이슈 진단 ② 벼랑 끝에 내몰린 건물용 연료전지 업계 (上)

건물용 연료전지 시장, 자구책만으론 정상화 어렵다 

건물용 연료전지는 정부가 지원하는 신재생에너지 보급사업에 힘입어 성장세를 보여왔지만, 2023년부터 하락세를 그리기 시작해 지속가능성에 의문이 들 정도로 심각한 위기에 빠져 있다.

정부의 신재생에너지 보급사업 예산이 줄면서 연료전지에 배정되는 지원금이 줄어 회사 운영이 힘들어졌다. 또 낮은 가동률과 경제성, 고가의 설치비용이라는 고질적인 문제로 건물용 연료전지에 대한 부정적인 인식이 여전히 팽배하다.

한국은 올해 2월 말 기준 약 1,163MW를 보급한 세계 최대 연료전지 발전시장이지만, 건물용 연료전지 정책은 실종된 모습이다. 정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 통해 2022년 50MW, 2040년 2.1GW 보급을 목표로 제시했지만 2024년 6월 말 기준 누적 설비용량은 25.4MW 정도에 불과하다.

특히 건물용 연료전지에 공급되는 도시가스 가격이 비싸고, 자체 생산한 전기 단가가 한전의 전기요금보다 비싸다 보니 채산성이 나오지 않는다. 그래서 설치만 해두고 돌리지 않는 등 연료전지의 정상가동이 어려운 실정이다.

건물용 연료전지 업계를 보는 정부의 시선도 곱지만은 않다. “사후관리 없이 국민 혈세를 들여 지원만 남발했다”는 지적을 들으며 움츠러들었고, 정책 추진에 수동적으로 대응하면서 손을 놓은 측면이 있다.

눈앞에서 마른침만 꿀꺽 삼키는 사람을 앞에 두고 “앓는 소리를 한다”고 면박을 줘선 안 된다. 일단 귀를 열고 경청할 필요가 있다.

‘이슈 진단-건물용 연료전지 위기와 기회’ 두 번째 기획은 건물용 연료전지를 생산하는 PEMFC(고분자전해질 연료전지) 업계의 목소리를 듣는 자리로 마련했다.

1편에서는 두산모빌리티이노베이션, 범한퓨얼셀의 팀장급 실무진이 보내온 답변서를 싣는다. 

두산모빌리티이노베이션 

“두산모빌리티이노베이션(DMI)은 두산그룹의 계열사로 수소 기반 친환경 솔루션을 제공한다. 세계 최초로 수소드론을 상용화한 모빌리티용 수소파워팩·수소드론 전문회사로 올해 3월 그룹 내 건물용 연료전지 전문계열사인 두산퓨얼셀파워의 사업을 양수해 새롭게 출범하면서 이동형에서 고정형까지 전 분야에 걸친 수소연료전지 사업을 영위하고 있다” 

김석규 두산모빌리티이노베이션 전략팀장 

제품 소개  건물용 연료전지는 현재 10kW급이 주력이다. 당사는 다양화되고 있는 사이트별 요구에 대응하기 위해 10kW급 PEMFC와 SOFC(고체산화물 연료전지)를 모두 개발했고, 정부의 지속적인 수소도시 사업 추진으로 수요가 늘고 있는 순수소형 PEMFC 개발과 인증까지 마무리해 수소도시 건물 수요에도 대응하고 있다.

또 건물용 연료전지의 가동률을 높이기 위해 지난 수년간 스택의 내구성과 서비스 품질을 향상해왔고, 실시간 모니터링 기반의 본사 직영 전국 사전점검 서비스(Before Service)를 시행해왔다. 연료전지 가동을 원하는 고객 요구에 100% 대응 중이다. 

위기 의식  건물용 연료전지는 발전용과는 별개로 2014년부터 국내에 본격적으로 설치되기 시작했다. 정부가 지원하는 신재생에너지 보급사업에 힘입어 성장세를 보여왔지만, 2023년부터 하락세를 그리기 시작해 지속가능성에 의문이 들 정도로 심각한 위기에 빠져 있다.

당초 2019년 수소경제 로드맵에 설정된 건물용 연료전지 보급 목표에 따른 보조금이나 각종 지원제도를 기대했으나 기대에 못 미친 부분이 많다. 서울시 등 지자체의 신축건물 친환경 강화 노력과 공공부문 신재생에너지 설치 의무화로 현재 시장이 유지되고는 있지만, 업계의 경쟁력을 높이기 위한 수준의 규모로 보기엔 턱없이 부족한 실정이다.

