우리나라 SOFC 활용 ‘그린데이터센터’ 도입 단계
국내 수소연료전지 발전시장에서 1위를 차지하고 있는 SK에코플랜트가 인천 부평국가산업단지에 하이퍼스케일 데이터센터를 구축 중입니다. 이 데이터센터는 120MW 규모로, 그 중 330kW 규모의 고체산화물 수소연료전지(SOFC)가 보조 전원으로 설치되어 환경친화적인 에너지 솔루션을 제공할 예정입니다.
알파자산운용은 반월국가산업단지에서 100MW 규모의 그린 에너지복합 데이터센터를 추진 중입니다. 이 데이터센터에는 1MW 규모의 수소연료전지가 구축되어 내부 전력 및 냉각 에너지로 사용될 계획입니다. 우리나라에서 수소연료전지를 사용한 그린 데이터센터는 아직 초기 단계에 있지만, 미국을 포함한 전 세계 빅테크 기업들 사이에서는 친환경 연료전지가 이미 대세가 되고 있습니다. 마이크로소프트는 2030년까지 모든 디젤 발전기를 친환경 에너지원으로 전환하는 것을 목표로 하고 있으며, 미국에서 가장 큰 데이터센터 리츠인 에퀴닉스는 같은 해까지 모든 데이터센터를 100% 신재생에너지로 운영하겠다는 계획을 세웠습니다.
SOFC 고체산화물을 전해질로 이용하는 연료전지
SOFC는 이온전도성을 가지는 고체산화물을 전해질로 이용하는 연료전지를 말합니다. 수소만을 연료로 사용하는 기존의 고분자전해질형 연료전지(PEMFC)와 달리 산소를 이용해 연소되는 물질이라면 거의 무엇이든 연료로 사용 가능하다고 합니다. 이와 같은 특징때문에 수소 이외의 탄화수소계 연료, 특히 일산화탄소, 이산화탄소, 메탄과 같은 온실가스도 개질없이 연료로 사용이 가능합니다. 이러한 특징때문에 차세대 연료전지로 SOFC가 주목 받고 있습니다.
국내 연구진이 세계 최초로 이산화탄소를 이용한 수소 생산 촉매를 개발했다는 소식에 고체산화물 연료전지(SOFC) 관련주가 강세입니다. 김건태 연구팀은 세계 최초로 이산화탄소를 이용한 수소 생산 촉매를 개발했습니다. 해당 연구팀은 미코의 산학 협력 파트너로, 미코는 울산과학기술원(UNIST)에 고체산화물 연료전지(SOFC)를 설치한 바 있습니다.
SOFC 고체산화물 연료전지 알아보기
(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) SOFC란
3세대 연료전지로 불리는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 산소 또는 수소 이온을 투과시킬 수 있는 고체산화물을 전해질로 사용하는 연료전지로써, 1937년에 Bauer와 Preis에 의해 처음으로 작동되었습니다. SOFC는 현존하는 연료전지 중 가장 높은 온도(700 – 1000 ℃)에서 작동하게 됩니다. 모든 구성요소가 고체로 이루어져 있기 때문에 다른 연료전지에 비해 구조가 간단하고, 전해질의 손실 및 보충과 부식의 문제가 없습니다. 또한 고온에서 작동하기 때문에 귀금속 촉매가 필요하지 않으며, 직접 내부 개질을 통한 연료 공급이 용이 합니다.
고온의 가스를 배출하기 때문에 폐열을 이용한 열 복합 발전이 가능하다는 장점도 지니고 있습니다. 이러한 장점들 덕분에 SOFC에 관한 연구는 21세기 초에 상업화하는 것을 목표로 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 활발히 이루어지고 있습니다.
일반적인 SOFC는 산소 이온전도성 전해질과 그 양면에 위치한 공기극(양극, cathode) 및 연료극(음극, anode)으로 이루어져 있다. 공기극에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소 이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여, 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되며, 이 때 연료극에서 전자가 생성되고 공기극에서 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하여 전류를 발생시키는 것이 기본 작동원리 입니다.
