근 3년 만에 하이드로럭스(HYDROLUX)를 다시 찾았다. 이번에는 창원 본사가 아닌 인천 1공장으로 향했다. 지식산업센터라는 명패를 단 아파트형 공장의 주차장을 돌아 오르자 입구가 보인다.
강길구 대표가 두툼한 손을 내밀어 악수를 청한다. 그뒤로 파란 수소지게차 한 대가 보인다. 운전석 뒤 카운터웨이트 바로 위에 하이드로럭스에서 개발한 수소저장합금이 장입된 수소저장용기가 달려 있다.
“중국 항차에서 출시한 3톤급 수소지게차를 들여와서 수소저장시스템만 개조했어요. 타입4 실린더 대신 HL-1.85 수소저장합금 실린더를 올렸죠. 수소저장합금이 어디에 어떤 식으로 쓰이는지 눈으로 보여주는 게 중요해요. 소재 개발 회사가 시스템, 애플리케이션 영역까지 고민하느라 정신이 없습니다.”
중국 출장을 앞두고 급하게 날짜를 당겨 잡은 인터뷰였다. 회의실로 들기 전 수소스쿠터를 한번 타보지 않겠느냐고 제안했다. 번호판도 없이 도로를 달릴 순 없다. 바로 위 옥상으로 향했다.
스쿠터·지게차에 수소저장합금 적용
중국은 수소스쿠터, 수소지게차가 상용화되어 있다. 몇몇 분야는 국내보다 수소사업 속도가 확실히 빠르다. 두산밥캣은 작년 연말에 4대의 상용 수소지게차를 처음으로 판매했다. 이마저도 특례를 적용받아 수소충전을 하고 있다.
수소스쿠터도 중국산이다. 뒷바퀴 바로 위에 1리터짜리 실린더 2개가 꽂혀 있다. 60℃ 정도의 열을 가해 수소를 방출해서 500W 연료전지 스택을 돌리게 된다.
임찬묵 선임연구원이 스쿠터 운전대를 넘긴다. 액정 화면의 왼쪽에 수소 용량, 오른쪽에 배터리 용량이 아이콘으로 떠 있다. 교육이랄 것도 없다. 스로틀을 당기면 가고, 브레이크 레버를 잡으면 선다. 시속 25km에 속도 제한이 걸린 전기스쿠터와 다를 게 없다.
“HL-2.0 수소저장합금을 적용해서 10바(bar) 이하로 충전이 가능해요. 중국에 많이 쓰는 희토류계 AB5 수소저장합금의 저장용량이 1.4웨이트퍼센트(wt%)죠. 이게 50bar 저장일 때 수치이고 압을 10bar로 낮추면 저장량이 절반 가까이 뚝 떨어져요. 그에 반해 HL-2.0은 10bar 환경에서 최대 1.8wt%, 30bar에선 2.1wt%까지 나오죠.”
수소저장량은 통상 무게비(wt%)로 표기한다. 1.8wt%는 수소저장합금 1kg당 18g의 수소를 저장할 수있다는 뜻이다.
중국 제품이 1리터 용기 하나당 40g의 수소를 저장한다면, 하이드로럭스 제품은 76g을 저장할 수 있다. 강길구 대표는 “스쿠터에 장착된 2개의 용기로 수소 152g을 저장해 150km를 주행할 수 있다”고 한다.
“충방전 압력이 정말 중요합니다. 10bar 이상으로 충전을 하면 고압가스안전관리법을 적용받기 때문에 제약이 많아요. 일본 바이어(브라더공업)를 상대하면서 이 점을 명확히 알게 됐습니다. 회사 설립 초기에 저장량을 높이는 데 중점을 두고 개발을 진행했다면 이제는 안전성, 상용화를 염두에 두고 개발을 진행하고 있죠.”
3년 전만 해도 마그네슘계 하이브리드형 수소저장합금 개발에 주력했다. 3.3wt%의 수소저장량에도 불구하고 10bar 이상의 압력이 필요했다. 또 볼밀링(Ball-milling) 공정을 적용한 고에너지밀 장비로는 대량생산에 한계가 있었다.
“일본의 비상발전 시장이 매우 커요. 10bar 이상은 고압법에 걸려 고압용기를 써야 하죠. 당시 브라더공업에서 내건 조건이 10bar 미만의 압력으로 수소의 장기 보존이 가능해야 한다는 점이었어요. 이 조건에 맞춰 개발한 제품이 HL-2.0입니다.”