건설경기 악화로 시장의 파이가 줄었고 신생업체의 출현으로 경쟁이 더 치열해지면서 규모의 경제로 원가경쟁력 확보가 시급한 업계 현실에서는 설상가상의 상황이 되어버렸다. 여기에 제로에너지건축물(ZEB) 제도의 도입으로 자립률 등급이 낮은 건물용 연료전지에는 당분간 어려움이 가중되는 상황이라 결과적으로 건물용 연료전지 업계는 벼랑 끝에 내몰려 있다고 할 수 있다. 

연구개발 노력  시장 활성화를 위해선 연료전지가 원활히 가동되고, 자본지출(CAPEX)과 운영비용(OPEX) 측면에서 경쟁력을 최대화하는 것이 지상 과제라 할 수 있다. 당사는 이를 위해 부단히 노력해왔다. 운영 경제성 개선을 위해 제조사가 할 수 있는 노력은 전기효율 향상에 있다. 이를 위해 중저온에서 작동하는 고효율 SOFC를 개발했고, 내구성 향상을 위해 핵심부품인 스택의 4만 시간 가동(하루 14시간 운전 기준 7.8년) 내구성까지 확보했다.

PEMFC 기준으로 시스템 가격은 과거 대비 상당 수준 개선되었으나 이는 설계 변경을 통한 원가절감 노력으로 달성한 것이다. 현실적인 효과라 할 수 있는 규모의 경제가 뒷받침되지 않는다면 어떤 기업도 자구노력만으로 괄목할 수준의 개선은 불가능하다.

제도적 지원을 통한 규모의 경제 달성이야말로 아직 성장기 단계에 머무르고 있는 연료전지 업계에 절대적으로 필요한 지원이라 생각한다. 

SOFC를 보는 관점  건물용 PEMFC와 SOFC를 모두 보유하고 있으며 이는 시장의 다양한 요구에 탄력적으로 대응하기 위함이다. PEMFC는 부하가변 운전 또는 온오프(On-Off) 기동이 필요하고 열수요가 높은 현장에 적합하다. 그에 반해 SOFC는 고효율 지속발전이 필요한 현장에 적합해 단순히 기술 비교로 우위를 논하는 것은 의미가 없다.

다만 아직까지는 국내 건물의 에너지 수요 특성상 에너지 가격 변동에 따른 경제성 운전(On-Off)이 필요한 경우가 많고 실적과 기술, 운영 면에서 10여 년 이상 노하우가 쌓인 PEMFC의 수요가 높다. 향후 분산전원 인프라 보급 확대에 따라 가상발전소(VPP) 기반 건물 간 전력거래 등이 가능한 시대가 오면 PEMFC는 변동부하, SOFC는 기저부하로써 분명한 수요가 있을 것으로 본다. 

위기 극복 노력  어느 회사나 연구개발 노력, 즉 제품의 효율이나 내구성을 개선하거나 원가를 절감하기 위한 노력을 기본적으로 하고 있다. 따라서 이 부분보다는 해외시장 진출 노력에 초점을 두고 말하고 싶다. 해외시장 개척에는 국내보다 갑절의 노력이 들고, 이를 위해서는 내수시장에서 근원적인 경쟁력을 확보해야 한다.

건물용 연료전지도 결국 친환경 발전원이기에 균등화발전비용(LCOE) 측면에서 경쟁력이 부족하면 해외에서도 실증 이상의 시장 창출이 쉽지 않기 때문이다. 시장 확대를 위해 해외시장 동향을 지속적으로 점검하면서 일부 지역에서 실증도 진행 중에 있다. 

정상 가동을 위한 제안  단순하게 보면 건물용 연료전지 기기에 가동 인센티브를 부여했으면 한다. 운영 경제성을 높여 가동률을 향상시키기 위한 가장 현실적인 조치라 생각되며 그 기준은 수소발전의무화제도(HPS) 하에서 평균 입찰가 또는 과거 신재생에너지 공급의무화제도(RPS) 하에서 도입했던 2REC+SMP(계통한계가격) 등도 참고할 수 있다고 본다.

물론 재원 마련이 숙제인데, 그 수단은 건물용 연료전지 건물의 탄소배출 저감과 더불어 분산에너지원으로써 분산편익에 대한 이익의 수치화로 가능하리라 본다.