SOFC 고체산화물 연료전지 장점
- 고온에서 작동되므로 전극반응이 원활하고 전기출력이 큼 (MCFC 대비 보다 고온) ⇒ 따라서 Pt과 같은 고가의 촉매가 불필요
- 고온배기 기체를 유용하게 이용할 수 있으므로 전체 에너지효율이 높음
- 천연가스 등 탄화수소 연료를 전지내부에서 변환하여 사용가능
- 구성요소가 모두 고체이므로 다루기가 간편
- 액체전해질의 경우와 달리 두 전극 사이의 압력차이에 견딜 수 있음
- 분해성 혹은 부식성 액체를 사용하지 않으므로 보수가 용이
SOFC 고체산화물 연료전지 단점
- 작동온도가 낮아질 경우 충분한 출력을 얻을 수 없음
- 고온에서 작동하므로 주변재료의 선택에 한계가 있음
차세대 SOFC 관련주 목차
| 1. 미코 | – 반도체 부품 전문 기업으로, 반도체사업부문, 연료전지사업부문, 바이오사업부문으로 나누어짐 – 연료전지부문은 미코파워를 통해 고체산화물연료전지(SOFC) 제작 / 산업통상자원부가 주관하는 ‘연료전지 셀 양산기술 및 품질 안정화 기술 개발’ 국책과제를 수행하게 돼 ‘AI 비전 기반의 SOFC 품질향상 기술개발’에 착수 |
| 2. 한선엔지니어링 | -천연가스에서 수소를 추출, 산소와 반응시키는 방식으로 전기를 생산하는 고체산화물 연료전지(SOFC)를 미국 등 글로벌 시장에 수출 |
| 3. 두산퓨얼셀 | – 새만금 산업단지에 50㎿(메가와트) 규모의 공장을 구축하고 고체산화물연료전지(SOFC) 양산체제를 준비중 – 선박용 SOFC는 연내 개발 및 환경테스트, 인증 등을 마치고 납품 예정 |
| 4. 엘티씨 | – 국내 유일 SOFC 전해질 기술을 확보한 기업 / 고체산화물 전해질은 연료전지 내에서 연료극의 수소가스와 공기극의 산소가스가 직접 만나는 것을 차단 |
| 5. 범한퓨얼셀 | – 수소 고체 산화물 연료전지(SOFC)와 메탄올 개질기 기술·수소전기트램 운영 기술 등의 개발을 연내 완료할 예정 – 순수 수소 건물용 연료전지 시스템(5kW, 10kW)를 개발하였으며, 특히 10kW 시스템은 인증 당시 국내 최고 발전효율 56.9%를 달성 |
1. 미코
1999년 설립된 반도체 부품 전문 기업으로, 종속회사는 반도체사업부문, 연료전지사업부문, 바이오사업부문을 진행 하고 있습니다. 반도체사업부문에서 미코와 미코세라믹스는 반도체 및 엘씨디 장비를 구성하는 부품제작, 코미코는 부품의 세정, 코팅사업을 영위하고 있습니다. 연료전지부문은 미코파워를 통해 고체산화물연료전지(SOFC) 제작을, 바이오부문은 바이오 진단사업 투자 등의 사업을 진행하고 있습니다.
- 전년동기 대비 연결기준 매출액은 6.6% 감소, 영업이익은 67.2% 감소, 당기순손실은 50.7% 감소.
- 현재 반도체 사업 부문의 확대 및 수익 다변화를 위하여 반도체 후공정 시장에 진출할 계획임.
- 본격적인 수익다각화를 위해 동사는 전기차용 이차전지의 시장규모의 확대를 기대하며, 이에 상응하는 전고체 전해질을 개발하기 위하여 연구를 진행하고 있음.
2. 한선엔지니어링
계측장비용(이하, 계장용) 피팅, 밸브 및 플러밍 전문 기업입니다. 석유화학, 조선, 해양, 방산, 육상/해상 플랜트, 우주항공, 반도체, 디스플레이, 수소연료전지, ESS 등 유체 흐름의 제어가 필요한 산업군에 S-LOK이라는 브랜드로 제품을 제조하여 판매하고 있습니다. 2012년 계장용 피팅 및 밸브 업체인 새한엔텍㈜의 시설 및 자산을 양수하여 계장용 피팅 및 밸브 제품에 대한 개발 및 생산을 시작하였습니.
