Tesla Inc. Chief Executive Officer Elon Musk has spent years mocking the idea of using hydrogen fuel cells rather than electric batteries to power next-generation green vehicles. “Fuel cells = fool sells,” the boss of the world’s top electric-car maker tweeted in June.
China, the world’s biggest market for electric vehicles, isn’t so quick to dismiss the alternative to batteries. Officials are promoting the development of hydrogen-powered cars, trucks and buses, with Beijing offering to reward cities that achieve adoption targets.
In a 15-year plan for new-energy vehicles released on Nov. 2, China’s State Council said the country will focus on building the fuel-cell supply chain and developing hydrogen-powered trucks and buses. President Xi Jinping in September set a 2030 deadline for China to begin reducing carbon emissions.
“Hydrogen is expected to play a much more important role to drastically decrease the country’s greenhouse gas emissions,” Kevin Jianjun Tu, a non-resident fellow at the French think tank Ifri, wrote in a report published in October.
China is targeting to have 1 million fuel-cell vehicles in operation by 2030, according to an energy savings vehicle development plan drafted by authorities, despite only 2,700 such cars selling in the country last year.
The nation’s renewed interest in hydrogen could put it further ahead of the U.S. in next-generation autos even as President-elect Joe Biden tries to promote clean-car development.
In theory, fuel cells are an ideal alternative to the internal combustion engine, since their chemical reactions of hydrogen and oxygen emit no carbon. Powering vehicles with hydrogen can be expensive, though, and most of China’s supply comes from burning fossil fuels. The difficulties of storing and transporting hydrogen add to the cost.
Trucks, Buses
As the supply of hydrogen generated by solar and wind power grows, the economics may improve. One utility is spending more than $3 billion on a wind and solar farm in Inner Mongolia that would produce as much as 500,000 tons of hydrogen a year, with operations expected to begin in 2021.
State-owned oil refiner Sinopec said Oct. 29 it’s investing in hydrogen production, transportation and fuel cells and is building hydrogen vehicle refueling stations.
The new infrastructure will likely support hydrogen-powered trucks and buses, with lithium-ion batteries remaining dominant for cars. Hydrogen makes sense for commercial vehicles since a fuel-cell automobile can go for longer on a single tank of hydrogen versus a battery-powered one on a single charge of electricity, according to Wang Chaoyun, the chairman of Anhui Mingtian Hydrogen Energy Technology Co., a startup that develops fuel-cell stacks and other inner workings for hydrogen vehicles.
Filling up the hydrogen tank also is much faster than recharging an EV battery.
China’s annual sales of fuel-cell vehicles will rise 10-fold over the next five years to 50,000 units before hitting half a million by 2035, says Wang, who predicts China will become the No. 1 market within three years.
Shanghai-based SAIC Motor Corp. said in September that it plans to launch 10 hydrogen vehicles by 2025.
Beijing SinoHytec Co., which develops hydrogen-fuel-cell engines, raised about 1.4 billion yuan ($213 million) in an initial public offering in August and is one of five Chinese companies that in June teamed up with Toyota Motor Corp. to develop fuel-cell systems for commercial vehicles.
The Japanese automaker sees the market dominated by hydrogen-powered trucks and buses rather than cars, said Chisato Yoshifuji, a project manager at Toyota. “China is concentrating on commercial vehicles and that aligns with Toyota’s thinking,” she said. “It’s a huge trend supported by the government.”
Beer Delivery
Other foreign-backed companies see opportunities in hydrogen trucks, too. Hyundai Motor Co. on Nov. 5 announced agreements with five Chinese partners to promote the development of hydrogen fuel-cell commercial vehicles.
“Hyundai believes China has a massive potential for hydrogen powered commercial vehicles,” said In Cheol Lee, Hyundai’s executive vice president and head of commercial vehicle division. Hyundai and its regional partners aim to supply some 4,000 fuel cell electric commercial vehicles in China by 2025.
The Asian subsidiary of beverage giant Anheuser-Busch InBev SA/NV, meanwhile, added four hydrogen fuel-cell trucks to its fleet, the company announced Sept. 28. It plans to deliver beer using the trucks, making China the first nation where the company has deployed such vehicles for beer shipments.
“Pure electric vehicles and fuel cell-powered automobiles are equally important in our new energy vehicle development strategy and will coexist in the long run,” Wan Gang, who is a vice chairman of China’s national advisory body for policy making and often called the father of the country’s electric-car movement, said in January.
Many skeptics do share Musk’s misgivings. Fuel cells are less efficient than batteries and the cost of building supporting infrastructure like refueling stations is much higher, according to a report published this month by IDTechEx, a research firm from Cambridge, England. Fuel-cell vehicles will “continue to be a commercial failure for the next two decades,” it said.
