▲ 범한퓨얼셀 곽대연 상무가 자사의 선박용 수소연료전지 기술과 해외 개발 사례를 발표하고 있다.

세계적인 탄소중립 가속화로 선박용 연료전지 시스템 도입이 확대되고 있는 가운데 이를 위해 선박에서의 실증 및 수소충전·저장 안전기준 마련이 시급하다는 의견이 제시됐다.

한국수소산업협회와 한국에머슨은 24일 수소부품 소재솔루션 및 수소선박 기술현황 온라인 세미나를 개최하고 수소산업 발전을 위한 장비 및 부품기술, 수소추진 선박 활성화를 위한 네트워크 구축 시간을 가졌다.

이번 세미나에서는 탄소중립과 친환경 신재생에너지 활용 등 글로벌 수소경제 생태계 구축이 가속화되는 가운데, 수소에너지 및 수소 모빌리티와 관련한 수소 소재부품 솔루션 및 수소선박 기술현황을 중점적으로 다뤘다.

수소연료전지 기술 개발 및 제품 생산 전문기업 범한퓨얼셀의 곽대연 상무는 이날 발표에서 ‘수소선박용 연료전지 기술 현황’을 주제로 △연료전지의 개요 △연료전지 시스템 △선박 전기추진 시스템 △선박용 연료전지 시스템 등을 발표했다.

범한퓨얼셀은 범한산업의 수소연료전지본부가 2019년 인적·물적 분할해 설립됐으며 2022년 코스닥에 상장한 바 있다.

범한산업은 1990년 공기 압축기로 시작하여, 2015년 GS칼텍스의 잠수함연료전지 모듈사업을 양수받아 연료전지 사업을 시작했다. 범한산업은 세계에서 두 번째로 잠수함용 연료전지모듈을 상용화에 성공했으며, 2018년부터 장보고-3 잠수함에 납품을 시작했다. 또 2019년부터 건물용 연료전지 시스템 및 수소충전소 사업을 시작했다.

연료전지란 공급되는 연료의 화학반응을 통해 전기를 발생시키는 장치로, 연료전지는 전해질막의 종류에 따라 작동온도 및 용도가 달라진다. 주요 종류로는 △DMFC(고분자막) △PEMFC(고분자막) △PAFC(인산) △MCFC(탄산염) △SOFC(세라믹) 등이 있다.

선박 전기 추진 시스템으로는 연료전지와 배터리가 있는데 선박의 공간은 한정적이기 때문에 시스템이 차지하는 부피도 고려해야 한다.

곽대연 범한퓨얼셀 상무는 미국 국립 샌디아고 연구소에서 액화수소 연료전지, 350bar 압축수소 연료전지, 배터리의 실제 설치공간 대비 에너지저장량을 조사 분석한 데이터를 발표했다. 그결과 가용 공간 1500㎥ 기준 배터리는 400MWh, 350bar 압축수소는 2,600MWh, 액화수소는 7,650MWh 규모의 에너지를 저장할 수 있어 배터리는 경쟁력이 없는 반면 액화수소는 선박에서 월등한 경쟁력을 가질 수 있는 것으로 나타났다.

또, 연료전지는 전류 증가에 따라 전압이 50%수준까지 감소하는 특성을 보여, 전류가 낮을수록 효율이 높다. 연료전지를 선박에 사용할 경우에는 최대 출력대비 30%~80%구간에서 사용하는 것이 적절한 것으로 나타났다.

또, 안전관리를 위해 선박용 연료전지는 해상 환경에 맞춰 공기 공급단에 염분을 제거해 공급해야하며 냉각은 해수를 사용하면된다. 미사용 수소는 안전을 위해 외부로 빠져나가도록 배관구성을 해야하며 생성수는 별도 저장한다. 대형선박의 경우는 안전을 위해 질소공급장치를 구성하고 비상정지 혹은 장기간 정지시 수소를 질소로 치환하는 것이 바람직하다.

이밖에도 선박용 연료전지는 전기추진선박의 에너지공급원중 하나로, 배터리 대비 높은 에너지밀도를 보이므로 주전원의 역할을 하기위한 이중화 설계가 필요하다.

해외의 경우 2010년 초반부터 다수의 선박용 연료전지 시스템을 개발하고 실증을 마쳤거나 진행중이며, 국내에선 2014년 이후 개발이 시작됐지만 최근엔 활발히 진행 중이다.

곽 상무는 “선박용 전기추진 에너지원으로 연료전지는 배터리 대비 매우 우수한 에너지밀도를 보이며 비용 문제와 수소저장, 충전, 사용 등 기술 및 제도적 문제가 해결될 경우, 선박의 궁극적 대안이 될수 있을 것”이라고 밝혔다. 또 “선박은 안전이 매우 중요하므로 충분한 기술개발 및 실증을 바탕으로 수소충전, 저장, 공급 등 안전기준 마련이 시급하다”고 전했다.