The manufacturer — which is headquartered in California, but does its manufacturing in India — says it already has “a global green hydrogen project pipeline of more than 2GW across three continents”, but it is not clear what proportion of this represents firm orders.
While the new gigafactory gives Ohmium one of the largest electrolyser manufacturing capacities in the world, the company is not in the global top ten for orders, according to recent analysis by Indian consultancy VNZ Insights, raising questions as to how much of Ohmium’s 2GW of production lines will be utilised in the near term.
“Covering close to 14,000 square meters of production space, the state-of-the-art manufacturing facility is ramping up to ship 2 gigawatts (GW) of fully assembled and tested electrolyzer systems to meet the demands of Ohmium’s global project pipeline,” the company states in a press release.
Ohmium chief operating officer Ashwin Varma adds: “Ohmium’s unique hyper modular PEM electrolyzers are designed for mass production and easy assembly. By implementing the best practices of standardized, high quality and efficient manufacturing, we can build systems that achieve superior performance at a very competitive cost.”
The new gigafactory has been built with enough space to be able to quickly ramp up to 4GW of annual manufacturing capacity.
“With this standardized approach, our factory production can scale up quickly to meet growing demand, with additional cost savings as capacity expands,” Varma adds.
The company adds that its “modular interlocking PEM electrolyzers… can be easily stacked to significantly reduce installation and maintenance costs and the standardised design enables rapid scaling from megawatts to gigawatts” and that its “dynamic ramping capabilities [are] optimal for pairing with renewable electricity”.
In March, Ohmium was awarded more than 2bn rupees ($24m) in subsidies for electrolyser manufacturing in India.
Elcogen has partnered with AVL List GmbH to develop solid oxide electrolyser cell (SOEC) stack modules for MW-scale hydrogen production plants. This project brings together the R&D efforts of both partners in their respective IPCEI Hy2Tech programs in Estonia/Finland and Austria.
AVL, headquartered in Graz, Austria, is a mobility technology company specialised in development, simulation, and testing in the automotive industry, as well as other sectors such as rail, marine, and energy. AVL delivers concepts, technology solutions, methodologies, and development tools for a greener, safer, and better world of mobility and beyond. AVL has 12,200 employees at more than 90 locations and 45 Tech and Engineering centres worldwide.
The partners will focus on one of the biggest challenges of the technology – scaling from small cell footprints to multi-megawatt modules. The solution will incorporate multiple Elcogen single SOEC stacks in a stack module, which will enable industrial scaling of the technology. The collaboration combines Elcogen’s expertise in SOEC/solid oxide fuel cell (SOFC) cells and stacks with AVL’s industry expertise in SOFC/SOEC system and stack module development.
Martin Skov Skjøth-Rasmussen, CTO at Elcogen, said: “Through this collaboration and combination of complementary specialised expertise under the IPCEI Hy2Tech program, we hope to accelerate the development of modular solutions for the industrial scale deployment of solid oxide technology.”
Jürgen Rechberger, Vice President at AVL, added: “We are happy to join forces under the umbrella of IPCEI Hy2Tech with Elcogen. Together we will address the key challenge of industrialising SOEC –the scale-up to industrial relevant module sizes. We look forward to developing this stack module solution with Elcogen and demonstrating it in our IPCEI Hy2Tech program.”
월간수소경제 = 성재경 기자 | 보쉬는 2019년부터 수소연료전지 사업에 본격적으로 뛰어들었다. 당시 보쉬는 스웨덴의 연료전지 기업인 파워셀(PowerCell)과 손을 잡고 니콜라의 수소전기차량을 위한 연료전지 스택을 개발하기 시작했다.
얼마 지나지 않아 니콜라의 최고경영자였던 트레버 밀턴이 사기 의혹에 휩싸이면서 한바탕 회오리가 휘몰아쳤지만, 보쉬의 수석엔지니어인 크리스티안 아펠(Christian Appel)을 앞세워 꾸준히 협력 관계를 이어왔고, 지난해부터 독일 슈투트가르트-포이어바흐 공장에서 연료전지 파워 모듈을 생산해 납품하기 시작했다.
하지만 수소전기차 시장이 기대만큼 빠르게 열리진 않고 있다. 승용차는 전기배터리에 주도권을 내줬고, 수소상용차는 충전 인프라 확충에 시간이 걸리는 데다 연료전지의 가격 인하, 내구성 확보에 좀 더 시간이 필요하다.
차량용 연료전지·수소엔진 동시 개발
그럼에도 보쉬는 수소사업에 대한 투자를 꾸준히 늘려가고 있다. 올해 4월에 열린 연례 기자회견 자리에서도 수소 기술 매출이 50억 유로(약 7조4,000억 원)에 이를 수 있다는 기대감을 전했다.