And for now, Chinese leaders may be keeping their options open as they wait to see how the technology develops.
“The limited details in this plan suggest, at the national level, policy makers are still deliberating over the role of hydrogen in China’s energy economy and the country’s goal of carbon neutrality by 2060,” BloombergNEF analysts Siyi Mi and Jinghong Lyu wrote in a report published Nov. 13, with reference to China’s 15-year plan for new-energy vehicles.
ReFire, a Shanghai startup that manufactures fuel-cell engines, is one company that’s nonetheless preparing for a surge in demand. It makes about 1,000 engines a year for Chinese producers of trucks and buses and expects annual capacity to soar to 20,000 as early as 2024. The competitiveness gap with EVs will shrink as hydrogen gains acceptance, Chief Executive Officer Robin Lin said.
“There’s a great chance for a dramatic drop in hydrogen prices,” he said. “As long as hydrogen power is cheap enough, it’ll be a natural choice.”
부산 조선기자재업체 파나시아가 액화천연가스(LNG)에서 수소를 추출하는 기술 개발에 성공했다. 이를 바탕으로 수소에너지 분야로 사업을 본격적으로 확장할 예정이다.
부산시의회 신상해 의장이 19일 부산 강서구 한국생산기술연구원의 파나시아 수소 추출기 개발 현장을 둘러보고 있다. 김성효 전문기자 kimsh@kookje.co.kr
파나시아는 LNG에서 수소(개질수소)를 추출하는 ‘파나젠’을 개발하고 부산 강서구 미음산단 내 한국생산기술연구원 연구센터에서 시운전 중이라고 19일 밝혔다. 시간당 수소 250㎥ 를 생산하는 파나젠 1호 제품은 2022년 대전 수소충전소에 설치될 예정이다. 현재 수소 추출 기능은 원활하게 작동하고 있지만, 수소에너지 시설 인근 주민의 불안을 해소하기 위해 앞으로 작동 상황 실시간 감시와 사고 예방 기능 등을 탑재한 원격·인공지능 관제 시스템을 적용할 예정이다.
개질수소는 현재 국내 수소충전소에서 주로 사용되는 부생수소에 비해 여러 장점을 지녔다. 부생수소는 석유화학 제품을 만드는 과정에서 발생하는 수소를 저장한 것이다. 수소 생산을 위한 설비 투자 비용이 없다는 게 장점이지만, 생산량에 한계가 있고 저장한 수소를 운송해야 하는 단점이 있다. 반면 개질수소는 추출기에 도시가스만 공급하면 충전소 현장에서 곧바로 생산할 수 있어 운송비용 없이 저렴하게 생산할 수 있다. 수소튜브트레일러로 1회 운송하는 수소로는 버스 20대를 충전할 수 있는데, 파나젠은 시간당 버스 40대 충전 분량의 수소를 생산할 수 있다.
이런 장점 때문에 앞으로 개질수소를 이용한 온사이트(현지 생산) 방식 수소충전소가 늘어날 전망이다. 정부는 수소충전소를 2022년 310곳, 2040년 1200곳으로 대폭 늘릴 예정이어서 개질수소 추출기 수요가 급증할 전망이다. 파나시아 관계자는 “개질수소 추출기는 경량·소형화 할 수 있다는 게 장점”이라며 “이 기술을 이용해 가정·선박용 수소 연료전지 발전 시스템도 개발하고 있다”고 말했다
서울=뉴시스] 박주연 기자 = 현대자동차그룹과 새만금개발청 등 8개 기관·기업이 그린수소 실증 사업을 통해 수소 사회 구현에 속도를 낸다.
현대자동차, 현대엔지니어링, 현대차증권과 새만금개발청, 새만금개발공사, LG전자, 한국서부발전, 수소에너젠은 19일 서울 용산구 드래곤시티호텔에서 '그린수소 밸류체인 구축을 위한 공동연구 양해각서(MOU)'를 체결했다. 이번 MOU는 정부의 그린 뉴딜 정책을 달성하고, 그린수소로의 전환과 신사업 창출, 새만금 지역의 산업 활성화 등에 기여할 것으로 기대된다.
수소는 화석연료로부터 추출한 '그레이수소', 이산화탄소를 포집해 저장한 '블루수소', 재생에너지로부터 전력을 공급받아 물을 전기 분해해 생산하는 '그린수소'로 구분된다. 이중 그린수소는 신재생에너지를 에너지원으로 삼아 에너지 생성 과정에서 이산화탄소의 배출이 전혀 없는 것이 특징이다.
