크가 불길에 휩싸이면 밸브가 녹아 수소를 방출하도록 설계됐다. 이때도 가스버너처럼 탈 뿐 폭발하지는 않는다. 총으로 쏴도 폭발하지 않는다. 수소는 가장 가벼운 기체라 공기 중에 방출되면 순식간에 공중에 확산된다.

 

연료전지 셀을 여러 장 쌓아놓은 스택은 고전압을 만들기 때문에 전기 안전성에 대한 우려도 있다. 법률상 시속 56로 충돌시 60초 이내에 60볼트 이하로 떨어져야 한다. 현대차 측은 넥소의 경우 4초 이내에 60볼트 이하로 떨어진다고 밝혔다.

 

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