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코오롱인더, 수소 연료전지 소재·부품 사활
수분제어장치, 2025년 글로벌 점유율 50% 목표…기술 업그레이드
기사입력: 2020/07/06 [09:54]  최종편집: TIN 뉴스 이 기사 후원하기
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TIN뉴스

막전극 접합체(MEA) 파일럿 설비 기반 국내외 고객사와 협업

차세대 탄화수소계 고분자 전해질막(PEM) 기반 파일럿 설비 구축 완료

 

 수소연료차 소재부품장치

 

코오롱인더스트리㈜(대표 장희구)는 패션과 소재사업 부진 속에 지속적이고 안정적인 매출 동력원으로 삼고 있는 ‘수소 연료전지 소재부품’사업에 속도를 내고 있다.

 

지난 3일 일산 킨텍스에서 열리고 있는 ‘2020 수소모빌리티+쇼’에 등장한 코오롱인더스트리. 이날 현대모비스가 공개한 수소연료자동차 ‘넥소(Nexo)’의 수소 연료전지 및 부품은 코오롱인더스트리(연료전지사업부문)가 제작·납품했다.

 

특히 ▲ECONATE®-M(고분자 전해질막·Polymer Electrolyte Membrane, 이하 ‘PEM’) ▲NXEO-수분제어장치(Membrane Humidifier) ▲ECOMATE®-E(막전극 접합체·Membrane Electrode Assembly, 이하 ‘MEA’) ▲ECOMATE®-H20N 등이다.

 

여기서 ‘ECOMATE™’는 코오롱인더스트리의 친환경 에너지 소재 브랜드명이다. 수소연료전지시스템에 사용되는 부품의 브랜드명으로 사용되고 있다. 또한 친환경을 의미하는 단어 ‘Eco’와 동반자, 친구인 ‘Mate’가 합쳐져 탄생했다. 

 

먼저 수소 연료전지 주변기계장치(Balance of Plant)의 핵심 부품인 ‘수분제어장치’는 코오롱인더스트리의 31년간 축적한 멤브레인 설계·제조 관련 생산기술의 결과물이다. 

수소 연료자동차는 공기 중의 수소와 산소가 만나 물(H20)로 만들어지는 과정에서 발생하는 화학반응을 전기에너지로 변화해 이를 동력원으로 사용하는 원리다. 대신 수소이온 이외에 질소, 물 등은 외부로 통해 배출된다.

 

수소연료전지의 핵심부품은 전기를 만들어내는 ‘스택(Stack)’이며, MEA(막전극 접합체)는 스택에서 가장 중요한 역할을 한다. MEA는 전기가 생성되는 화학반응이 일어나는 곳이다. 

수소이온과 물의 움직임을 좌우하는 전해질막(멤브레인 분리막)이 있고, 양측에 연료극과 공기극으로 구성된다. 외부에서 수소 가스가 들어오면 연료극의 촉매와 반응해 수소이온과 전자로 분해된다. 

 

이 때, 전자는 외부 회로를 통해 전류를 만들고 수소이온은 전해질막을 통과한 뒤 공기극에서 산소(전자와 결합된)와 반응하여 물로 바뀌게 된다. 또한 전해질막을 통과되지 못한 전자가 도선을 따라 흐르게 되면서 전류를 생성한다.

 

소위 수분제어장치를 연료전지의 ‘허파’, 막전극 접합체는 ‘심장’에 해당한다. 막전극 접합체 기술은 고분자 전해질막 연료전지의 핵심인 동시에 출력을 좌우하기 때문이다.

일반적으로 수소연료전지자동차전체 원가에서 수소연료전지시스템이 차지하는 비중은 약 40%이고, MEA는 수소연료전지시스템 원가의 약 50%(2018년 United States Department of Energy 발간 보고서 기준)를 차지한다.

