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[르포] 베일 벗은 롯데표 수소탱크···비밀병기 '셋'

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  • 김성은 기자
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  • 2022.09.25 14:03
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순수 국내 기술 성과 "품질 관리·생산성 우위로 대량생산 적합···설계 준수율·무게 효율도 우수"

[르포] 베일 벗은 롯데표 수소탱크···비밀병기 '셋'
#지난 22일 찾은 인천 롯데알미늄 공장 내 위치한 1488㎡ 규모 H동. 롯데케미칼의 본격적인 수소탱크 사업의 산실 역할을 할 이곳은 이날 언론에 처음 모습을 드러냈다.

쾌적하단 첫 인상을 받은 공장 내 오른쪽 제일 먼저 보인 것은 '라이너 준비(Preparation)' 공간. 길이 87cm, 부피 52L, 무게 5kg의 살색 플라스틱(폴리머) 라이너(탱크 내부용기)들이 길이, 직경, 무게 검사를 통과한 뒤 로봇에 의해 탄소섬유로 감기기 위한 '필라멘트 와인딩 머신' 앞으로 이동됐다.

탄소섬유는 머리카락보다 가늘고 강철보다 강한 일종의 산업용 실이다. 플라스틱에 이 섬유가 감기면 강도가 세진다. 롯데케미칼이 쓰는 탄소섬유는 2만4000가닥이 한 개 '토우프레그'(건조와인딩용 탄소섬유 복합재)를 이룬다. 와인딩 머신이 이 토우프레그를 좌우로 반복 이동하며 탱크에 감아준다. 장력, 감는 각도, 순서 등은 모두 롯데케미칼의 노하우다.

약 35~40분간 와인딩하면 실이 감겨 검은색으로 변한 한 개 수소탱크의 모습이 어느 정도 갖춰진다. 이 때 탱크무게는 섬유 무게가 더해져 35kg까지 늘고 토우프레그는 탱크 위로 수십겹 쌓인다. 투입된 토우프레그 길이만 10km에 달한다. 이후 표면 강화를 위해 탱크에 유리섬유가 덧씌워진 뒤 고온의 오븐 안에서 완전 경화되면 수소탱크가 탄생한다.


국내 첫 건식 와인딩 적용 수소탱크 생산 파일럿···"생산성·경량화·설계준수율 큰 장점"


수소 시장에 야심차게 출사표를 던진 롯데케미칼이 '눈에 보이는' 실체를 내놨단 측면에서 이 공장이 갖는 의미는 크다. 프로토(파일럿) 단계이긴 하나 이 곳은 롯데케미칼만의 차별화된 수소탱크 사업 비전을 한 눈에 보여줄 수 있도록 설계됐다.

국내 최초 건식 와인딩 적용 수소탱크 양산 파일럿을 구축한 점이 가장 큰 차별점이다. 현재 전세계에서 건식 와인딩 방식 수소탱크를 생산하는 대표 기업은 토요타 정도다.

수소탱크란 수소연료로 이동하는 운송수단 핵심 부품이다. 즉 탱크 소재는 고압을 견디도록 안전하면서도 차 무게를 줄이기 위해 가볍게 제작되는 게 관건이다. 수소탱크는 기술 난이도에 따라 타입1부터 타입4로 나뉘는데 타입4로 갈수록 비금속 재질, 즉 플라스틱류를 사용하고 겉면에 탄소섬유를 감아 강도를 높인다. 롯데케미칼이 이곳에서 만드는 수소탱크는 타입4로 700바(bar·1바는 1기압) 수소저장용기다.

플라스틱이 가벼운 대신 강도가 약한 점을 보완하는 게 바로 탄소섬유다. 탄소섬유를 라이너 겉면에 감는 방법은 습식, 건식 두 가지로 나뉜다. 그동안 접착력을 부여하려면 에폭시에 섬유를 적시는 습식 방법이 쓰였는데 롯데케미칼은 섬유 자체에 에폭시를 포함시킨 뒤 건조 상태에서 탱크에 감기도록 했다. 토우프레그는 가격이 좀 더 비싸지만 공정 과정이 줄기 때문에 더 짧은 시간안에 탱크를 만들어 대량 생산에 용이하다.