- 전년동기 대비 별도기준 매출액은 16.6% 증가, 영업이익은 13.6% 감소, 당기순이익은 17.4% 감소.
- 삼성중공업, 대우조선해양(현.한화오션), 현대중공업, STX조선(현.케이조선), HJ중공업 등 국내 조선소에 납품을 하며 본격적으로 유체 시스템 부품 공급시장에 진입함.
- 납품 레퍼런스를 기반으로 일본의 미쯔비시중공업과 치요다의 해외공사를 담당하는 벤더와의 협업을 통해 해외 화학플랜트 공사에 공급함.
3. 두산퓨얼셀
핵심 사업은 발전용 연료전지 사업으로, 발전용 연료전지 기자재 공급 및 연료전지 발전소에 대한 장기유지보수서비스 제공을 주요 사업으로 하고 있습니다. 매출 비중은 2023년 사업연도를 기준으로 기자재 공급 56% 및 장기유지보수서비스 44%로 구성되어 있으며, 주요 고객사는 공공 및 민간 발전사업자임. 미래성장을 위하여 익산공장 PAFC 생산시설 증설에 착수하였고, 차세대 SOFC 시스템 개발 및 생산설비 구축을 진행하고 있습니다.
- 전년동기 대비 별도기준 매출액은 16.4% 감소, 영업이익은 77.3% 감소, 당기순이익 적자전환.
- 연료전지 매출은 3년 연속 감소 중, 유지보수 매출규모는 꾸준히 확대 중. 수주규모는 연초 대비 3,152억 증가한 26,292억원.
- 국내 발전용 연료전지 시장 누적점유율 1위이며를 기록하고 있어 향후 시장 발전에 수혜를 입을 전망. 23년 2월 남호주 주정부와 수소산업 육성 업무협약 체결 등 사업기회 확대 모색.
4. 엘티씨
2007년 설립되어 디스플레이나 반도체 제조 공정에 사용되는 공정소재(Process Chemical) 중 하나인 박리액 개발 및 제조를 주력사업으로 진행하고 있습니다. 주제품인 PR 박리액(Stripper), 세정액(Thinner)을 국내 유수의 디스플레이 제조업체에 공급하고 있습니다. 종속회사 엘에스이는 무진전자의 반도체장비 사업부문을 인수하여 국내 유수의 반도체 제조업체에 웨이퍼세정장비 등을 직접 공급하고 있습니다.
- 전년동기 대비 연결기준 매출액은 48.3% 감소, 영업이익 적자전환, 당기순이익 적자전환.
- 전방산업인 반도체 업황이 부진하면서 전체적인 매출이 떨어졌음. 이에 수익성 역시 전년 대비 악화, 적자 전환했음.
- 세라믹사업분야에서는 고체산화물연료전지(SOFC)의 전해질 재료 및 분리판 개발을 진행중이며, 가정 및 건물용 연료전지 시장 진입을 시작으로 발전용 연료전지 시장에 필요한 제품군으로의 확대를 목표로 하고 있음.
5. 범한퓨얼셀
2019년 12월 31일에 범한산업의 수소연료전지 사업부를 물적분할하여 설립된 수소연료전지 기술 개발 및 제품 생산 전문기업입니다. 잠수함용 연료전지 사업을 시작으로 건물용 연료전지, 수소충전소 구축 사업 등으로 사업을 확장하였습니다. 국내 최초로 수소화물차용 및 수소트램용 대용량 수소충전소를 구축하고, 순수수소 건물용 연료전지 시스템(5kW, 10kW) 인증을 통해 국내 최고 발전효율을 달성합니다.
- 연결기준 매출액은 40% 감소, 영업이익 적자전환, 당기순이익 적자전환.
- 2023년 말 기준으로 수소충전소 30기를 수주받아 준공하였거나, 구축 진행 중에 있으며, 국산 수소압축기의 기술 및 원가경쟁력을 바탕으로 적극적인 마케팅을 진행하고 있음.
- 잠수함용 연료전지 모듈 납품계약 지연, 액화수소충전소 시장진입 지연, 매출액 감소에 따른 고정비 부담 상승의 영향으로 순이익 적자전환함