[이투뉴스] 세계는 기후위기 대응을 위해 에너지전환에 속도를 내고 있다. 우리나라도 에너지전환 흐름에 합류해 최근 몇 년간 신재생에너지설비를 지속해 왔다. 특히 우리나라는 재생에너지자원이 부족하고 인구가 밀집한 수도권 등에서 사용되는 전기가 많다는 이유로 연료전지를 설치했다. 연료전지는 태양광, 풍력 등 재생에너지와 비교해 좁은 부지에도 설치할 수 있어 인구가 밀집한 우리나라에 적합하나는 이유에서다. 그러나 국가 보조로 설치된 연료전지가 가동하지 않고 있는 문제가 수년 째 이어져 오는 중이다. 관련 문제 제기와 해결방안 제시가 이뤄졌음에도 전혀 반영되지 않고 있다. 

◆가동률 왜 개선되지 않나

“연료전지로 전기를 생산해 사용하면 전기요금을 내는 것보다 비싼데 누가 돌리려고 하겠습니까” 미가동 원인에 대해 돌아오는 관계자 답변이다. 당초 연료전지는 열과 전기를 생산해 사용하겠다는 목적으로 설치가 이뤄졌다. 그러나 실제로 연료전지가 설치된 건물은 대부분 ‘공공건물’로 열을 쓰지 않는 경우가 많다. 열을 동시에 생산·사용하지 않으면 연료전지는 효율이 나오지 않는다. 건물용(가정용) 연료전지라고 불리는 이유다. 연료전지는 열을 같이 쓰는 곳에 설치·사용해야 한다.

연료전지가 대거 설치된 것은 지난 2018~2021년이다. 정부 지원에 따라 보급이 크게 늘었다.

이에 단순히 연료전지 보급목표를 달성하기 위해 주먹구구식으로 설치한 것이 오히려 산업을 저해했다는 비판의 목소리가 나온다. 실제로 정부는 수소경제 로드맵 이행 상황에 대한 근거로 연료전지 보급률을 제시했다.

단순히 정부에 책임을 넘길 것이 아니라 관계자들 스스로 반성의 목소리를 내야한다는 주장도 나온다. 연료전지업계 한 관계자는 “연료전지의 불편한 진실은 관계자들이 스스로 판 것”이라고 지적했다.

◆일본시장이 해결 위한 롤 모델 

가동률 문제 개선을 위해 우리나라와 비슷한 환경을 가지고 있는 일본시장을 모방해야한다는 주장이 제기되고 있다. 일본은 연료전지 연구개발에 집중한 결과 우리나라보다 크고 안정적인 시장을 확보했다. 

가동률과 별개로 국내 연료전지는 높은 국산화율 등 연료전지 제품·기술부문에선 경쟁력을 갖추고 있어 시장규모가 일본과 비슷하게 성장하면 kW당 700만원까지 가격을 낮출 수 있다는 설명이다. 

일본은 건물용 연료전지를 2009년부터 양산, 판매를 이어오고 있다. 2009년 PEMFC 보급을 시작해 2014년에는 SOFC까지 확대했다.  2022년까지 44만대를 누적 보급하며 소비자 비용부담을 1개당 2009년 3000만원에서 1000만원 이하까지 줄였다. 양산이 늘며 규모의 경제를 달성했다는 설명이다.

시장 안정화에 성공하며 2009년 PEMFC 1개당 140만엔, SOFC는 2014년 1개당 43만엔 주던 보조금을 PEMFC는 2019년 SOFC는 2021년 종료했다.  

연료전지 상업화를 달성한 일본은 수소를 직접 사용해 발전효율을 올리려는데 집중하고 있다. 아직 천연가스 개질방식이 주를 이루고 있으나 과정에서 손실되는 에너지가 있어 발전효율이 낮아지기 때문이다. 직접 수소를 사용할 경우 발전효율을 최대 55%까지 늘릴 수 있다. 

