GS그룹 신성장동력사업분야의 대표 기업으로 성장한 GS퓨얼셀은 아파트 등에 활용 가능한 50㎾급 연료전지 시스템과 도시가스 이용하는 1㎾급 가정용 연료전지, 3㎾급 가정용 연료전지 열병합발전시스템 개발하고 건물용연료전지 시장을 주도해 나가고 있다.
특히 시스템 설계·구성, 스택, 연료변환장치 등 연료전지 3대 핵심기술을 보유한 국내 유일의 기업으로 도약함으로써 일본·미국 등 연료전지 선진국 기업과 어깨를 나란히 하고 있다.
◇건물용 연료전지의 선두주자=지난 2000년, GS칼텍스의 자회사로 탄생한 GS퓨얼셀은 설립 3년 만에 연료전지 3대 핵심기술을 개발하는데 성공했다.
GS퓨얼셀이 개발한 연료전지는 가정이나 건물에 전기와 열을 동시에 공급하는 고분자 전해질 연료전지(PEMFCl). 연구 초창기에 개발에 주력했던 발전용 인산형 연료전지(PAFC)보다 효율이 높고 이미 상용화에 근접한 PEMFCl로 시선을 돌린 것이 주요했다.
특히 2004년에는 3년 동안 약 74억원의 연구개발비를 투자해 도시가스를 연료로 하는 1㎾급 가정용 고분자 전해질 연료전지 열병합시스템을 자체 기술로 개발했다.
GS퓨얼셀의 연료전지는 발전효율이 최대 36%에 달하고 열 회수 효율까지 포함할 경우 전체 효율은 최대 82%에 이를 정도로 높은 효율을 자랑한다. 특히 가정에 설치가 용이하도록 개질기를 소형화하는데 성공해 품질, 디자인 측면에서도 세계 최고 수준인 일본 제품과 어깨를 나란히 하고 있다.
GS퓨얼셀은 지난 2006년부터 2009년까지 정부가 주관하는 가정용연료전지 모니터링사업에 참여했다. 총 210대를 대상으로 실시되는 사업에 GS퓨얼셀은 무려 110대를 사업에 투입했다.
그동안 실험실 안에서만 사용하던 연료전지를 실제 현장에 적용해 성능·내구성·환경성 등 각종 실측 운전 데이터를 수집, 개선안을 마련하기 위해서였다.
2008년에는 일반가정을 대상으로 하는 모니터링 사업에도 참여했다. GS퓨얼셀의 연료전지 시스템은 이 사업에서 1차년도 평가를 통해 5000 시간 이상의 내구성 및 평균 32.4%의 전기효율을 달성했다.
2003년 국내 최초로 1㎾급 연료전지 시스템을 개발하고 2005년부터 1㎾급 주택용 연료전지 시스템과 1.5·3㎾급 주택용 연료전지 하이브리드 시스템의 실증평가를 통해 3000시간 이상의 내구성을 확보한 것이 우연이 아니란 것을 입증했다.
GS퓨얼셀은 이와 함께 2007년부터 국내 최초로 수소를 연료로 하는 5㎾급 스택파워모듈(SPM)을 개발해 연세대학교 내 수소충전소에 설치해 운전하고 있다. SPM은 수소에너지 사회의 인프라를 직접 이용하는 발전 시스템으로 미래 신에너지의 대표적인 시스템으로 불리고 있다.
GS퓨얼셀은 수소충전소에서 운전 및 평가를 통해 내구성을 확보한 뒤 조만간 보조전원용, 비상발전용 시장을 목표로 제품을 출시할 예정이다.
또한 2010년도 상용화를 목표로 지난해 9월 아파트에 최초로 연료전지를 적용해 모니터링을 하고 있다.
스택제조 부문에서도 역시 2006년 모니터링 사업에 참여해 내성 및 성능 평가에서 우수성을 확인했으며 스택의 조기상용화를 위해 GS칼텍스 중앙기술연구소와 핵심 기술을 공동 개발하기로 했다.
자체 개발한 스택을 이용해 2005년부터 1㎾급 주택용 연료전지시스템과 1.5·3㎾급 주택용 연료전지 하이브리드 시스템의 실증평가를 성공적으로 수행한 결과다.
열처리장치부문에서는 2006년 업계 최고의 콘덴싱 기술을 보유하고 있는 경동나비엔(옛 경동보일러)과 기술협력 관계를 구축, 폐열회수장치 열을 콘덴싱 보일러와 연동하는 기술을 개발했다. 이 기술은 2차년도 및 3차년도 모니터링 사업용 시스템에 적용됐다.
◇성장가능성 큰 가정용 분야에서 지속적인 투자=정부는 비싼 가격과 홍보부족으로 아직까지 활발하게 보급되지 못하고 있는 연료전지 시장을 열어주기 위해 지난해 2012년까지 주택용 연료전지 1만대, 2015년까지 10만대, 2020년까지 80만대, 2040년까지 390만대를 보급한다는 계획을 수립했다.
특히 정부는 올해 ‘그린홈 100만호 보급 사업’을 필두로 핵심기술의 발전, 정부의 강력한 지원, 소비자의 인식변화가 수반돼 연료전지의 보급 또한 가속도를 낼 것으로 기대하고 있다.
현재 기술수준 및 발전 속도를 볼 때 주택용 연료전지 시장의 성장 속도가 가장 빠를 것으로 예상되기 때문이다.
GS퓨얼셀은 2006년부터 2009년까지 주택용 연료전지 조기상용화를 위해 정부가 추진하는 1㎾급 주택용 연료전지 모니터링사업에 참여해 시스템을 제작, 공급하고 핵심 부품의 국산화 하는데 성공했다. GS칼텍스·경동나비엔 등 여러 국내 기업과 공동개발체제를 구축한 결과다.
서울 시청 서소문 별관에 설치된 연료전지는 2차 모니터링 사업에서 국내 최초로 1만6000시간 이상의 누적 발전시간을 기록해 안정성과 내구성을 입증했다.
GS퓨얼셀은 현재 본격적인 건물용 연료전지 보급사업을 준비하기 위해 대량생산체제를 갖추는데 초점을 맞추고 있다. 이와 함께 냉열에너지 기능 등 다양한 기능의 연료전지를 개발하기 위해 기술개발에 박차를 가하고 있다.
※ 용어설명:연료전지의 원리
연료전지는 △액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG), 메탄올 등에서 수소를 얻어내는 연료변환장치(개질기) △수소연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 변환시켜 직류전기를 생성하는 연료전지 스택 △직류전기를 가정에서 사용할 수 있는 교류전기로 변환하는 인터버 △온수 저장 및 공급 장치인 열저장 시스템 △펌프와 각종 센서류가 포함된 보조기기(BOP) 등으로 구성돼있다.
연료변환장치에서 도시가스를 수소로 변환시켜 스택에 공급하면 다시 스택에서 수소, 산소의 화학 반응으로 전기를 생산하고 이때 발생하는 열을 저장해 건물이나 가정의 난방수로 공급한다.
최호기자 snoop@etnews.co.kr
