수소연료전지 발전분야에선 두산퓨얼셀이 독보적인 기술력으로 국내 시장을 주도하고 있다.
두산퓨얼셀은 최근 3년 연속 신규 수주액 1조 원을 달성했으며, 2023년에는 매출 1조 5000억 원을 달성한다는 목표를 세웠다. 두산 관계자는 “국내 발전용 수소연료전지 공급자가 많지 않은 상황에서, 두산이 보유한 연료전지 기술 포트폴리오는 다양한 수요에 대처할 수 있어 경쟁력이 높다는 업계의 평가를 받고 있다”고 말했다.
최근엔 수소, 전기, 열을 동시에 생산할 수 있는 ‘트라이젠’이 주목을 받고 있다. 산업통상자원부와 한국에너지기술평가원에서 지원하는 정부-공기업에너지 R&D협력사업으로 한국가스공사(총괄 주관기관)와 두산퓨얼셀이 참여해 개발 중인 제품이다. 수소와 전기를 함께 충전할 수 있는 복합 충전소, 온수 공급 및 지역 난방 등 다양한 분야에서 활용 가능하다. 특히 ▲가격경쟁력 있는 수소 공급 ▲모빌리티용 수소 수요에 대한 탄력적 대응 ▲전기차 충전편의성 ▲CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술을 이용한 이산화탄소(Co2) 저감이 용이한 점 등 여러 장점을 갖고 있으며 올해 처음 개최되는 H2 이노베이션 어워드(H2 Innovation Award) 수소충전인프라 부문 본선에 진출했다.
두산퓨얼셀은 현재 인산형연료전지(PAFC)를 주력으로 생산하고 있으며, 최근 영국 세레스파워(Ceres Power)와 손잡고 차세대 연료전지로 손꼽히는 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, 이하 SOFC) 기술을 개발 중이다. 800℃ 이상 고온에서 작동하는 SOFC는 다른 연료전지 타입에 비해 전력 효율이 높은 연료전지 발전 시스템 가운데 하나다. 전력 효율이 높아 열을 제외하고 전력만 필요한 발전 환경에서 선호된다. 두산퓨얼셀은 기존보다 약 200℃ 가량 낮은 620℃에서 작동하면서 전력 효율이 높고 기대수명이 개선된 SOFC를 개발할 계획이다.
10kW SOFC는 기존 고분자전해질형연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC) 제품에 비해 전력 발전효율이 40%이상 높다. 크기는 기존 시중의 5kW이하급 SOFC 제품들과 비슷해 같은 발전효율을 내면서도 설치공간은 약 50%이상 절약할 수 있다. ㈜두산의 건물주택용 연료전지 사업을 담당하는 퓨얼셀파워BU는 2003년 출범 후 연료전지 핵심기술인 스택 및 개질기 설계, 제작에서부터 시스템 통합 자체 제작까지 전방위 기술을 확보하고 있다. 1kW·5kW·10kW 건물용/주택용 수소연료전지, 1kW~100kW급 수소시스템 등 PEMFC 라인업을 주력으로 생산해 온 ㈜두산은 새로운 타입의 연료전지인 SOFC 개발을 통해 제품 다양성을 확보했다.
미국 수소시장에서는 두산퓨얼셀아메리카를 앞세워 시장 공략을 본격화하고 있다. 두산퓨얼셀아메리카는 두산퓨얼셀과 같은 PAFC를 주력제품으로 하고 있다.
● 창원 블루수소, 제주 그린수소 생산…독자기술 수소가스터빈 제작
두산은 수소의 ‘활용’과 ‘유통’ 뿐 아니라 ‘생산’쪽으로도 손을 뻗는다.
풍력 발전을 이용한 그린수소 생산도 제주도에서 차질없이 진행중이다. 이와 함께 차세대 원전인 SMR (Small Modular Reactor)을 활용한 청정수소 생산도 검토중이다. 풍력, 태양광 등 재생에너지와 원자력 발전은 전력 생산 시 탄소 배출이 없어 청정수소 생산을 위한 전력 공급원으로 국내외에서 주목받고 있다.
세계 5번째로 발전용 대형 가스터빈 개발에 성공한 두산중공업은 수소가스터빈 개발 쪽으로도 사업 영역을 확장하고 있다. 수소가스터빈은 수소만 사용하거나, 수소와 천연가스 혼합 연료를 사용한다. 이를 위해 작년 5월부터 독자기술로 5MW급 수소가스터빈용 수소 전소 연소기 개발을 진행중이며 이와 병행해 한국기계연구원과는 300MW급 수소가스터빈용 수소 혼소 연소기를 개발하고 있다.
