유로 채널과 연료전지, 국내 철강업체의 수소산업현황

 유로 채널의 깊이와 폭 그리고 패턴은 기체의 유동을 원활하게 하는데 중요하다. 유로 채널 물의 공급은 물론 공기극에서의 물을 제거하는데 중요하다. 연료극에서 발생한 전류를 가스 확산층을 통해 전류를 집전하는 역할도 수행한다. 분리판이 더해지면 이제 단위전지가 이뤄진다.

 

 소재는 크게 알류미늄 및 합금, 티타늄(금속소재 분리판), 흑연소재 분리판 등이 있다. 금속 소재 분리판은 전기 및 열적 전도성이 우수하고 충분한 기계적 강도를 유지할 수 있으므로 분리판의 두께를 0.1mm까지 줄일 수 있어 가격적인 면에서 유리하다. 그러나 금속 분리판은 내식성에 결함을 갖고 있기 때문에 내식성이 강한 금속인 스테인리스가 사용된다. 흑연소재를 이용한 분리판은 전기 전도성과 내식성이 탁월하나, 기계적 물성(강도)이 낮고 기체 투과율이 높은 단점이 있다. 또 이를 보완하기 위해서 분리판이 두꺼워야하고, 스택의 부피와 중량을 증가해야 하는 단점도 있다.

 

 가스켓은 가스가 누출되는 것을 방지하는 것과 공기와 연료가 섞이는 것을 방지하는 역할을 한다. 연료전지는 가스의 공급을 통하여 전기를 발생시키는 장치이므로 상당히 높은 수준의 밀봉 기술을 요구한다. 수소와 공기 및 냉각수가 정해진 경로를 따라서만 흐르며 절대로 서로 섞이거나 밖으로 누출되지 않도록 잘 밀봉되어야 한다.

 개스킷의 소재로는 불소계 고무가 주로 사용되고 있다. 하지만 높은 가격으로 인해 이를 대체하기 위한 실리콘계(실리콘 S, 실리콘 G) 고무나 및 올레핀계(Ethyene-Propylene Diene Monomer, EPDM, 롤리 우레탄 등) 고무가 활용되고 있다.

 

 연료전지 주변기기 점검

 주변적 기기로는 M-BOP가 있다. M-BOP는 크게 연료공급시스템, 공기공급시스템, 수처리 시스템으로 나뉜다. 먼저 연료공급시스템은 화석연료 또는 화합물로부터 수소를 제조하여 연료전지에 공급하는 시스템을 통칭한다. 공기공급시스템은 공기의 불순물을 제거하기 위해 필터를 통하여 송풍 압축기를 통해 제공하는 시스템을 말한다. 수처리 시스템은 시스템의 반응물질인 물을 개질이나 가습에 공급한다. 연료전지가 온전히 작동되기 이하여 순수한 물이 필요하다. 외부에서 공급되는 물은 불순물이 섞여있을 수 있어, 재순환된 물이 사용되어야 한다. 기계 내에서, 전지 반응에 의해 생성된 물과 연료 처리에서 남은 물은 응축, 회수, 청정화하여 재순환된 물을 개질과 가습에 다시 공급한다.

 

 E-BOP는 연료전지에서 발생된 직류전기를 교류로 전환하여 수요처에 공급하는 역할을 한다. E-BOP는 출력 전압을 계통전압으로 승압시켜주는 변압기(Transformer)와 계통과 연결하는 개폐장치인 차단기(Switch Gear)로 구성되어 있다.

PCU(Power Conditioning Unit)는 스택에서 생산된 직류전기를 교류전기로 변환시키는 장치이며, IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 스위칭 소자를 이용한 3상 인버터 방식(모터 3개의 상을 제어하기 위해 통상 6개의 스위칭 소자를 조합하여 구성하는 인버터 방식)을 이용하고 있다.

 차단기(Switch Gear)는 연료전지 내부의 전원 공급 및 생산된 전력을 계통으로 송전하기 위한 설비로, 보호 계전 용소(누전, 단락, 지락, 과전류, 과전 압등)의 기능을 통해 상시로 부하 차단한다.

 

 국내외 철강업체들의 수소 관련 사업 점검

 국내 철강업체들의 수소 관련 사업 현황

 철강업체들(고르사)은 고온의 가열로에서 원료탄으로 코크스를 생산하는 과정에서 COG(Coke Oven Gas)가 발생하는데 다량의 수소를 포함하고 있어 수소 생산이 가능하다. COG는 수소와 메탄으로 주로 구성되어 있으며 구성비는 수소 55~56%, 메탄 25%이다.

 철강업체들은 부생가스를 열원이나 발전 등에 이용을 하는 것이 통상적이나 수소 PSA(압력 순환식 흡착, Pressure Swing Adsorption) 설비를 이용하여 정제하거나 탄화수소를 개질 하여 수소를 생산할 수 있다.

 국내 철강업체들 중에서는 POSCO와 현대제철이 생산 가능하며 실제로 현대제철은 COG에서 연간 3천 톤 이상의 수소를 생산 및 외부 판매하고 있다. 한국의 수소 생산량을 200만 톤으로, 수소 판매량을 25만 톤으로 가정 시     점유율은 생산량 기준 0.15%, 판매량 기준 1.2%이다.

 

 현대제철은 수소 생산 및 판매 외에 연료전지의 중요한 부품인 금속분리판도 생산하고 있다. 소재인 STS빅판을 계열사와 외부로부터 조달하여 접합/코팅/가공을 거쳐 현대모비스에 공급하는 것이다. 생산능력은 '19년 1.6만 대(투자금액 240억 원, '대'는 수소 전기차 기준)에서 '22년 4.6만 대(+3.0만 대 투자금액 700억 원)로 확대할 계획이다.

 POSCO는 이차전지를 그룹의 성장축으로 주력하나 수소사회에도 준비를 하고 있다. POSCO는 수소환원 제철 기술도 개발 중인데 고로에서 탄소(원료탄)의 일부를 수소로 대체하여 철광석 환원제로 사용하는 방법이다. POSCO는 '24년까지 파일럿 단계 실증을 거쳐 상용화를 목표로 하고 있다. CO2를 약 10% 저감(물을 배출)할 수 있어 친환경적이고 장기적으로 수소가 대량으로 공급될 시 유리할 수 있다. 또한 연료전지의 금속분리판의 소재인 STS를 생산하고 있으며 금을 코팅할 필요가 없어 원가를 절감할 수 있는 400개의 고내식 무코팅 STS를 개발하였다.