 

‘수분제어장치’는 공기 중의 수소를 멤브레인에 의해 걸러내고 외 질소 등의 부산물과 물(H20)은 외부로 배출하는 장치다. 동 기술은 세계적으로도 극소수 업체만 보유하고 있다. 코오롱인더스트리는 가장 큰 규모의 생산설비를 보유하고 있으며, 매년 증설과 투자로 국내외에서 독보적인 우위를 확보해 나가고 있다.

 

2013년 현대자동차와의 협력을 통해 세계 최초로 개발한 수분제어장치(장영실상 수상)를 상용화한데 이어 2025년 이후 세계시장 점유율 50% 이상을 목표로 글로벌 기업들과 협력개발을 추진하고 있다.

 

‘막전극 접합체(이하 MEA)’는 코오롱인더스트리의 필름 후가공 기술과 융합한 응용분야·가발단계별 제품 설계기술도 확보해 제품을 구현할 수 있는 파일럿 설비를 마곡 연구단지에 구축했다. 2014년 개발 착수 후 국내외 핵심 연구설비와 특허를 도입하는 등 기술 확보에 매진한 성과다. 

 

현재 국내 및 중국 연료전지 시장 진입을 위해 구동용·건물용 MEA를 개발해 고객 인증절차를 진행 중이며, 내년 상용화를 목표로 생산설비 투자도 검토 중이다.

 

코오롱인더스트리의 MEA는 부품 생산과정 중 가장 높은 원가비중을 차지하는 핵심 소재인 ‘고분자 전해질막(이하 PEM)’을 내재화활 수 있다는 것이 강점이다. 이미 MEA 개발에 앞서 2008년부터 PEM 개발에 나서 연료전지용 탄화수소계 강화복합막 원천기술을 보유하고 있다. 

현재는 자체 기술로 파일럿 스케일의 PEM 제조설비를 구축, 장기 내구성을 향상시켜 차별화 기술을 확보하는데 집중하고 있다.

 

코오롱인더스트리는 향후 수소 연료전지 핵심소재의 통합 솔루션을 제공한다는 계획이다. 수소 전기자동차 뿐 아니라 택·건물용, 드론, 중장비, 기차, 선박 등 단계적으로 시장 확장에 나서고 있다.

 

코오롱인더스트리 연료전지사업담당 이무석 상무는 “수소산업 생태계에서의 소재부품 산업의 새로운 기회가 있다”고 강조하며 “수소산업에서의 중장기 전략으로 당사가 보유한 핵심 소재 기술을 활용해 수소 연료전지 뿐 아니라 수전해 분야까지 사업 확장을 추진하겠다”고 밝혔다.

 

◇ 현대모비스, 수소연료전지차 ‘넥소(NEXO)’

 

 

현대자동차는 넵튠 콘셉트카를 국내 최초로 공개하고, 이동형 수소연료전지 발전기를 선보이며 수소연료전지시스템의 다양한 분야로의 확장 가능성을 제시했다. 현대차는 향후 3~4년 이내에 대형트럭에 최적화된 고내구·고출력의 새로운 연료전지시스템을 개발해 출시할 예정이다.

 

-전장 4,670㎜(4.67m)/전폭 1,860㎜(1.86m)/전고 1,640㎜(1.64m)

-축간거리 2,790㎜(2.79m)

-모터 최고 출력 113㎾/154PS(3,000~4000RPM)/모터 최대 토크 40.3㎏f·m/395N·m

-최고 속도 179㎞/h

-구동방식 전륜구동

-CO2 배출량 0

-항속거리 593㎞(100% 완충기준)

-연료탱크용량 6.33㎏/156.6리터

-연비 복합 93.7㎞/㎏(도심 98.9㎞/㎏, 고속 88.0㎞/㎏)

 

정세균·정의선 이끄는 수소경제 컨트롤타워 출범

민관 협력 수소경제 컨트롤 타워 ‘수소경제위원회’ 출범

정부, 수소차 보조금·부품 국산화 투자 등 전폭적 지원

정 수석부회장, 정책 지원 요청 및 산업 발전 가능성 자신

 

 

대한민국 수소경제를 이끄는 컨트롤타워인 ‘제1회 수소경제위원회’가 1일 출범했다. 