그룹의 이사회 의장인 스테판 하퉁(Stefan Hartung) 회장은 “우리는 지난해 독일 슈투트가르트와 중국 충칭에서 연료전지 시스템 생산을 시작했다”라며 “보쉬는 향후 10년까지 유럽이나 북미 지역에서 큰 성장을 기대하지 않으며, 초기에는 중국이 가장 큰 수소시장이 될 가능성이 높다”고 말했다.
독일 레닝엔에서 열린 ‘보쉬 테크데이 2024’에 참석한 스테판 하퉁 회장(왼쪽)과 모빌리티 비즈니스 부문 마르쿠스 하인(Markus Heyn) 회장.(사진=Bosch)
이 말의 근거는 명확하다. 보쉬가 중국 시장에 진출해 연료전지 사업을 벌이고 있기 때문이다. 보쉬는 2021년부터 자사의 연료전지 모듈을 장착한 70대의 물류트럭으로 충칭과 청두를 잇는 고속도로 실증을 진행했다. 이들 차량은 작년에 400만km가 넘는 마일리지를 달성했다.
보쉬는 중국의 상용차 제조업체인 칭링모터스와 합작 투자회사인 ‘보쉬 수소파워트레인 시스템(Bosch Hydrogen Powertrain Systems)’을 충칭시에 설립했다. 바로 이 합작회사의 연료전지 공장이 작년 11월 2일 충칭에 문을 열었다.
연료전지 시스템 조립에 필요한 핵심부품인 연료전지 스택, 공기압축기, 센서가 포함된 제어장치 등은 보쉬의 중국 우시공장에서 공급한다.
올라프 숄츠 독일 총리가 지난 4월 14일 중국 충칭에 있는 보쉬 수소파워트레인 시스템을 찾았다.(사진=AP)
보쉬 수소파워트레인 시스템은 준공식 당일 산시 메이진 에너지(Shanxi Meijin Energy)에 수소물류차량 300대를 납품했다고 발표했다. 또 코스코해운홀딩스의 자회사인 COSCO SHIPPING Lines, 물류회사인 China Postal Express & Logistics 등과 1,000대의 추가 공급 계약 소식을 전했다. 보쉬는 충칭공장을 통해 중국의 수소전기차 제조업체에 76kW, 134kW, 190kW, 300kW 수소연료전지 파워 모듈을 제공할 수 있게 됐다.
이와 더불어 내연기관을 기반으로 한 수소엔진 개발도 차질 없이 진행 중이다. 보쉬는 수소엔진이 도로의 화물 운송을 탈탄소화하는 가장 빠른 길임을 강조하며, 이 기술의 시장 가치가 2030년까지 10억 유로(약 1조4,800억 원)에 달할 것으로 추산한다. 올해 인도 시장에 수소엔진을 출시할 예정이다.
보쉬는 차량용 연료전지 기술을 수전해에도 적용하기 시작했다. 2023년 초 양성자교환막(PEM) 수전해 방식의 프로토타입 스택을 제작하기 시작했다. 또 지난해 가을부터 1.25메가와트(MW)급 스택을 파일럿 애플리케이션에 적용하고 있으며, 2025년부터 대량생산에 나설 예정이다.
여기에 더해 고체산화물 연료전지(SOFC) 사업도 추진하고 있다. 영국 세레스파워의 SOFC 기술을 기반으로 개발한 연료전지 제품을 독일 내 사업장뿐 아니라 쾰른 인근의 병원 등에 설치해 테스트 중이다.
독일 잘츠기터의 보쉬 공장에 설치된 SOFC 시스템.(사진=Bosch)
그룹의 계열사 중 하나인 보쉬렉스로스(Bosch Rexroth)에서 개발한 전기 유압식 극저온 펌프도 주목할 만하다. 미국 캘리포니아를 대표하는 수소충전 업체인 퍼스트엘리먼트퓨얼(FirstElement Fuel)과 손을 잡고 대형 수소트럭에 액화수소를 충전하는 차세대 펌프를 개발 중이다. 10분 안에 100kg의 수소충전을 목표로 한다.
보쉬렉스로스의 크라이오펌프(CryoPump)에는 서보 유압 펌프 드라이브와 새로운 압축 실린더를 지원하는 소프트웨어가 결합되어 있으며, 875바(bar)의 압력으로 액체수소를 바로 압축할 수 있어 중간에 저장탱크를 놓을 필요가 없다. 이 제품은 내년에 정식 출시된다.
