수소車 부품소재 ‘Poss470FC’… 친환경 정밀재의 새 패러다임 제시

자료출처 문화일보

일 자 2021.2.25

▲ 포스코SPS 안산공장 야드에 Poss470FC 소재가 적치돼 있다. 포스코SPS 제공

(7) 포스코의 ‘미래 먹거리’ 친환경차 소재

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수소연료전지 분리판 소재로

내식·내구·전도성 ‘매우 우수’

‘본딩 적층기술’ 구동모터코어

글로벌 완성차업체 공급 계약

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수소 사업도 新산업으로 육성

2050년까지 매출 목표 30조원

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지난 22일 경기 안산시 포스코SPS STS(스테인리스 스틸)사업실 냉연공장. 공장 안에 들어서자 철강사 포스코에서 들여온 ‘Poss470FC’ 원료용 초대형 코일이 가득 쌓여 있었다. Poss470FC는 수소연료전지 분리판용 소재로, 수소전기차 넥쏘에 사용되고 있다. 이곳 공장이 친환경차 소재와 수소 사업을 핵심 신사업으로 정한 포스코그룹의 미래 먹거리 창출 ‘첨병’ 역할을 하고 있는 것이다. STS사업실은 1962년 삼양금속산업으로 출발, 2009년 포스코 그룹사로 편입됐다.

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분리판은 수소연료전지 스택의 핵심 부품이다. STS사업실에서 Poss470FC 개발을 총괄한 정인섭 연구개발그룹장은 “수소연료전지 분리판은 연료극에 수소, 공기극에는 산소를 공급하는 채널 역할을 한다”며 “연료극에서 수소를 분해해 생성된 전자를 외부 회로로 연결하는 전도체 역할과 스택을 구성하는 단위 셀(cell) 사이의 지지대 기능도 한다”고 설명했다.

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현재 수소연료전지 분리판 소재로는 Poss470FC와 ‘금 코팅 스테인리스 스틸 316L’, ‘카본 코팅 티타늄’ 등 3가지가 쓰인다. 분리판 소재를 평가하는 5가지 기준은 △내식성 △전도성 △성형성 △장기 내구성 △성능 균일성 등이다. 포스코SPS에 따르면 Poss470FC는 5가지 항목 가운데 성형성만 ‘보통’이고, 나머지 4개는 ‘매우 우수’ 평가를 받았다. 카본 코팅 티타늄은 성능 균일성 등급이 보통에 그쳤다. 금 코팅 316L은 성형성이 매우 우수하지만, 내식성·장기 내구성·성능 균일성은 모두 Poss470FC보다 떨어진다.

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김천종 정밀재판매그룹장은 “Poss470FC의 비결은 표면처리와 정밀 극박 압연, 진공 열처리 등 기술력”이라고 설명했다. 특히, 정밀 극박 압연은 포스코SPS가 자랑하는 기술이다. 0.4㎜ 두께로 공장에 들어온 원료는 압연공정을 거치자 0.1㎜로 얇아졌다.

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다음 단계는 열처리. ‘BAL 타워’라는 10층 건물 높이 진공 열처리 설비를 이용하는데, 이 시설이 보안설비여서 Poss470FC의 실제 열처리 공정을 볼 수는 없었다. 대신, 옆 건물인 정밀공장에도 같은 설비가 있어 간접적으로 살펴볼 수 있었다. 압연 과정에서 단단해진 조직을 진공로(眞空爐) 안에서 고열(1100도)을 가해 풀어주는데, 산소와 만나지 않기 때문에 표면에 산화로 인한 불순물(스케일)이 생기지 않는다. 후처리 공정에서는 전도성과 내식성이 뛰어난 피막을 생성한다.

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무엇보다 포스코는 자연 상태 스테인리스 스틸의 약 20배로 전도성을 높이는 표면처리 기술을 갖고 있다. 정 그룹장은 “Poss470FC는 금이나 흑연 같은 고가의 전도성 물질을 코팅하지 않는다”며 “성능이 더 우수하면서도 비용은 금 코팅 316L의 절반, 카본 코팅 티타늄의 40%밖에 들지 않는다”고 말했다.

▲ 지난 22일 경기 안산시 포스코SPS 공장 상황실에서 직원이 모니터를 보며 수소연료전지 분리판용 소재 Poss470FC 압연공정을 모니터링하고 있다. 포스코SPS 제공

포스코인터내셔널 자회사인 SPS에는 수소전기차용 Poss470FC 외에 또 하나의 ‘무기’가 있다. 충남 천안 TMC(트랜스포머모터코어)사업실에서 만드는 전기차용 구동모터코어다. 경기 안산에서 화상으로 TMC사업실을 연결해 이 부품에 대한 설명을 들을 수 있었다.

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TMC사업실은 1974년 창립한 ‘한국코아’가 전신으로, 2007년 포스코 그룹사가 됐다. 2009년부터 현대·기아차에 모터코어를 공급하기 시작했는데, 연비 향상을 유도하는 ‘본딩(Bonding) 적층기술’, ‘EMFree(Embossing Free)’를 개발해 구동모터코어의 새로운 패러다임을 제시했다는 평가를 받는다.

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EMFree는 금형 안에서 소재 표면에 미량의 접착제를 바른 뒤, 용접이나 양각·음각 체결 없이 0.27㎜ 두께의 낱장 코어를 층층이 쌓아 굳히는 방식이다. 양각과 음각 부분을 체결하는 기존 엠보싱 적층 타입에서 발생하는 전기적 손실을 최소화해 모터 효율을 극대화할 수 있는 기술이라고 포스코SPS는 설명했다.

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포스코SPS TMC사업실은 현대모비스에서 소비하는 친환경차 구동모터코어 대부분을 공급하고 있다. 미국 대형 완성차 업체와도 협업을 진행해 해당 업체의 3세대 전기차에 EMFree 구동모터코어를 공급하기로 했다. 포스코SPS는 내년부터 이 업체의 전기차용 구동모터코어를 본격 양산할 계획이다.

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포스코는 수소 사업도 신산업으로 적극 육성한다. 오는 2050년까지 수소 생산 500만t 체제를 구축, 수소 사업에서 매출 30조 원을 달성하겠다는 청사진을 갖고 있다. 현재 포스코는 철강 제조 공정에서 발생하는 부생가스와 천연가스(LNG)를 이용해 연간 7000t의 수소를 생산할 수 있는 능력을 보유하고 있다.

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앞으로는 수소를 활용한 철강 생산 기술인 ‘수소환원제철공법’ 연구, 부생수소 생산 설비 증대, 그린 수소(신재생에너지를 기반으로 물을 전기 분해해 생산하는 수소) 유통 및 생산 등에 나설 방침이다.

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포스코 관계자는 “수소환원제철공법이 상용화되면 최대 연간 370만t의 그린 수소가 필요해진다”며 “포스코가 최대 수소 수요업체이자 생산업체로 도약할 것”이라고 말했다.