두산중공업은 자회사인 두산메카텍을 통해서도 수소 기자재 사업을 확장하고 있다. 두산메카텍은 지난 2019년, 매립지, 발전소, 석유화학 플랜트 등에서 발생되는 온실가스를 활용한 수소 생산 기술을 보유한 미국 리카본(ReCarbon)사에 지분을 투자해 기술 확보에 나섰다. 두산메카텍은 사업 속도를 높이기 위해 올해초 탄소자원화 및 수소사업을 전담하는 HPE(Hydrogen Process Equipment) 사업을 신설했다. 또한, 과학기술정보통신부가 주관하는 당진화력발전소 탄소자원화 국책과제에 참여해 가스분리공급기 제작을 완료하고 공급을 앞두고 있다. 또한 두산중공업은 수소의 저변 확대를 앞두고 수소 충전용 저장용기 개발을 마치고 본격적인 사업화를 준비하고 있다.
● 발 빠르게 새로운 분야로 확대
두산퓨얼셀은 지난 3월 주주총회를 통해 △수소용품 제조 판매 서비스 △수소생산 시설 및 수소연료 공급 시설 설치 및 운영 △전기자동차 충전 등을 새로운 사업목적으로 추가하면서 영역 확대에 나섰다.
두산퓨얼셀은 이미 선박용 연료전지 개발에 뛰어들면서 발전 분야에 국한됐던 사업 범위를 확장하고 있는 중이다. 또한 두산퓨얼셀은 2030년 30조원 이상 규모로 성장이 예상되는 그린수소 기자재 시장 선점을 위해 PEMFC 방식의 수전해 기술 개발에 착수했다. 이 기술은 최근 국책과제로 선정돼 2023년까지 상용화 예정이다.
수소모빌리티 분야에선 두산모빌리티이노베이션(DMI)가 앞선 기술력을 자랑하고 있다. DMI는 비행시간을 획기적으로 늘린 수소드론을 세계 최초로 개발, 양산에 들어간 회사다. DMI는 외딴 지역에 대한 응급 물품 배송, 가스배관 모니터링, 장시간 산림 감시 등 관제, 해상 인명 구조 등 다양한 상황에서 제품의 성능을 입증했다. DMI측은 지난해 처음 열린 국제수소포럼에서 수소드론의 산업적 가치에 대해 발표한 것을 비롯해 각종 수소모빌리티 관련 행사에 참가 권유를 받으며 주목을 받고 있다.
DMI는 또한 하늘에 이어 지상 모빌리티 분야로도 눈을 돌리고 있다. 중국 소방로봇 시장의 70%를 점유하고 있는 로봇전문기업 중신중공업카이청인텔리전스와 최근 업무협약을 맺고 소방용 수소로봇을 공동 개발하기로 한 것이 대표적 사례. DMI는 2시간 이상 전력공급이 가능한 수소연료전지 기술력을 바탕으로 물류로봇 등 다양한 형태의 모빌리티에 접목시켜 나갈 계획이다.
● 국내외 시장 확대 전망
국내 수소연료전지 발전업계는 내년에 도입 예정인 수소발전 의무화제도(HPS)에 기대감을 나타내고 있다. HPS가 실시되면 수소연료전지 발주량은 단기간에 늘어날 것으로 예상된다.
골드만삭스에 따르면, 세계 수소시장 규모가 오는 2050년 12조 달러까지 증가할 것으로 전망된다. 특히 미국 바이든 정부의 친환경 정책에 힘입어 미국 수소시장의 성장이 기대된다. 두산은 미국 수소시장에서 두산퓨얼셀아메리카를 앞세워 시장 공략을 본격화하고 있다. 두산퓨얼셀아메리카는 두산퓨얼셀과 같은 PAFC를 주력제품으로 하고 있다. 그동안 미국 시장 정체의 여파를 받아왔으나 작년에는 매출 2424억원, 순이익 89억원을 기록하면서 반등에 성공했다.
DMI, 두산퓨얼셀, ㈜두산 퓨얼셀파워 등 3개 사는 지난 해 10월 중국에서 열린 수소연료전지 엑스포에 참가하는 등 중국 시장 개척에도 박차를 가하고 있다. 3사는 엑스포에서 수소연료전지팩, 수소드론, 주택∙건물∙발전용 수소연료전지 등 제품과 서비스를 선보였다. 두산퓨얼셀은 두산중공업의 글로벌 네트워크를 활용해 해외시장 진출을 적극적으로 추진할 계획이다.
두산 관계자는 “계열사들이 수소 분야에서 제각각 사업을 진행하면서 의미 있는 성과를 거두고 있긴 하지만, 수소TFT를 통해 보다 높은 비전이 제시되고 그룹의 수소역량을 결집시키는 시너지 전략이 나온다면 더욱 빠른 성장 속도를 보일 것”이라고 기대했다.
편도욱 로이슈 기자 toy1000@hanmail.net