다행히 지난해 분산에너지법 발표로 향후 분산편익에 대한 내용이 구체화된다면 활용될 수 있지 않을까 한다. 이렇게 된다면 건물용 연료전지가 가동이 잘 안 된다는 편견을 없애는 기회가 될 수 있고, 이제 풀가동 준비가 되어 있다는 모습을 보여줄 수 있다. 

정부에 바라는 점  정책 지원이 단시간에 이뤄지기 어렵다는 점은 잘 알고 있다. 어쨌든 정부에서도 지속적으로 관심을 갖고 다뤄주었으면 하는 바람이 있고, 현실적으로는 현재 시행을 앞두고 있는 관련 제도 하에서 합리적인 개선이 신속하게 추진되어야 한다고 본다.

대표적으로 ZEB 제도를 들 수 있다. 과거 산업부의 신재생에너지법(신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법)에서는 에너지원 간 균등한 성장을 장려하기 위한 보정계수 등의 정책적 배려가 있었으나, ZEB는 국토부 주관으로 성격상 주택·건물의 친환경 에너지 자립을 목표로 시행되다 보니 애초에 원가 경쟁에서 불리한 연료전지는 경쟁이 힘든 상황이다. 

게다가 자립률 산정 프로그램인 ECO2에서 연료전지가 CHP(열병합발전)로 분류되어 열수요 기반으로 기여도가 평가되어 불리한 부분이 있다. 이 점을 유관부서에서도 인지하고 있고 여러 의견을 수렴 중인 것으로 알고 있어 다행이라 생각한다.

추가로 현재 NDC(국가온실가스 감축목표)에서도 정의하고 있는 바와 같이 건물 부문의 탄소 감축도 매우 중요한 이슈인데, 신축은 ZEB을 통해 커버가 되고 있지만 실제 대부분을 차지하는 기축건물의 건물에너지효율화사업(BRP)에서 연료전지가 효과적으로 포함될 수 있게 제도가 수립된다면 좁은 공간에 간단하게 설치해서 24시간 친환경 발전이 가능한 연료전지가 큰 기여를 할 것으로 본다. 

범한퓨얼셀 

“범한퓨얼셀은 글로벌 수소산업 시장을 선점하고 성장 기회를 극대화하기 위해 2019년 12월 31일에 모기업인 범한산업의 수소연료전지 사업부를 물적분할하면서 설립됐다. 2022년 6월 코스닥에 상장했으며, 지속적인 연구개발을 통해 사업 포트폴리오를 다각화해 선박용·발전용 연료전지, 수소전기버스용 연료전지, 수소충전소·액화수소충전소 구축 등으로 사업 범위를 확장하고 있다” 

김태진 범한퓨얼셀 영업부장 

제품 소개  범한퓨얼셀은 도시가스를 원료로 하는 5kW, 6kW, 10kW 건물용 연료전지 모델을 보유하고 있으며, 이 중 10kW는 국내 최고의 발전효율을 달성했다. 모델별로 KS와 KGS의 인증을 완료했고, 사업 개시 이래로 현재까지 400대 정도를 판매했다. 5kW, 10kW의 경우 수소를 직접 연료로 하는 순수소용 모델로 KGS 인증을 받았으며, KS 인증을 준비하고 있다. 낮은 경제성으로 인해 현장별 가동률은 전반적으로 저조하다. 

위기 의식   초기에 정부 보급사업으로 성장세를 보이던 건물용 연료전지 시장이 정부의 사업 축소로 위축된 것은 맞지만, 하락세의 원인을 단순히 정부 사업 예산 즉, 연료전지에 배정되는 지원금이 줄어 성장세가 하락한 것만은 아니라고 본다.

정부의 일관되지 못한 신재생에너지 정책, 낮은 경제성과 그에 따른 낮은 가동률, 제조사의 기술혁신 문제, 소비자 인식 등이 복합적으로 작용한 결과라 할 수 있다. 또 건물용 연료전지의 주 시장인 건설경기 악화로 수요가 줄어드는 결과를 가져왔다.

축소된 시장에 진출하기 위한 업체 간 경쟁은 더 치열해졌고, 입찰 경쟁으로 시장 단가가 붕괴되면서 초저가 공급으로 수익성 확보에 악영향을 미치고 있다. 이러한 문제들로 인해 관련 업체들이 재정적인 어려움에 직면하면서 사업 지속성에 대한 고민이 깊어지고 있다. 