보쉬를 대표하는 수소 기술은 앞서 말한 △수전해 장치 기술 △차량용 연료전지 모듈 제조 기술 △수소충전을 위한 유압(압축펌프) 기술에 있다. 이 세 부문에 초점을 맞춰 보쉬 본사와 서면 인터뷰를 진행했다. 기자가 보낸 질문에 모두 답을 한 것은 아니다. 특정 업체와 관련된 질문에는 말을 아꼈다. 다음은 보쉬 측에서 보내온 답변이다.
보쉬가 자사의 연료전지 모듈을 장착한 밴 차량을 테스트 중이다.(사진=Bosch)
Q_PEM 수전해 사업이 현재 어떻게 진행되고 있는지 궁금하다. 작년 가을부터 1.25MW 스택을 파일럿에 적용한 걸로 안다.
보쉬는 수소를 사용할 뿐만 아니라 생산 공정에 스마트 기술을 제공할 계획이다. 이를 위해 PEM 기술을 기반으로 전해조의 핵심 요소인 PEM 스택을 개발했다. 현재 우리는 첫 번째 기능성 프로토타입을 제작 중이며 올해 안에 고객에게 인도할 예정이다. 시장 진입 시점은 2025년으로 예정하고 있다.
Q_ PEM 수전해 시장의 전망과 여기에 대한 대응책이 궁금하다. 또 보쉬의 PEM 수전해 시스템의 장점에 대해 말해달라.
대량의 수소 수요와 수전해 인프라가 없다면 시작은 불가능하다. 수전해 시장이 움직이고 있고 보쉬가 선두에 있다고 본다. EU는 유럽의 그린수소 생산량을 약 20%로 늘릴 계획이다. 2030년까지 연간 1,000만 미터톤(MMT, 40GW)의 수소 전기분해가 가능하며, 세계적으로 현재보다 약 25배 많은 170기가와트(GW)의 수전해 설치 용량이 확보될 것이다. 그때까지는 용량이 해마다 거의 두 배로 늘어나게 된다. 2020년대 후반까지 전 세계 수전해 시장의 규모는 370억 유로(약 55조 원)에 달할 것으로 예상된다. 우리는 이 시장에 참여할 능력이 있고 그렇게 할 계획이다.
PEM 연료전지 스택을 적용한 수전해 모듈.(이미지=보쉬)
보쉬의 PEM 수전해 스택은 전기를 사용해 물을 산소와 수소로 분리하는 100개 이상의 전기분해 셀로 구성된다. 1.25MW 출력을 위해 설계되었으며, 시간당 23kg의 수소를 생산하게 된다. 모듈식 설계를 통해 스택의 확장이 가능하며, 1.25MW 이상을 생산하는 소규모 플랜트부터 기가와트에 이르는 대규모 플랜트까지 확장할 수 있다.
Q_ 고정형 SOFC로 전력과 열을 생산하는 분산발전에 활용하고 있다. 기본적으로 천연가스를 연료로 하는 것으로 안다. SOFC 사업의 진행 상황과 향후 계획이 궁금하다.
SOFC는 연료의 유연성이 있다. 보쉬의 SOFC 시스템은 기본 연료(바이오메탄, 천연가스)뿐 아니라 그린수소를 포함하는 재생 가능 연료를 모두 사용하거나 두 가지 연료를 혼합하는 방식으로 전기와 열을 생성할 수 있다. 현재 상업화 단계를 밟고 있으며, 만반의 준비를 갖추기 위해 힘쓰고 있다. 독일 내 보쉬 사업장에서 파일럿 시스템을 운용하고 있으며, 외부 파트너와도 협력하고 있다.
Q_ 작년 7월 슈투트가르트-포이어바흐 공장에서 연료전지 시스템 모듈의 시리즈 생산을 시작했다. 현재 연료전지 모듈의 생산량은 얼마인가?
모듈의 판매량은 고객사의 요구에 따라 달라진다. 첫 번째 출시 단계에서는 독일 포이어바흐와 중국 충칭에 있는 공장에서 연간 5,000개의 시스템을 생산할 수 있을 것으로 본다.
독일 슈투트가르트-포이어바흐 공장에는 2,800여 명의 직원이 근무하고 있다.(사진=Bosch)
Q_ 유럽과 북미 지역의 수소전기트럭 시장을 어떻게 전망하나? 또 연료전지 모듈의 개발과 판매를 위해 어떤 전략을 취하고 있나?
