코오롱인더스트리㈜(대표이사 장희구)는 수소전기차 보급 확대 분위기에 발맞춰 수소차 관련 소재·부품 선도기업을 목표를 세우고 연구개발에 박차를 가하고 있다.

코오롱인더스트리㈜는 24일 수소에너지네트워크㈜(약칭 하이넷)의 정부세종청사 수소충전소 착공식에서 수분제어장치를 비롯한 주요 수소 소재 제품을 전시했다.

하이넷은 코오롱인더스트리㈜를 비롯한 13개 수소 산업 관련 기업이 출자해 설립한 특수목적법인이다. 2022년까지 수소충전소 100개 설립을 목표로 국가 주요시설에 수소충전소 설치를 주도하고 있다. 이는 정부의 수소충전소 보급 계획의 약 3분의 1에 달하는 수준이다.

코오롱인더스트리㈜가 현재 생산 중인 대표적인 수소연료전지 소재는 수분제어장치(막가습기)다. 수분만을 선택적으로 통과시키는 특수 소재인 멤브레인을 적용해, 수소전기차의 엔진에 해당하는 연료전지의 효율을 높이는 주요 부품이다.

미세한 섬유 다발로 구성돼 연료전지에 사용되는 필터와 함께 외부 공기 중 미세먼지까지 제거할 수도 있다. 수소차 1만대 운행 시 디젤차 2만대 분 미세먼지를 정화한다.

코오롱인더스트리㈜는 정부 차원의 수소차 확대 정책에 따라 올해 증설 투자를 결정했다.

현재 현대자동차와는 기술 개발 관련 협력 관계를 맺고 현대차가 생산하는 수소차에 수분제어장치를 공급 중이다.

기존 생산량 대비 300% 넘는 규모로 생산을 계획하고 있으며 향후 차기 차종에 대비한 선제적 추가 투자도 고려하고 있다. 해외 시장도 적극적으로 개척해 2025년 이후 세계시장 기준 50% 이상의 점유율 달성을 목표로 하고 있다.

막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, 이하 MEA)도 코오롱인더스트리㈜가 심혈을 기울이고 있는 분야다. MEA는 수소와 산소 화학 반응으로 전기를 생성하는 연료전지 내부의 핵심소재로 2014년부터 개발 중이다.

2016년에는 세계 최고 수준의 MEA 기술을 가진 미국 고어(W.L. Gore and Associates, Inc)사로부터 핵심기술을 도입하는 등 국내외를 막론하고 MEA 관련 핵심 연구설비 및 핵심특허를 매입하며 필요한 기술 확보에 매진하고 있다.

지난해에는 마곡 코오롱One&Only타워를 건립하며 MEA 파일럿 생산시설을 구축하고 수소전기차 시장 선점을 위해 양산 시스템을 준비 중이다.

연료전지 기술은 수소전기차 뿐 아니라 건물용 및 상업용 발전, 최근에는 드론, 지게차 등의 동력으로도 활용된다.

이에 코오롱인더스트리㈜는 건물용 수소연료전지 시스템 분야에도 진출해 ㈜두산퓨얼셀파워, 에스퓨얼셀㈜, 범한산업㈜을 비롯한 국내 모든 건물용 시스템사에 수분제어장치를 독점 공급하고 있다.

MEA는 2020년 시스템 내 핵심소재 국산화를 목표로 연구개발 중이며, 향후 드론용과 상업용 열병합 발전 시스템 등 적용 범위를 확대할 계획이다.

코오롱인더스트리㈜는 또 2010년 지식경제부 국책 WPM(World Premier Material) 사업 내 ‘연료전지용 탄화수소계 강화 복합막 개발’ 과제에 코오롱머티리얼㈜과 함께 참여해 원천기술을 확보하기도 했다.

이 기술은 기존 불소계 분리막 대비 1/10 수준으로 재료비를 낮추는 것은 물론, 레독스 플로우 배터리(Redox Flow Battery) 등 리튬 이차전지 대비 화재 안전성이 우수한 에너지 저장 시스템(Energy Storage System)에 적용 가능해 상용성 확장을 위한 연구개발을 계속 진행 중이다.

코오롱인더스트리㈜는 2006년부터 수소연료전지 분야 연구를 시작해 이미 상당한 기술력을 보유 중이다. 수분제어장치와 MEA, 연료전지용 전해질막 등 핵심 부품과 수소산업 인프라를 포괄적으로 공급 가능한 기술 수준을 갖춰 수소 모빌리티 소재·부품분야에서 통합 솔루션을 제공하는 유일한 업체로 자리매김하고 있다.

코오롱인더스트리㈜ 연료전지사업담당 이무석 상무는 “아직 수소산업이 꽃피지 않은 상황을 고려해볼 때 독자기술에만 몰두하기보다는 다양한 형태의 상호 협력이 상업화를 앞당길 것으로 보고 있다”며 “관련 기업과 협력하는 데 그치지 않고 유관 기관과 계열사 간 상호 협력을 통해 기술을 획득하는 데에도 매진하고 있다”고 말했다.

[참고] 수소연료전지 및 MEA

수소연료전지의 핵심부품은 전기를 만들어내는 스택이며, MEA는 스택에서 가장 중요한 역할을 한다. MEA는 전기가 생성되는 화학반응이 일어나는 곳이다. 구성을 보면 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. 흔히, 수소연료전지 원리를 설명할 때, 공급된 수소가 공기 중의 산소와 만나 전기와 물을 생산한다고 간단히 정리하는데 MEA가 핵심역할을 담당하는 것이다. 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.