수소저장합금은 수소의 저장-방출 사이클을 반복하게 된다. 수소가 합금의 금속 원자 사이로 들어가는 흡착반응이 ‘저장’, 열을 가해 수소가 분리되면서 떨어져 나오는 해리반응이 ‘방출’에 해당한다.
수소를 저장할 때는 열이 나기 때문에 식혀야 하고, 수소를 방출할 때는 열을 가해야 한다.
“흔히 수소의 저장과 연관된 금속 소재를 A, 수소의 방출과 연관된 금속 소재를 B로 구분해요. 이 둘을 조합해서 합금을 만들게 되죠. 대표적인 AB5 타입 제품인 란타넘-니켈 합금(LaNi5)은 수소저장량이 1.4wt%로 방출압력이 40bar입니다. 하이드로럭스가 개발한 HL-2.0은 티타늄-망간을 기반으로 한 AB2(TiMn2) 타입이죠. 수소저장량과 방출량, 작동 온도를 조정하기 위해 A와 B를 변형하거나 새로운 소재를 첨가해요. 이런 시험 과정을 거쳐 최적의 레시피를 완성하게 되죠.”
국내 수소지게차 업체 중에서 수소저장 압력은 21bar, 수소방출 압력은 17bar인 제품을 요청한 곳이 있다. 지게차는 무거운 물건을 들어 올리기 위해 순간적으로 높은 출력을 요구한다. 그래서 10bar로는 부족하다고 한다. 이 조건에 맞춰 HL-1.85를 적용한 실린더를 수소지게차에 장착해 테스트를 진행하고 있다.
일본·미국에 첫 시제품 수출
하이드로럭스는 수소저장합금 제조에 진공유도용해(Vacuum Induction Melting, VIM) 방식을 적용하고 있다. 공장 한쪽에 5kg급 진공유도용해로를 갖추고 연구개발, 샘플, 시제품 제작에 활용하고 있다.
VIM은 진공 상태에서 고온의 전기로로 열을 가해 금속을 용해하는 기술이다. 전자기 유도로 발생하는 와전류로 진공 상태의 도가니를 가열해 금속을 녹인다. 용융점이 높은 합금이 한 덩어리로 녹아 잉곳(Ingot, 주괴)으로 나오면 이를 분쇄해 분말이나 펠릿 형태로 가공한다.
“수소저장합금은 분쇄 후에 초기활성화 공정이 꼭 필요합니다. 열과 압을 가해 산화피막을 제거하거나 수소저장 통로를 만들어주는 작업인데, 합금마다 조건이 다 달라요. 이 과정을 거친 다음 PCT(Pressure-Composition-Temperature) 평가란 걸 진행해요. 금속 분말의 압력, 조성, 온도 변화를 평가한 다음 수소를 가압해 수소저장 특성을 확인하게 되죠.”
강길구 대표가 진열장에 놓인 브라우니 모양의 잉곳을 손으로 가리킨다. 잉곳을 곱게 간 분말 형태로 용기에 장입해도 되지만, 모듈화를 위해 펠릿으로 가공하는 쪽을 더 선호한다. 여기에는 두 가지 이유가 있다.
“펠릿으로 압축하면 일단 부피가 작아집니다. 이게 첫 번째 이유이고, 두 번째는 열전도율이 높아져서 수소의 저장, 방출 속도를 높일 수 있죠. 금형을 떠서 프레스 성형을 한 다음 여러 차례 충방전 테스트를 했어요. 그렇게 찾은 최적의 형태로 모듈화한 제품이 수소 1kg을 저장할수 있는 HL Power 1K입니다.”
HL-2.0으로 가공한 아이스하키 퍽 모양의 펠릿을 가느다란 원통 안에 꽉 채워 하나의 랙을 구성했다. 10bar에서 작동하는 수소저장시스템으로 수소 저장용량에 따라 1K, 10K(약 10kg), 100K(100kg 이상)로 구분한다.
1K는 이동형에 쓸 수 있지만, 10K부터는 고정형만 가능하다. 10K에 들어가는 수소저장합금 무게만 500kg에 달한다.
“시제품 수준을 넘어 양산으로 가려면 최소 1톤급 VIM 용해로가 필요해요. 국내에 이 정도 용량의 설비를 갖춘 곳이 없어요. 그래서 중국의 희토류 전문기업에서 위탁 생산하는 방안을 추진하고 있죠. 이번에 중국에 들어가는 것도 이 때문입니다.”