고영관 롯데케미칼 수소탱크사업팀장은 "건조 와인딩 방식은 제대로 된 탱크를 만들기 위해 감는 방식, 순서, 각도, 큐어링(건조) 시간 등등 설계 하나 하나가 모두 노하우이고 롯데케미칼은 순수 기술로 이를 개발했다"며 "건조 와인딩 기법은 습식 대비 시간을 2~3배 더 단축시켜 생산 효율성, 설계 준수율도 높일 뿐 아니라 경량화에도 유리할 것"이라고 기대했다. 롯데케미칼 수소탱크의 무게효율은 6.2wt%(수소무게/수소탱크무게*100)로 업계 최고 수준이다.


'롯데케미칼의 저력' 토요타도 못한 일체형 라이너 생산···2023년 모든 공정 자동화 목표


/그림=롯데케미칼
/그림=롯데케미칼

또 한가지 주목할 것은 롯데케미칼이 일체형으로 라이너를 제작한 것이다.

그동안 라이너 용기는 '사출 성형' 방식으로 제작됐다. 가운데가 쪼개진 타원형 형태 두 개 용기로 각각 나눠 만든 다음 이들을 가운데를 융착시켜 하나로 합치는 방식이었다. 이 경우 융착 부위에서 수소가 새나오지 않게 특별 관리가 필요하다.

반면 롯데케미칼은 '블로우 몰딩' 방식으로 한번에 타원형 형태 라이너를 만든다. 가운데 융착 부위가 아예 없어 기체 기밀성이 사출 성형 방식에 비해 더 개선된다.

일체형 라이너는 고도 기술이 필요하다. 건조 와인딩 방식으로 수소탱크를 만드는 토요타도 라이너는 사출 성형으로 제작하는 것으로 알려져 있다.

고 팀장은 "탱크 끝 부분에 부착되는 수소 주입구는 알루미늄 재질로 만드는데 플라스틱 몸체와 알루미늄 주입구간 재질이 달라 이종 소재간 접합부에서 기밀이 발생하지 않도록 하는 게 기술"이라며 "사출 성형이 주입구 부분에서 기밀 방지에 유리하단 장점으로 많은 기업들이 이 방식을 택해왔지만 롯데케미칼은 그동안 쌓아온 구조 설계 및 정밀 가공 역량으로 블로우 몰딩 방식 일체형 라이너를 제작하는데 성공했다"고 말했다. 수소 압력 700bar에서 수소탱크용으로 일체형 라이너를 사용토록 인증 받은 것은 롯데케미칼이 처음이다.

롯데케미칼이 주력하는 또 한 분야는 '자동화'다. 현재 공장 내 공정은 크게 제조·검사, 두 가지로 이뤄지는데 제조 공정에 대해서는 자동화가 이뤄졌고 검사공정에 대해서도 자동화가 추진중이다.

검사공정은 모든 수소탱크 제품에 대해 시행하는 내압·기밀·반복 검사와 200개 당 2개씩 골라 시험하는 파열 검사로 이뤄진다. 700바용이지만 탱크는 내압검사시 1050바까지 견뎌야 하고 파열검사에선 반드시 1750바 부근에서 파열돼야 한다.

첫 공장부터 전 공정 자동화를 추진하는 것 역시 롯데케미칼만의 경쟁력이다. 조현정 롯데케미칼 수소탱크사업팀 수석은 "어떤 기능을 갖춘 어떤 장비를 쓸지, 동선 최적화는 어떻게 할지 등 모두 롯데케미칼이 설비 업체들과 독자적으로 개발해 레이아웃(lay-out)한 것"이라며 "국내에 이 정도 압축적으로 자동화 공정을 갖춘 수소탱크 공장은 없을 것"이라고 말했다.

현재 이 곳 생산능력은 하루 8시간 공정 기준 연간 5000개이지만 24시간 기준 공정 최적화시 최대 1만5000개 이상으로 늘어날 것으로 예상된다. 수소경제 개화기를 앞두고 만반의 준비를 해놓은 셈이다.

롯데케미칼은 이르면 2023년부터 검사 공정에 대해서도 자동화를 실시, 글로벌 확장성 기반을 마련할 계획이다. 아울러 승용차에 주로 적용되는 52L급 뿐 아니라 10L~175L에 이르는 소~대형 모빌리티에 적용할 수소탱크 신제품도 개발중이다.

김교현 롯데그룹 화학군 총괄대표는 "미래 모빌리티의 용도별 특성에 적합한 고객 맞춤 통합 솔루션 제공을 목표로 수소탱크 신사업 및 수소 모빌리티 부품 사업을 속도감 있게 추진할 것"이라고 강조했다.
[르포] 베일 벗은 롯데표 수소탱크···비밀병기 '셋'



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