2030년까지 수소 생산량 10만톤 규모로 확대
수소전소터빈 발전 상용화 위한 MOU 체결

현대제철(대표 안동일)이 수소에너지 부문 투자를 통해 수소사회 핵심 기업으로 도약 중인 가운데 최근에는 수소 활용을 위한 협력에도 적극 나서고 있다.

■ 현대제철, 현대차그룹의 수소경제 견인차

현대제철은 현대차그룹의 'FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle) 비전 2030'에  발맞춰 당진제철소의 철강 생산 과정에서 발생하는 부생가스를 재활용해 수소전기차와 발전 분야 등에 수소를 공급하며 혁신 경영을 추진 중이다. 현대제철은 수소공장을 가장 빨리 진행해 '수소 클러스터(집합체)' 역할을 하게 된다.  

현대제철 수소공장은 거대한 '수소필터'로 불린다. 고로에서 쇳물을 만들려면 반드시 코크스(석탄 가루를 고열 처리해 만든 덩어리)가 필요한데 이 코크스의 제조와 연소 과정에서 발생하는 필수 부산물이 코크스 가스다. 이 가스는 대부분 수소와 타르, 황, 벤젠 등으로 구성되는데 이를 걸러내 수소로 만드는 게 수소공장의 역할이다. 

수소공장 전면에는 크게 거대한 원통형 타워 3개가 있다. 각각 '전기집진기', '흡착탑', 'TSA(Temperature Swing Adsorption)'로 불린다. 코크스 가스가 우선 첫 번째 타워를 거치며 타르와 황, 메탄, 일산화탄소 등이 순차적으로 제거된다. 이후 압축과 추출 과정을 통해 최종적으로 수소가 생산된다. 이렇게 만들어진 수소의 순도는 99.999%. 수소 중의 수소로 불리는 일명 '파이브나인'이다. 

현대제철 관계자는 "제철소에서 공업용 용도로 사용되는 수소의 순도는 99.9%만 돼도 충분하다"며 "하지만 민감한 수소전기차의 연료원으로 사용하려면 파이브나인의 까다로운 조건을 맞춰야 한다"고 말했다. 당진제철소는 철강은 물론 '수소경제'까지 겨냥해 건립됐다는 의미다. 

이 수소공장은 현재 연간 3,500톤 규모로 수소를 생산해낸다. 1회 6.33kg의 수소를 충전해 609km를 주행할 수 있는 현대차의 수소전기차 넥쏘를 기준으로 연간 2만km씩 달린다고 가정할 때 1만7,000대를 1년 내내 운행할 수 있다.

현대차가 넥쏘를 필두로 전 세계에서 판매한 수소전기차 누적 판매대수는 지난 4월 기준 1만6,152대. 현대제철 당진제철소 수소공장 하나면 너끈히 지상 위의 모든 넥쏘를 움직일 수 있다. 이 같은 수소 생산능력은 국내 단일제철소 기준으로 최대 규모를 자랑한다.

현대제철은 수소 생산량을 2024년 연간 2만톤, 2030년 10만톤 규모로 확대하는 것을 목표로 하고 있다. 

현대제철은 2014년 수소공장을 짓기 시작해 2016년 1월에 상업생산에 돌입했다. 현대차그룹이 세계 최초의 양산형 수소전기차 투싼 FCEV를 선보인 것이 2013년이고 수소전기차 전용 플랫폼으로 넥쏘 양산을 시작한 시기가 2018년인 것을 감안하면 현대제철은 현대차그룹의 수소경제를 사실상 시작부터 이끈 셈이다. 

■금속분리판, 수소경제의 핵심 기술

현대제철은 수소 생산 외에도 수소공장 옆에 지난해 3월부터 가동한 연 1만6,000대 규모의 수소전기차용 금속분리판 생산공장을 운영 중이다.  

금속분리판이란 외부에서 공급된 수소와 산소가 섞이지 않고 각 전극 내부로 균일하게 공급되도록 해주는 부품이다. 전극반응에서 생성된 물을 외부로 원활하게 배출시키는 역할도 한다. 이 금속분리판은 전극막접합체(MEA)와 함께 수소전기차용 연료전지의 핵심 기술이다. 

현대제철 친환경차부품개발팀 관계자는 "연료전지는 수소와 산소를 분리해 공급하는 동시에 전류를 수집해 전달해야 해 우수한 전기전도성과 열전도성을 가져야 한다"며 "여기에 가스 밀폐성과 내식성, 경량화도 필수적인 고기술 부품"이라고 말했다. 현대제철의 소재 개발 기술력과 생산력이 아니면 소화하기 힘든 분야다. 

금속분리판 공장은 로딩부터 탈지, 세척, 조립 같은 공정은 투명 유리와 플라스틱으로 밀폐된 공간에서 진행한다. 티끌만한 이물질도 들어가서는 안 되며 매 공정마다 물 배출성과 전기전도성, 접합성, 기밀성 등 깐깐한 검수 절차가 필수다. 

금속분리판 사업은 2013년에 양산 기술 개발이 이뤄졌고 2018년부터 고성능 대량 생산에 들어갔다.  

이 금속분리판 공장은 '수소경제 핵심 기술의 국산화'라는 점에서도 의미가 남다르다. 현대차그룹은 수소전기차용 연료전지 양대 기술인 금속분리판과 MEA 모두를 독자개발 했다. 현재 금속분리판 공장 설비는 100% 국산화를 끝낸 상태이며 설계부터 생산 가동까지 모두 국내 기술로 실현 가능하다.  

■ 수소전소터빈 발전 상용화 위한 MOU 체결

이처럼 현대제철은 수소사회 핵심으로 거듭하고 있는 가운데 수소 활용을 위한 협력에도 적극 나서고 있다. 현대제철은 최근 현대엔지니어링∙두산중공업∙중부발전 등과 함께 수소 기반 전력생산 기술 확보를 목표로 수소전소(全燒)터빈 발전 실증사업을 추진하기로 했다. 

4개사는 국내 최초로 수소 100% 연소를 통한 수소전소터빈 발전 상용화를 목표로 ‘중형급 수소전소터빈사업 협력을 위한 다자간 업무협약(MOU)’을 체결했다. 수소전소(全燒)터빈 발전은 기존 가스터빈에 100% 수소를 연료로 사용하여 전력을 생산하는 방식이다. 

이번 업무협약은 2027년까지 충남 당진 지역에 80MW 중형급 수소전소터빈을 적용한 신규 발전소를 건설하고 상용화하는 것을 목표로 하는 내용을 담고 있다. 현대제철에서는 충남 당진 수소공장에서 생산되는 ‘부생수소’의 공급과 수소전소터빈 발전소 건설을 위한 부지를 제공할 예정이다.

현대엔지니어링은 수소전소터빈 발전소의주관사 역할 및 설계와 시공을 포함한 발전소 EPC를 담당하고 두산중공업은 100% 수소를 연소하는 ‘연소기’를 포함한 80MW 중형급 수소전소터빈을 개발 및 공급한다. 중부발전은 발전소 운영 및 유지보수를 담당하며 각 사는 이를 위한 특수목적법인(SPC) 설립을 계획하고 있다.

이번에 체결된 MOU가 정부가 주요 정책으로 추진하고 있는 ‘수소경제 활성화’ 및 ‘2050 탄소중립 추진전략’ 이행을 위한 중요한 역할을 할 것으로 기대되는 가운데 각 사는 이를 위해 지속 협력할 예정이다.