중국은 전기차를 비롯해 이차전지를 이용한 에너지저장장치의 최대 생산국이다. 원료가 되는 소재를 저렴하게 구할 수 있고, 대규모 생산설비도 잘 갖추고 있다. 강 대표는 “니켈수소(Ni-MH) 전지의 음극재로 사용되는 MH(Metal Hydride, 금속수소화물)의 제조설비와 동일해 레시피만 들고 들어가서 만들 수 있다”고 한다.
“지난해 여름 일본 브라더공업에 테스트용 초기 물량을 납품했고, 12월 말에는 미국의 BESI에 총 5kg의 수소를 충방전할 수있는 챔버형 수소저장시스템을 납품했어요. HL-2.0 기반의 수소저장합금 50kg씩을 장입한 실린더 5개도 함께 배에 실어 보냈죠. LA항에 제품이 도착해서 기차로 시카고까지 옮기는 데 한 달은 걸린다고 봐야죠.”
BESI는 미국 시카고에서 대체에너지와 재생에너지 프로젝트를 위한 혁신 기술을 개발하는 엔지니어링 회사인 ‘Biomass Energy Systems Inc.’를 가리킨다. 작년 12월 두명의 기술진이 2박 3일 일정으로 한국을 찾아 HL-챔버의 최종 검수를 완료했다. 그런 다음 바로 포장해서 미국으로 발송했다.
“수소저장합금은 무게가 많이 나가는 대신 수소저장량이 매우 높죠. 같은 부피의 실린더에 기체수소 대비 세 배 정도 많은 양을 저장할 수 있어요. 또 수소저장에 압축기 같은 별도의 장비가 필요하지 않죠. BESI는 수전해로 생산한 수소를 저장했다 방출하는 용도의 제품을 원했어요. 여기에 연료전지를 붙이면 바로 전기를 생산할 수 있죠.”
수소 충방전을 위해 열교환기를 넣은 수소저장시스템이라 할 수 있다.
하이드로럭스는 세계 최대 가전·IT 박람회인 CES 2024에서 HL-2.0 수소저장합금으로 CES 혁신상을 받았다. 바로 그곳에서 BESI의 관계자를 만났다.
“국내외 전시회가 홍보나 마케팅의 주요 수단입니다. 김종원 대표(공동대표)가 전문 경영인 출신이라 해외 비즈니스 경험이 많아요. 전시회에서 만난 업체마다 요구 사항이 다 다른데, 맞춤형 샘플을 제공하고 시스템을 고민하는 과정에서 배우는 게 많습니다. 소재 영역에서 시작해 시스템, 애플리케이션까지 두루 경험하면서 자신감을 많이 얻었어요. 이제는 그 경험이 실제 매출로 이어지도록 해야죠.”
수소저장합금에 대한 시장의 기대치는 높다. 하이드로럭스는 사업 초기 시리즈A 61억 원, 브릿지펀딩 35억 원을 합쳐 총 100억 원을 투자받았다. 그동안 해외기업들을 상대하면서 시장의 수요를 확인했고, 신뢰도 있는 제품을 내기 위해 힘써왔다. 이제 그 성과를 내기 위해 동분서주하고 있다.
이태리·독일 등 유럽 시장 진출 기대
강길구 대표는 유럽 시장 진출에 큰 기대를 걸고 있다. 수소저장합금과 관련한 법규 자체가 없는 국내에 비해 유럽은 더 유연하다고 한다.
“이탈리아는 35bar, 독일은 40bar 충전도 가능한 걸로 알아요. 해외 전시회에서 만난 업체들에 샘플을 보내고 답을 기다리고 있죠. 특히 이탈리아, 독일, 스페인 기업과 논의를 이어가고 있어요. 수소저장합금을 활용한 올인원 시스템 회사들이 우리 기술에 관심이 많죠. 올해는 유럽 쪽에 의미 있는 매출을 기대하고 있습니다.”
하이드로럭스는 이탈리아의 MetHydor와 논의를 이어가고 있다.
MetHydor는 금속수소화물 기술을 이용한 수소저장시스템을 제공한다. 모듈식 탱크 설계를 적용하고 있으며, 수소의 충방전 시 열을 제어하기 위해 물을 활용한다. 수소저장 시에는 15℃의 찬물을 넣어 최대 30bar로 충전을 완료하고, 수소방출 시에는 40℃ 온수를 넣어 20bar에서 방출한다.
