최근 AI 데이터센터에서 비상전원용으로 수소 연료 전지를 채택하는 사례가 늘어나고 있다. 수소 연료 전지는 수소와 산소의 화학 반응을 이용하여 연소 과정 없이 전기를 생산하는 발전장치이다. 특히, 환경 오염물질을 배출하지 않으면서 전기와 열을 동시에 생산할 수 있는 친환경 에너지원이라는 점도 눈에 띈다. 연료 전지 시장은 여러 요인 등으로 인해 빠르게 성장하고 있다.
정부도 세계적인 탄소 중립 정책에 발맞춰 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 수소 경제 시대를 가속화시키기 위해 다양한 노력을 기울이고 있다. 올해 일반 및 청정수소발전 입찰 시장을 개설하며 전체적인 시장 성장에 박차를 가할 예정이다.
수소연료전지는 수소를 연료로 산소와 화학반응을 일으켜 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치이다. 기본적으로 전지 본체인 스택과 주변 기기들로 구성된다. 주변 기기로는 수소와 산소를 스택에 공급하는 M-BOP, 스택에서 생성된 직류전류를 교류 전류로 변환하는 E-BOP가 있다. 연료 공급기인 M-BOP로 LPG, LNG, 메탄 등과 같은 수소를 함유한 연료를 공급하면 M-BOP 내의 개질기가 수소를 추출한다. 추출된 수소는 본체인 스택에서 산소와 반응하여 전기와 물을 생산하게 되고, 생산된 전기는 전류 변화기인 E-BOP에서 교류 전류로 변환되어 외부로 공급된다.
본체인 스택은 연료 전지의 기본 단위로 단위 셀(Unit Cell)을 적층한 것이다. 셀의 구조는 전해질막-전극 접합체, 가스 확산층, 촉매층, 분리판, 가스켓으로 구성된다.
수소연료전지는 수소의 화학 에너지를 화석연료의 사용 없이 전기 에너지로 변환하기 때문에, 기존의 발전원보다 발전효율이 높고 이를 통해 CO2 온실가스 배출량을 감축시키는 장점이 있다. 또한, 다른 신재생 에너지원에 비해 소요공간이 작고 주변 환경의 제약으로부터 자유로울 뿐만 아니라, 운동 에너지가 필요 없기에 소음이 적어 최종 소비자의 인접지에도 설치할 수 있다.
이러한 특성을 바탕으로, 수소연료전지는 다양한 산업에서 활용되고 있다. 운송 분야인 자동차, 선박, 열차, 도심 항공 모빌리티(UAM)뿐만 아니라 최근에는 가정 및 건물용 연료전지도 보급되고 있다. 이에 따라, 수소연료전지 시장은 2032년까지 연평균 약 24.2% 규모로 성장할 것으로 전망되며, 국내 연료전지 발전설비 역시 2023년 약 1,066MW를 기록하며 전년 대비 약 21% 성장한 모습을 보였다.
수소연료전지는 전해질에 따라 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 알카인 연료전지(AFC), 인산 연료전치(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC)로 구분된다. 또한, 이들은 작동온도에 따라 저온형인 PEMFC, AFC, PAFC와 고온형인 MCFC,SOFC로 구분된다.
수소연료전지와 관련된 기업은 두산퓨얼셀, 범한퓨얼셀, 에스퓨얼셀, 동아화성, 미코 등이 있다. 탑 픽으로는 두산퓨얼셀과 미코를 제시한다.
두산퓨얼셀은 발전용 연료전지 기자재 공급 및 연료전지 발전소 장기유지보수서비스 제공을 주 사업으로 영위하는 기업이다. 주요 제품은 도시가스로 발전하는 PureCell M400 NG, 수소를 연료로 물을 생산하는 PureCell M400 Hydrogen, 비상전력용 발전장치인 PureCell M400 LGP/NG Dual 등이 있으며, 주요 고객사는 공공 및 민간 발전사업자다.
두산퓨얼셀의 연료전지는 복합효율이 우수하고 안정성이 높아 설비 이용률이 95%에 달한다. 이는 태양광과 풍력의 설비 이용률이 각각 17%, 26%에 불과하다는 점과 비교되며, ’22년 수소법 개정, ’23년 수소발전 입찰시장 개설에 따른 수소경제 성장 가속화는 두산퓨얼셀의 미래에 힘을 실어주는 요인이다.
특히, 인공지능(AI) 데이터센터 전력 수요 증가로 SOFC와 PAFC 등 수소연료전지를 주 사업으로 영위하는 두산퓨얼셀이 수혜를 받을 것으로 예상된다. 또한 수소에너지가 탄소중립을 위한 신재생에너지 중 가장 높은 안정성을 자랑하여 친환경에너지 산업의 핵심이 될 가능성이 높다. 이에 동사도 ‘25년까지 전북 군산시에 발전용 SOFC 생산설비를 새롭게 구축할 예정이다.
미코는 세라믹 소재를 전문적으로 제작 및 공급하는 기업으로, 반도체 및 디스플레이용 세라믹 소재 부품 제작 및 부품 코팅 기술 개발에 주력하고 있다.
특히, 연료전지에도 미코 특유의 고체 세라믹 재료가 사용되는데, 높은 안정성과 내분해성을 자랑하여 전지 수명을 크게 향상시킨다. 독보적인 경쟁력을 자랑하는 미코의 SOFC 제품으로는 TUCY-2K, TUCY-8K 등이 있으며, 이 제품군에 적용된 직접수소 SOFC 시스템은 태양광, 풍력 등 재생에너지에서 나오는 전력을 그린 수소로 전환시켜 탄소 발생 없이 에너지를 생산하는 친환경 에너지 기술이다.
현재 국내에 있는 SOFC 제품은 그 부품 전부 또는 핵심 제품이 외국산이지만, 미코의 자회사인 미코파워는 국내 최초로 핵심 부품 중 하나인 스택(Stack)을 자체 개발한 경력을 보유하고 있다. 이러한 기술적 우위를 바탕으로, 미코파워가 국내 SOFC 산업을 주도할 것으로 기대한다.
필자인 이재모 그로쓰리서치 대표는 투자자산운용사 자격증을 보유하고 있으며, 1000개 이상의 기업을 탐방했고, 한국경제TV에 출연중이다.
[편집자주] 독립 리서치 기업인 '그로쓰리서치'의 기업 탐방 후 분석을 담은 내용입니다. 뷰어스는 글과 관련한 투자 결과에 책임을 지지 않습니다.