보쉬는 탄소중립 미래를 위한 기술개발에 많은 투자를 하고 있다. 우리는 계속해서 큰 성장의 기회를 엿보고 있지만, 유럽과 북미 시장의 성장 속도는 예상보다 더디다. 이는 전기차, 수소전기차에 동일하게 적용된다. 연료전지 트럭의 점유율 증가는 결국 정부와 기업의 지속적인 투자에 달려 있다. 기후변화에 대응하기 위해서는 꼭 필요한 일이다.
포이어바흐 공장에서 연료전지 파워 모듈을 제작하고 있다.(사진=Bosch)
보쉬는 올해에만 수소 기술개발, 제조에 약 5억 유로(약 7,400억 원)를 투자할 예정이다. 이 금액의 대부분은 연료전지 파워트레인에 투입된다. 유럽에서는 현재 연료전지 스택, 연료전지 파워 모듈 자체를 생산하고 있다. 2026년부터는 미국의 앤더슨 공장에서도 스택을 제조할 계획이다.
Q_ 중국의 수소시장을 어떻게 보고 있나? 그룹의 글로벌 전략 차원에서도 중국 공장의 역할이 중요해 보인다.
연료전지 분야에서는 당분간 중국이 선두를 달릴 가능성이 높다. 우리는 합작투자 회사인 ‘보쉬 수소파워트레인 시스템(충칭)’을 통해 이 시장에 진출하고 있다. 연료전지 파워 모듈은 충칭에 있는 새 공장에서 조립이 되고 있고, 스택과 같은 하위 구성 요소는 우시공장에서 생산되어 배송된다.
스웨덴 기업 파워셀의 연료전지 기술을 기반으로 개발된 스택을 적용하고 있다.(사진=Bosch)
보쉬는 중국과 독일에서 연료전지 시스템과 구성 요소를 생산하는 최초의 회사이다. 우리는 애초에 수소 부문에서도 글로벌 제조망을 적극 활용해왔다. 다만 장기 전망을 보면, 세계적으로 수소를 통해 지속적인 성장을 창출할 가능성은 정치적인 여건에 크게 좌우될 가능성이 있다.
Q_ 수소연소엔진을 개발하고 있는 것으로 안다. 포트 연료 분사(PFI) 방식인가? 아니면 고압 직분사(HPDI) 또는 저압 직분사(LPDI) 방식인가?
배터리전기, 수소연료전지 파워트레인 외에 또 하나의 대안으로 수소엔진을 들 수 있다. 이는 기존의 디젤, 천연가스 엔진을 기반으로 한다. 연료와 공기 공급, 배기 시스템뿐만 아니라 엔진의 기본 구조를 기존 내연기관 파워트레인이나 다른 친숙한 시스템 구성 요소에서 변환할 수 있다는 뜻이다. 사실상 디젤 엔진과 90%가 동일하며, 견고하고 강력하다.
보쉬는 수소엔진을 위한 두 가지 시스템, 즉 수소 포트 분사(Port Fuel Injection, PFI) 및 저압 직분사(Low Pressure Direct Injection, LPDI) 시스템을 개발하고 있다. 포트 연료 분사 방식은 시장 출시 기간을 단축할 수 있는 반면, 실린더 내 직분사 방식은 더 높은 효율과 추가 이점을 제공한다. 수소 직분사를 위한 인젝터는 액체 연료에 의해 제공되는 윤활 없이 작동해야 하고, 트럭의 내구연한 동안 약 10억 번 안정적으로 열리고 닫혀야 한다. 고압 직분사(High Pressure Direct Injection, HPDI)는 경유를 함께 분사해서 압축·착화하는 방식이라 시장에서 선호하지 않는다.
보쉬는 포트 연료 분사(PFI), 저압 직분사(LPDI) 방식의 수소엔진 시스템을 개발하고 있다.(사진-보쉬)
보쉬는 올해 포트 분사 방식의 수소연소엔진을 우선 출시한다. 이미 유럽, 북미, 아시아 시장에서 4개의 수소엔진 생산 프로젝트를 진행하고 있다. 2020년대 후반에는 수십만 개로 생산량이 늘 것으로 예상한다.
Q_ 수소충전 기술도 궁금하다. 보쉬렉스로스의 서보 유압 압축 드라이브 방식을 압축기에 적용해 수소충전에 활용하고 있는 것으로 안다.
보쉬렉스로스는 수소압축기용 전기 유압 압축(Servo-Hydraulic Compressor) 드라이브를 적용한 구동 시스템과 액체수소용 크라이오펌프를 개발해 제조하고 있다. 두 제품의 응용 분야는 수소충전소라 할 수 있다. 전기 유압식 구동 시스템의 경우 구동력이 약 15kW인 소형 압축기가 있다. 이 제품(CytroForce)은 수소지게차 같은 소형 차량의 충전, 이동식 수소충전소에 사용된다. 구동 전력이 약 75kW인 중형 압축기를 적용한 제품(CytroCore)은 승용차 충전에 적합하다. 또 대형 차량 충전을 위한 약 250kW의 구동력을 갖춘 대형 압축기용 제품도 있다.