정세균 국무총리와 정의선 현대자동차그룹 총괄 수석부회장 등 민관 핵심 인사들이 위원으로 참여한 이번 위원회는 수소경제의 비전을 실현하기 위한 정책과 함께 산업 발전을 주도하는 역할을 담당한다.

 

이날 수소모빌리티+쇼 조직위원회에 따르면 민관이 참여하는 제1회 수소경제위원회가 일산 킨텍스에서 출범식을 열고 수소경제와 관련한 정책 현안을 논의했다. 세계 최초 수소 모빌리티 전시회 ‘수소모빌리티+쇼’의 개막 일정에 맞춰 출범한 수소경제위원회는 범정부 차원의 수소에너지 컨트롤타워로 일원화된 수소경제 정책 마련에 초석이 될 것으로 기대된다.

 

위원회는 정 총리를 비롯한 8개 부처 장관의 정부 위원과 정 수석부회장 등 산업 및 학계에서 임명된 11명의 민간 위원으로 구성된다. 이날 첫 번째 회의는 각 위원에 대한 위촉장 수여 및 상견례 자리로 이뤄졌으며 수소산업 생태계 조성 방안과 전담 기관 지정 등 구체적인 방안도 논의됐다.

 

위원장을 맡은 정 총리는 “수소차 보조금과 수소에너지 연구개발 투자로 부품 소재 국산화율 늘리는 등 2022년 민간 주도의 수소경제를 실현하기 위해 모든 정책적 지원을 아끼지 않겠다”는 입장을 밝히며 수소에너지 발전의 중요성과 선도 국가로서의 한국의 위상 제고를 강조했다.

 

또한 “수소에너지 생산과 공급 확대를 약속하며 수소경제의 지속가능성을 높이겠다”며 “국민들이 부담 없는 가격에 수소를 구매할 수 있도록 산업 생태계를 창출하고, 2040년부터는 출력 제한으로 버려지는 30% 이상의 전기를 활용해 수소를 생산할 수 있도록 하겠다”고 말했다.

 

민간 위원으로 임명된 정 수석부회장은 범정부 차원의 지속적인 수소경제 활성화 정책 지원을 요청하며 현대차그룹도 기술 개발 등 산업 측면에서 글로벌 수소경제를 주도하겠다고 화답했다.

 

수소경제위원회 출범은 당초 내년 2월로 예정됐으나 수소경제의 컨트롤타워 부재에 따른 정책 지연, 경쟁 국가의 기술 발전 대응 등 사안의 시급함을 감안해 이달로 당겨졌다. 지난해 초 정부는 2040년까지 국내 수소전기차 누적 보급 290만대, 수소충전소 1200개 구축을 골자로 한 수소경제 활성화 로드맵을 발표했다. 올해 5월까지 수소전기차 국내 누적 보급 대수는 7400대에 육박했으며 수소충전소는 올해에만 100기를 새로 설치할 계획이다.

 

산업 측면에서는 수소경제를 선도하는 현대차그룹이 2018년 수소전기 스포츠유틸리티차량(SUV) 넥쏘를 선보인 데 이어 상용차시장까지 수소연료전지 적용 범위를 확대하고 있다. 지난해 4월 현대차는 스위스 수소에너지기업 ‘H2에너지’와 합작법인(JV)을 설립하고 유럽시장에 2025년까지 1600대 규모의 수소전기 대형 트럭을 공급하기로 했다.

 

또 미국 커민스사와 북미 상용차시장에 수소연료전지시스템을 공급하는 업무협약(MOU)을 체결하고 양사가 친환경 파워트레인을 공동 개발하기로 했다. 현대차가 첫 수소 전용 대형 트럭 콘셉트 카 ‘HDC-넵튠’을 북미시장에서 세계 최초로 공개한 것도 공격적인 북미 상용차시장 진출을 염두에 뒀기 때문이다.

 

김성준 기자 tinnews@tinnews.co.kr

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