연구개발 노력  전기효율 향상, 내구성 강화, 원가경쟁력 강화를 주요 목표로 지속적으로 노력하고 있으며, 실제 현장 적용을 위한 개선을 진행 중에 있다. 다만 연구개발 목적만이 아닌, 사업 수단으로 지속가능한 성장을 이어가기 위해서는 반드시 비용 측면이 고려되어야 한다. 건물용 연료전지 업계에 닥친 위기는 여러 측면에서 결코 해결이 쉽지 않은 상황이다. 즉, 수익성을 고려해야 하는 현실 문제에서 오는 기술적인 한계가 분명히 존재한다. 

SOFC를 보는 관점  SOFC는 신재생에너지법에서는 보정계수가 높아 사업성에 유리한 측면이 있지만, 정부가 현재 추진 중인 제로에너지건축물(ZEB) 정책에는 이 보정계수가 적용되지 않는다.

PEMFC와 SOFC는 서로 공존하며 각 상황에 따라 서로의 단점을 보완해주는 기술이다. 일례로 순수수소 사용 시 두 기술의 전기효율 차이는 거의 없다. 오히려 PEMFC가 SOFC 대비 크기가 작고 경제적이다. 하지만 도시가스를 사용할 경우에는 현장 특성에 따라 적용 타입이 달라진다.

PEMFC는 열효율이 높아 열사용이 많은 곳에 적합하며, SOFC는 전기효율이 높아 지속적으로 전기를 사용하는 곳에 적합하다. PEMFC는 미래 모빌리티용으로도 적합하다. 자동차, 선박, 항공기(드론) 등은 모두 PEMFC가 나아가고 있는 첨단기술 분야이다.

SOFC는 최근 건물용에도 적용되고 있지만 작동온도가 상당히 높고 발전효율이 높아 발전용에 더 적합한 것이 사실이다. 기술 진보에 따른 타입의 전환이 아닌 연료전지를 어디에 적용할지가 핵심이다. PEMFC와 SOFC는 시장의 경쟁자라기보다 상호 보완의 역할을 한다고 볼 수 있다. 

위기 극복 노력  정부의 보조금 정책으로 인해 초창기 건물용 연료전지 보급이 활성화된 것은 사실이다. 다만 보조금을 예전 수준 또는 그보다 많이 올린다고 해서 다시 성장세를 회복할 수 있을지는 의문이다.

보조금 정책을 시행한다고 하더라도 결국 소비자에게 직접적으로 보조금이나 세제 혜택이 돌아가게 하는 신뢰성 있는 정책이 필요하다. 장비가 아무리 비싸더라도 경제적인 이득이 있다면 소비자의 선택을 받게 된다.

신재생에너지, 연료전지를 단순히 경제적인 관점에서만 보면 현재의 정책으로 할 수 있는 게 없다. 처음으로 돌아가서 생각해야 그 답을 찾을 수 있다. 신재생에너지 보급을 늘리고 확산시키는 이유가 뭔지, 전세계가 왜 그토록 탄소중립을 외치며 수소산업에 집중해왔는지 고민해봤으면 한다.

업체의 노력은 정책적인 뒷받침이 없다면 한계에 부딪힐 수밖에 없다. 친환경적인 측면에서 정부의 정책 지원이 위기 극복을 위해 최우선시되어야 한다. 

정상 가동을 위한 제안  첫 번째로 연료전지의 경제성 개선을 위해서는 도시가스 가격조정, 전기요금 차별화가 필요하다. 두 번째로는 정부의 지원 강화가 요구된다. 직접적인 지원금 확대, 설치 현장에 대한 세제 혜택 제공, 기술개발 지원 정책이 뒤따랐으면 한다.

마지막으로 그리드 안에서 재생에너지와의 연계를 강화해야 한다. 다른 에너지원과 하이브리드식 연계를 통해 연료전지의 장점을 극대화하는 새로운 모델이 시장에 많이 나와야 한다. 

정부에 바라는 점  현시점에서 기업의 자구책만으로는 살아남을 수 없다. 건물용 연료전지 업계의 문제는 종합적이고 구조적인 문제에서 비롯됐기 때문이다. 정부가 친환경 에너지 정책을 경제 관점에서만 바라보지 말고, 어느 정도의 손실이 있더라도 미래의 친환경 에너지원 관점에서 긴 안목으로 접근했으면 한다.

기업의 기술혁신을 위한 정부 주도의 연구개발 지원 강화, 연구개발 투자 등이 필요하고 소비자의 경제성 확보를 위한 직접 지원으로 도시가스 전용 요금제 같은 실질적인 정책이 검토되어야 한다.