독일의 GKN Hydrogen도 수소저장 올인원 솔루션을 제공하고 있다. 이 회사는 수소 10~20kg을 저장할 수 있는 10피트 컨테이너, 수소 30~120kg을 저장할 수 있는 20피트 컨테이너를 시장에 제공한다. AB 타입의 티타늄-철 수소저장합금을 사용해 수소저장시스템을 구축 중인 회사로, 하이드로럭스의 AB2 샘플을 카트리지에 활용하기 위한 테스트를 진행 중이다.
스페인의 Golendus란 업체도 최근에 이름을 올렸다. 기존 내연기관(경유·휘발유) 차량을 H2-ICE 시스템으로 개조하는 일을 하는데, 여기에 수소저장합금을 적용하기 위해 1차로 500g의 수소를 저장하는 캡슐형 수소저장시스템을 의뢰했다. 기존 화석연료에 소량의 수소를 섞어 태우면 배출가스 저감, 연비상승 효과를 기대할 수 있다.
“이전까지는 연구개발 중심이었다고 할 수 있어요. 수소저장합금의 기초 설계, 합금 제조, 초기활성화의 핵심 기술을 확보하는 데 주력했죠. 제품에 대한 신뢰로 자신감이 붙으면서 이제는 판매를 목적으로 우리 쪽에서 먼저 제안을 하는 단계에 이르렀어요. 소재 회사가 어쩔수 없이 시스템도 하고 이를 응용한 애플리케이션까지 제안하고 있지만, 본업이 수소저장합금 생산이라는 점을 늘 유념하고 있습니다.”
수소저장 방식의 주류는 여전히 고압 기체수소다. 여기에 액화수소가 들어오면서 시장을 키워가고 있다.
수소저장합금을 통한 수소저장은 여전히 비주류로 틈새시장을 공략해야 한다. 전 세계로 시장을 넓혀 점유율을 조금씩 키워가는 수밖에 없다. 이는 수소저장합금 기업의 숙명이기도 하다.
“트렌드를 보면 수전해와 연계한 올인원 솔루션 제품이 많아요. 전단에 전해조를 연결하고 후단에 연료전지를 붙이는 형태가 대부분이죠. 물론 플랫폼 사업을 통해 모빌리티 쪽에 활용하는 것도 가능합니다. 수소저장합금의 활용 분야도 고압 기체수소 못지않죠.”
강 대표는 “액화수소충전소의 BOG 증발가스를 활용한 중소형 수소저장·공급 시스템에도 수소저장합금을 활용할 수 있다”고 한다.
10bar 미만의 낮은 압으로 나오는 증발가스나 액화충전기에서 나오는 가스 손실분을 대기 중에 그냥 날리지 않고 수소저장합금에 저장했다 연료전지로 전기를 생산해 계장이나 전기 전력으로 활용할 수 있다.
수소저장합금은 철, 니켈, 마그네슘 같은 금속과 합금화해서 격자 사이에 많은 양의 수소를 저장할 수 있다. 또 외부 충격에 강해 안전하고, 장기간 보존에도 손실률이 낮다.
물론 이런 장점만 있는 것은 아니다. 금속이 무겁기 때문에 정치형에 잘 맞고, 수소를 수소저장합금에 저장하는 데 고압 기체수소 방식보다 긴 시간이 걸린다. 또 수소를 저장, 방출하는 데 열관리는 필수다.
이런 장단점을 고려해 시스템, 애플리케이션 영역에서 수요처를 발굴해야 한다. 소규모 수전해와 연계한 수소저장시스템, 무거운 물건을 들어 올리기 위해 별도로 카운터웨이트를 추가해야 하는 수소지게차 등에 그 쓰임이 분명히 있다.
“10bar 미만의 압력에서 압축기 없이 기체수소를 안전하게 저장할수 있는 기술은 수소저장합금이 유일해요. 수소저장합금이 비상용 에너지저장시스템(ESS) 역할을 할 수 있죠. 이런 특정 분야에서 출발해 그 가능성을 열어갈 생각입니다.”
3년 전과는 분명히 다르다. 시스템, 애플리케이션 영역에서 치열하게 고민하면서 시장의 요구에 유연하게 대처해왔다는 생각이 든다. 올해는 그 노력이 결실을 봤으면 하는 바람이다. 기업은 결국 매출과 수익으로 그 가치를 증명해야 한다.