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[르포]수소연료전지 원천기술은 '한국'…두산퓨얼셀 공장가보니

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  • 익산(전북)=황시영 기자
  • 2019.12.03 04:30
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익산공장 연 63㎿ 수소연료전지 생산…정밀한 로봇 작업, 수백개 테스트거쳐 완벽한 제품만 출하

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익산역에서 차로 10분만 가면 공장이라고 믿을 수 없으리만큼 깨끗하고 네모 반듯한 건물이 몇 동 보인다. 세계 최고 연료전지 생산능력·기술력을 자랑하는 두산퓨얼셀 공장이다. 수소연료전지 원천기술을 갖고 있으면서 아폴로 우주선에 연료전지를 공급한 미국 UTC의 코네티컷 공장을 두산이 2014년 인수했고, 두산전자 익산공장 옆 부지에 2017년 5월 준공했다.

'위잉~' 소리가 계속 들려오는 공장 내부는 나노를 다투는 반도체공장만큼 깔끔했고, 한치의 오차도 허용하지 않는 로봇 작업이 한창이었다. 공장 내부에 직원은 공정 및 테스트작업을 지켜보고 체크하는 관리자들만 있었다.

분리판-아노드(anode·양극)-캐소드(cathode·음극) 순서로 쌓아 8개의 셀이 한 단위를 이루고, 47개의 셀을 동일한 기울기와 정확도로 쌓아 하나의 셀스택(cell stack)을 만드는 작업은 로봇의 영역이다. 아노드와 캐소드 사이에 전기화학 물질을 도포하는 작업 역시 사람이 아닌 노란색 로봇팔이 척척 해낸다.
수소연료전지 내부 모식도/사진=두산퓨얼셀
수소연료전지 내부 모식도/사진=두산퓨얼셀

◇수백개 테스트 작업으로 불량률 '제로'=수소연료전지를 생산하는 공정은 크게 △CSA(cell stack assembly, 셀스택 조립) △PPLT(powerplant line) 2개로 나뉜다.

셀스택 조립은 분리판 공정(전극반응시 가스 누출 방지)-전극 공정(커팅 및 코팅)-스태킹 공정(분리판 및 전극 셀조립 후 하부셀쌓기)-메니폴드 및 하네스 조립-CSA 테스트로 이어진다. CSA 테스트는 수소연료전지가 실제 가동되는 것처럼 동일하게 흑연판(graphite)에 수소를 통과시키는 것이다. 만약 수소가 조금이라도 새어나가면 흑연판에 문제가 있는 것으로 간주해 폐기한다.

PPLT는 부품검사-ESM 및 에어블로워-CSA 조립(테스트 완료된 4개의 셀스택 조립)-전기 및 리크테스트-PPLT 테스트(현장과 동일조건으로 LNG가스 투입후 개질해 부하별 테스트)-커버조립 후 출하로 이어진다.

두산퓨얼셀 익산공장은 한해에 최대 144개의 수소연료전지를 만든다. 1개의 연료전지가 0.44㎿(메가와트), 모두 합치면 총 63㎿의 발전량을 낸다. 1㎿이면 약 2000세대가 계속해서 전기를 발전해 쓸 수 있는 용량이다.

현장에서 만난 정병현 두산퓨얼셀 오퍼레이션본부 부문장은 "셀 생산 불량률은 1% 미만이며 테스트 도중 불량이 발견되면 바로 폐기한다. 수백개의 테스트를 거쳐서 오로지 완벽한 제품만 출하하고 있다"고 말했다.

두산퓨얼셀의 수소연료전지 제품 'M400'/사진=두산퓨얼셀
두산퓨얼셀의 수소연료전지 제품 'M400'/사진=두산퓨얼셀
부산 해운대에 위치한 '부산그린에너지' 옥상에 두산 수소연료전지가 설치된 모습/사진=두산퓨얼셀
부산 해운대에 위치한 '부산그린에너지' 옥상에 두산 수소연료전지가 설치된 모습/사진=두산퓨얼셀

◇전극 등 핵심부품 국산화…인근 300여곳 협력업체와 '공생'=두산퓨얼셀 연료전지모델인 'M400'은 첫 외관 인상이 컨테이너 박스 같다는 느낌이다. 크기도 6m로 비슷하다. 하지만 박스 안에는 연료처리장치(천연가스를 수소로 변환), 4개의 셀스택(수소와 공기를 사용해 전기와 열 생산), 전력변환장치(직류전원을 고품질 교류전원으로 변환)가 들어있다.

수소연료전지는 연소 반응없이 전기와 열을 동시에 만드는 친환경, 고효율 에너지 기술이다. 수소와 산소의 전기화학반응으로 전기와 열을 생산한다. 연소시 발생하는 미세먼지, 질소산화물, 황산화물이 없으며 연료전지 내부에 있는 여러 개의 필터와 셀스택 내부 반응을 통해 기기내 흡입한 미세먼지를 정화해 배출한다.

서울 잠실 롯데월드타워, 부산 해운대 부산그린에너지 사례처럼 도심에 바로 설치 가능하며, 태양광·풍력에 비해 에너지밀도 및 설비이용률이 높아 온실가스 감축 효과가 크다. 태양광 대비 6배의 발전량을 내면서 설치면적은 300분의 1에 불과하다.

원자력과 같은 대규모 발전은 아니지만, 정전으로 온 지역 전원이 차단된 때에도 독자적으로 전원을 공급하는 '분산형 전력망' 역할을 독톡히 해낸다. 전기는 물론 지역난방에 필요한 온수, 열도 공급해준다.

두산퓨얼셀은 핵심부품인 '전극(electrode)'의 국산화에 성공해 바로 옆에 위치한 두산전자에서 공급받는다. 나머지 부품은 인근 300여곳의 협력업체에서 조달한다.

윤용세 두산퓨얼셀 R&D 신사업본부 부장은 "자동차만큼은 아니겠지만 협력 업체의 수가 300여 곳으로 전북 지역 경제에 긍정적 영향을 미친다"고 말했다.




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