홈부르크 보쉬 공장에 마련된 수소충전기로 충전을 하고 있다.(사진=Bosch)
보쉬렉스로스는 이 외에도 액체수소를 약 900바의 기체수소로 압축해 기체수소(GH2) 차량에 직접 충전할 수 있는 크라이오펌프 솔루션을 제공한다. 반면에 액화수소를 그대로 펌핑해서 과냉각 액화수소저장탱크(sLH2) 차량, 예를 들어 다임러트럭에서 개발 중인 GenH2 대형 수소트럭에 직접 충전하는 크라이오펌프 방식도 있다. 이러한 제품은 가장 낮은 TCO(총소유비용)를 제공하며 낮은 에너지 소비, 작은 설치 공간, 저소음, 손쉬운 통합, 긴 수명이 특징이다. 보쉬렉스로스의 구동, 제어 기술은 이미 전 세계 많은 충전소에 적용되어 있으며, 그 수가 빠르게 늘고 있다.
Q_ 보쉬렉스로스의 액화수소 충전용 크라이오펌프가 타사 제품과 어떻게 다른지 궁금하다.
당사 제품은 수소충전소에 통합되도록 특별히 설계됐다. 높은 효율, 단열성, 최적화된 동작 프로파일, 최적화된 시작-정지 작동은 물론 긴 수명과 높은 신뢰성을 기반으로 증발(Boil-off)을 억제하는 것이 특징이다. 당사 제품은 시장에서 가장 높은 펌프 유량을 확보하고 있다. 이는 열 관리, 고압 수소저장에 대한 설비의 복잡성을 줄여준다. 보쉬렉스로스가 보유한 산업용 유압장치 분야의 고성능 제품 개발에 대한 오랜 경험이 녹아 있다고 할 수 있다.
수소충전소용 900바 압축을 위한 보쉬렉스로스의 드라이브 기술이 적용된 맥시메이터 하이드로젠(Maximator Hydrogen)의 수소압축기.(사진=Bosch)
Q_ 한국은 올해 액화수소플랜트가 가동되면서 액화수소충전소가 빠르게 늘고 있다. 향후 몇 년 안에 액화수소탱크를 갖춘 수소상용차가 시장에 진입할 것으로 보인다. 시장의 변화를 어떻게 예상하나?
연료전지와 수소엔진 차량은 기본적으로 기체수소로 작동한다. 이는 차량에 설치된 저장탱크 시스템의 유형과는 관계가 없다. 지금까지 전 세계 대부분의 수소충전소는 기체수소 충전을 기반으로 하고 있다. 제품 측면에서 우리는 시장의 요구 사항을 충족하기 위해 두 가지 유형의 극저온 펌프를 개발하고 있다. 수소트럭에 액체 형태로 과냉각 수소를 채우는 액체-액체(Liquid-to-liquid) 크라이오펌프, 900바의 기체수소를 채우는 액체-가스(Liquid-to-gas) 크라이오펌프다.
이 두 가지 펌프의 원리를 기반으로 우리는 350/700바 기체수소 충전 차량뿐 아니라 과냉각 액화수소(sLH2) 또는 극저온 압축 수소도 채울 수 있는 미래의 수소충전소를 실현할 수 있다. 높은 펌프 유량을 기반으로 10분 안에 대형트럭 충전이 가능하다.
이베코의 대형 수소트럭에 장착된 보쉬의 연료전지 모듈. 니콜라의 수소트럭도 같은 플랫폼을 공유한다.(사진=Bosch)
Q_ 보쉬렉스로스는 한국에도 진출해 있다. 한국의 수소충전소 시장 진출 계획은 없나?
수소 인프라, 수소전기차 제조에 대한 투자에 집중하고 있는 한국은 보쉬렉스로스가 주목하는 매우 중요한 시장이다. 보쉬렉스로스는 수소압축기용 전기 유압 구동 시스템과 액화수소용 크라이오펌프를 위한 글로벌 제품 포트폴리오를 제공한다. 우리는 현재 수소충전 인프라를 가속화하기 위한 충전소 솔루션을 연구하기 위해 시장의 리더들과 긴밀히 접촉하고 있다. 지속적으로 성장하는 수소 시스템 통합업체와의 네트워크를 활용해 충전소를 안정적으로 운영할 수 있는 구동·제어 기술을 전 세계에 제공하는 것을 목표로 한다.