반면 우리나라는 아직 건물용 연료전지를 1년에 300대 이하로 보급하고 있는 실정이다. 연료전지를 막연히 설치하기엔 제품부터 이미 고가다. 이달 기준 나라장터에 등록된 연료전지 가격은 PEMFC는 kW당 3200만원(5kW, 1억6000만원), SOFC는 kW당 9825만원(2kW, 1억9650만원)이다. 시장이 형성되지 않으면 제품 가격이 비쌀 수 밖에 없다는 지적이 나오는 이유다. 우리나라는 비싼 제품 가격에 SOFC는 8.71, PEMFC는 2.2의 원별보정계수를 산정, 보조금을 주고있다.

다만 우리나라는 열교환장치, 공기공급장치, 전장장치를 비롯해 여러 부품의 100% 국산화를 달성했으며 막전극접합체, 분리판, 연료변환기 촉매 등 아직 해외 의존도가 높은 제품도 업체 간 협업을 통해 국산화율을 높여가고 있다.

일본 상용화된 제품이 700W급과 1kW급뿐인 600W부터 1kW, 5kW, 6kW, 10kW급까지 다양한 제품군을 확보했다는 장점도 있다. 시장만 있으면 더 많은 분야에서 연료전지를 활용할 수 있다.  

◆연료전지 현안 해소 이어져

그동안 연료전지업계가 지속적으로 요구해 왔던 사항 중 하나는 중복된 인증 및 검사가 너무 많다는 것이다. 한국가스안전공사의 KGS 코드를 인증받아도 한국에너지공단의 KS 인증을 받아야했다.

이 문제는 최근 에너지공단과 가스안전공사가 고정형 연료전지 제조의 시설·기술·검사 기준과 중복되는 신재생에너지설비 KS인증(KS C 8569) 세부항목 검사를 면제하기로 합의하면서 대거 완화됐다. 중복항목 검사 면제를 위해 양측은 AH371 시험항목과 결과를 공유하고 있다. 중복검사를 하지 않는 항목은 가스안전공사의 시설·검사기준(KGS AH371)을 통과한 31개 항목이다. 이를 통해 재료 및 15개 구조 항목과 배출가스 측정, 온도상승, 절연저항, 내전압, 절연거리 측정, 복전 후 일정시간 투입방지 기능, 교류 출력전류 변형률, 출력전류 직류분 검출, 계통전압 불평형, 전기부품 내구성 시험 등은 면제했다. KGS AH371 검사 이후 ▶기동특성 ▶정지특성 ▶발전효율 ▶부하변동특성 ▶소음측정 ▶서지내력 ▶감전보호 ▶출력 과전압 및 부족전압보호 ▶주파수 상승 및 저하보호 기능 ▶단독운전 방지기능 ▶누설전류 ▶대기손실 ▶계통전압급변 ▶계통전압위상급변 ▶계통전압 왜형률 내량 ▶출력측 단락 ▶계통전압순간 정전순간 강하 등 17개 항목만 인증받으면 된다.

◆품질·효율 향상 위한 연구·실증 지속

순수소를 연료전지에 투입하는 시스템 개발 연구도 이뤄지고 있다. 국토교통부사업으로 에너지기술연구원이 주관한 삼척시 수소도시 조성사업에서다. 삼척시 수소타운에서 순수수롤 투입해 발전효율을 55%까지 올리려는 실증이 이뤄지고 있다. 

아울러 최근에는 AI를 기반으로 한 연료전지 기술개발도 이뤄지고 있다. 산업통상자원부 주관으로 ‘연료전지 셀 양산기술 및 품질 안정화 기술 개발’ 국책과제가 진행 중이다. 국책과제는 SOFC 및 PEMFC 품질 향상을 위해 AI 기반 생산품질 기술을 도입하는 것을 목적으로 한다.

과제기간은 2026년 3월31일까지 2년으로 개발과정에서 품질 검사 결과와 스택의 성능 관계를 AI 품질 검사 알고리즘에 적용해 최적화된 공정을 확보하고 있다. 

산업이 축소되고 있음에도 연료전지사업에 진출하는 기업은 계속해 늘고 있다. 관련 업체가 늘면서 지난해 11월 두산퓨얼셀, SK에코플랜트, 두산퓨얼셀파워, 에스퓨얼셀, 경기그린에너지 등 5개사로 출범한 한국수소연료전지산업협회 회원사가 이달 기준 40개사까지 늘었다. 단순 연료전지사 뿐 아니라 연료전지에 들어가는 부품사까지 늘어나고 있는 추세다.

유정근 기자 [email protected]