한화에어로스페이스, 국내 최초 선박용 수소연료전지 형식승인… 친환경 선박 상용화 기반 확보

국제 해운산업이 온실가스 감축을 위한 친환경 동력 기술 개발에 속도를 내는 가운데 국내 기업이 개발한 선박용 수소연료전지가 해상 운용에 필요한 형식승인을 획득했다. 수소를 이용해 전기를 생산하는 연료전지는 기존 화석연료 중심의 선박 동력체계를 전환할 수 있는 기술 가운데 하나로 주목받고 있다.

한화에어로스페이스는 10일 한국선급(KR·Korean Register)으로부터 국내 최초로 선박용 수소연료전지 시스템의 형식승인(Type Approval)을 받았다고 밝혔다. 회사에 따르면 선박용 수소연료전지가 선급 형식승인을 획득한 것은 세계에서 다섯 번째 사례이다.

이번에 인증받은 제품은 정격출력 200kW(킬로와트)급 수소연료전지 시스템으로, 선박의 전력 공급과 전기추진 시스템 등에 활용할 수 있도록 개발됐다.

형식승인은 제품의 설계와 성능, 안전성 등이 관련 기술 기준과 선급 규정에 적합한지를 확인하는 절차이다. 선박은 운항 과정에서 지속적인 진동과 기울어짐 등 육상과 다른 환경에 노출되기 때문에 탑재 장비의 안정적인 작동과 안전성 확보가 중요하다.

한화에어로스페이스는 진동과 경사 등 다양한 해상 환경을 고려한 시험을 거쳤으며, 한국선급이 실시한 제조 공정과 품질관리 체계에 대한 심사도 통과했다. 이번 인증은 개발된 시스템이 선박용 장비에 요구되는 기술적 기준을 충족했다는 점에서 상용화를 위한 중요한 단계로 평가된다.

다만 형식승인이 모든 선박에 대한 즉각적인 설치와 운항을 허용하는 것은 아니다. 실제 선박에 적용할 때는 선박의 구조와 수소 저장·공급 설비, 안전관리 체계 등을 고려한 추가적인 검토와 승인이 필요할 수 있다.

한화에어로스페이스는 2024년부터 선박용 수소연료전지 개발을 추진해 왔다. 같은 해 노르웨이 선급 DNV로부터 고분자 전해질 연료전지(PEMFC·Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)의 개념승인(AiP·Approval in Principle)을 획득하며 기술의 기본 설계와 선박 적용 가능성을 검토받았다.

개념승인에 이어 이번 형식승인까지 확보하면서 초기 설계 검토에서 실제 제품의 성능과 안전성을 확인하는 단계로 개발이 진전됐다.

수소연료전지는 수소와 공기 중 산소의 전기화학 반응을 통해 전기를 생산하는 장치이다. 수소를 직접 연소시키는 방식과 달리 화학에너지를 전기에너지로 변환하며, 발전 과정에서 주로 물과 열이 발생한다.

생산된 전기는 선박의 추진용 전동기와 각종 전기설비에 공급할 수 있다. 특히 고분자 전해질 연료전지는 비교적 낮은 작동온도와 빠른 출력 응답 특성을 지녀 다양한 이동형 동력 시스템에 적용할 수 있는 기술로 연구되고 있다.

이번에 개발된 시스템은 정격출력 200kW에서도 에너지 효율이 50%를 넘는 것으로 나타났다. 이는 수소에 포함된 화학에너지의 절반 이상을 전기에너지로 전환할 수 있다는 의미로, 연료 사용량과 운항 경제성에 영향을 미치는 중요한 성능 지표이다.

다만 실제 선박의 운항거리와 연료비는 연료전지 효율뿐 아니라 수소 저장용량과 추진 시스템의 전력 소비, 선박의 크기와 운항 조건 등에 따라 달라진다.

수소연료전지 기술에 대한 관심이 높아지는 배경에는 국제 해운산업의 탈탄소 전환이 있다. 국제해사기구(IMO)는 2050년 무렵 국제 해운 분야의 온실가스 순배출 제로 달성을 목표로 제시하고 있으며, 이를 위해 선박의 에너지 효율 개선과 저탄소·무탄소 연료 도입이 주요 과제로 논의되고 있다.

현재 해운업계에서는 LNG와 메탄올, 암모니아, 수소 등 다양한 대체 연료와 추진 기술이 개발되고 있다. 이 가운데 수소연료전지는 선박에서 전기를 생산하는 과정에 이산화탄소를 직접 배출하지 않는다는 특징이 있다.

그러나 수소의 환경적 효과는 생산 방식에 따라 달라진다. 화석연료를 이용해 생산한 수소는 제조 과정에서 온실가스가 발생할 수 있어 실질적인 탄소배출 감축 효과를 판단하려면 생산부터 운송, 저장, 사용까지 전체 공급망을 살펴봐야 한다.

상용화를 위해서는 수소 저장과 공급 기술도 함께 발전해야 한다. 수소는 질량당 에너지 함량이 높지만 부피당 에너지 밀도가 낮아 대량 저장을 위해 고압 압축이나 액화 등의 기술이 필요하다. 선박 내부의 제한된 공간에서 충분한 연료를 확보하면서 안전성을 유지하는 것이 중요한 과제인 이유이다.

항만의 수소 연료 공급시설과 관련 안전기준을 마련하는 일도 필요하다. 선박이 안정적으로 연료를 공급받을 수 있는 환경이 갖춰져야 연료전지 기술을 실제 상업 운항에 적용할 수 있기 때문이다.

한화에어로스페이스는 이번 인증을 계기로 상업용 선박에 수소연료전지를 탑재하는 사업을 추진하고, 국내에서 운용 실적을 확보한 뒤 해외 조선소 등으로 사업을 확대할 계획이다.

국내 조선산업에서도 친환경 선박과 차세대 추진 시스템은 중요한 기술 개발 분야로 자리 잡고 있다. 수소연료전지의 활용이 확대되면 연료전지 제조뿐 아니라 전력변환 장치와 수소 저장설비, 안전제어 시스템 등 관련 산업의 기술 수요도 늘어날 가능성이 있다.

다만 시장 확대를 위해서는 장시간 운전에서의 내구성과 유지관리 비용, 수소 연료 가격, 공급 인프라 등 기술적·경제적 조건을 종합적으로 검증해야 한다. 특히 기존 선박 동력 시스템과 비교해 어느 정도의 운항 효율과 비용 경쟁력을 확보할 수 있는지가 실제 도입을 결정하는 핵심 요소가 될 것으로 보인다.

이번 한화에어로스페이스의 형식승인은 국내에서 개발한 수소연료전지 시스템이 선박용 장비에 요구되는 안전성과 성능 기준을 충족했다는 점에서 의미가 있다. 국제 해운산업이 탄소배출 감축과 에너지 전환을 추진하는 가운데, 국내 친환경 선박 기술이 연구개발을 넘어 실제 산업 현장에 적용되기 위한 기반을 넓혀가는 사례이다.

앞으로 수소연료전지의 상용화는 기술의 완성도와 함께 저탄소 수소 공급망 구축, 선박 운항의 경제성, 장기적인 안전성과 신뢰성을 얼마나 확보할 수 있는지에 따라 구체화될 것으로 전망된다.