현대차그룹을 비롯한 8개 기관과 기업들은 태양광, 에너지 저장 장치(ESS), 수전해 시설, 연료전지 등 재생에너지와 수소 활용을 연계한 그린수소 사업에 대한 타당성 조사에 착수히며, 내년부터 본격적 사업 착수에 들어갈 예정이다.
사업 대상지로 선정된 새만금 지역은 세계 최대 규모의 수상 태양광 발전 등 풍부한 재생에너지 설비를 갖추고 수소 에너지를 비롯한 미래 에너지 사업 육성에 적극적인 지원을 이어가고 있다.
LG전자는 새만금 지역에 태양광 모듈과 에너지 저장 시스템(ESS) 등의 발전 설비를 갖추고 전력을 생산한다. 수소에너젠은 공급받은 전력으로 수소를 생산할 수 있도록 물전기분해(수전해) 기술과 설비를 제공하고, 현대엔지니어링은 수전해 시설을 비롯해 통합적인 수소 생산 플랜트 시설을 구축한다.
현대차는 연료전지 기술과 발전 설비를 통해 플랜트에서 생산된 수소를 바탕으로 전력을 만들고, 한국서부발전은 생산된 전력을 다양한 에너지 수요처에 판매하는 역할을 담당하게 된다.
새만금개발청은 사업 시행을 위한 관련 행정절차를 돕는 한편 관계 기관에 제도 개선을 요청하고, 상용화를 위한 지원도 나설 계획이며, 새만금개발공사는 사업을 총괄 지원한다. 현대차증권을 사업 추진을 위한 금융 조달과 그린수소 사업의 밸류체인 분석과 타당성 검증을 맡게 된다.
현대차그룹은 재생에너지와 수소에너지 간의 시너지 효과를 극대화하고 수소에너지가 궁극적으로 나아가야 할 방향인 그린수소의 밸류체인을 확보하기 위해 각 사가 보유한 역량을 최대한으로 발휘할 계획이다.
현대차그룹 관계자는 "민관이 뜻을 모아 마련한 이번 업무 협약은 수소 에너지 업계에 큰 변화를 일으키는 시발점이 될 것"이라면서, "현대차그룹은 수소 생태계의 저변을 확대하기 위한 노력뿐만 아니라, 그린수소 보급 확대에도 주도적인 역할을 할 수 있도록 모든 역량을 집중할 것이다"라고 말했다.
한편, 현대차는 ▲상해전력고분유한공사 등 중국 현지 파트너사와 수소 상용차 플랫폼 구축 업무협약 ▲CSIRO 등 호주 연구기관 및 기업과 수소 생산 기술 개발 업무협약 ▲정부, 지자체, 에너지 업계와 상용차 수소 인프라 구축 업무협약 등 국내외를 넘어 다양한 분야에서 수소 생태계 저변 확대를 위한 협업에 나서고 있다.
코오롱인더스트리가 양산에 돌입할 예정인 수소차용 연료전지 핵심 소재인 멤브레인의 모습. 사진 코오롱인더스트리코오롱인더스트리가 수소차용 연료전지 핵심 소재인 멤브레인 양산 체제를 구축했다고 19일 밝혔다. 멤브레인은 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane)으로 연료전지 내부에서 수소이온만 선택적으로 통과시키는 분리막이다. 이 과정에서 모터를 돌릴 수 있는 전기가 발생한다. 코오롱인더스트리는 이달 중 구미공장 내 PEM 양산 라인을 준공하고 시운전을 거쳐 내년부터 생산에 나설 예정이다. 코오롱인더스트리는 이번 설비 구축을 통해 PEM 양산과 함께 이를 전극과 결합해 만드는 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly) 생산 기반도 갖추게 됐다. 코오롱인더스트리는 PEM뿐만 아니라 MEA 개발 및 양산에도 속도를 내고 있다. 내년부터 국내 건물용 시장에서 단계적 판매에 나서는 것을 시작으로 설비를 확충해 2022년 양산·판매를 목표하고 있다. 수소차 생산이 본격화하는 2025년 무렵 전 세계 연료전지 시장에선 MEA가 3조원 이상, PEM이 1조원 이상 규모를 차지할 전망이다. 코오롱인더스트리는 수소연료전지 분리막 사업을 최근 성장하고 있는 에너지 저장장치(ESS) 시장으로 확장할 예정이다. 코오롱인더스트리 관계자는 “PEM 시장 확장을 통해 수소 및 친환경 산업도 공략할 것”이라고 말했다. 이무석 코오롱인더스트리 상무는 “PEM 양산 설비 구축으로 기존 수분 제어장치 사업 역량과의 시너지를 통한 한발 빠른 사업 성장을 기대하고 있다”며 “월등한 기술력으로 글로벌 선두주자의 지위를 공고히 해나갈 것”이라고 말했다
