수소전지연료차의 핵심부품 및 관련기업 완전정리

수소연료 전지차 

전기차에는 배터리가 들어가는데 수소연료 전지차에는 연료전지가 배터리 역할을 한다.  전기차의 배터리는 충전하면 방전되는데 이 연료전지는 작은 수소 발전소로 수소의 양만 주입시키면 계속 돌아가기 때문에 전기차와 달리 장거리 운행이 가능하고, 매연이 거의 발생하지 않아 친환경적이다.

 

현대자동차의 수소차 방향은? 

현대자동차는 NEXO(수소연료전지차)와 전기차(현재 글로벌 3위)를 생산하고 있다.  수소차는 성장성은 있지만 리스크가 큰 산업이다.  현대자동차는 수소연료전기차의 설계를 단순화해서 부품을 없애는 것을 목표로 하고 있다. 따라서 핵심부품을 깊이 공부해서 투자해야 리스크를 줄일 수 있다.

 

수소차의 핵심 구성 부품 

1. 수소저장 탱크 : 전체 수소차 생산비의 20%를 차지한다. 
2. 연료 전지 : 작은 수소 발전소로 일종의 배터리 역할을 함. 전체 수소차 생산비의 40%를 차지한다. 
3. 밸브 : 수소 탱크에 수소를 넣고 다니다 스택으로 넣는데, 이때 수소의 압력과 양을 조절해주는 3가지 밸브로 고압 레귤레이터, 솔레노이브 밸브, 저압 레귤레이터가 있다.

 

탱크 – 고압 레귤레이터 – 솔레노이드 밸브– 저압 레귤레이터 – 스택

 

수소탱크 

수소탱크에는 압력용기가 3통이 들어가며 한 통에 700BAR씩 수소를 담고 있다. 예전에는 200 BAR씩 담았으나 지금은 700 BAR씩 담을 만큼 기술이 좋아졌다.

 

• 탄소섬유 : 수소탱크에서 대부분의 생산비를 탄소섬유가 차지하며 20% 이상의 마진을 탄소섬유가 차지한다. 이 기술이 가능한 회사는 현재 세계에서 9개 기업밖에 없을 정도로 기술력이 높다.  우리나라 대기업에서도 M&A를 통해 기술을 보유하려 했으나 실패하고 현재는 효성첨단소재가 유일하게 갖고 있는 기술이다. 지금까지 탄소섬유는 일본 도레이 첨단소재가 독점했는데 올해 하반기부터는 현대차 NEXO에 효성첨단소재가 일본 도레이 첨단소재와 듀얼로 들어간다.

      관련기업 : 효성첨단소재

 

• CFRP: 탄소섬유를 2차 가공까지 마친 상태로 가져온 다음에 틀에다 넣고 진공필름으로 꽉 짜준다. 이유는 탄소섬유를 그냥 깔아 놓으면 공기 중에서 성질이 변하기 때문이다.  그러 다음 호스를 통해서 플라스틱 레진을 계속 넣어주고 시간이 지나면 호스를 빼낸다.  그러면 단단해진다. 이처럼 탄소섬유에 플라스틱 레진을 블랜딩 해서 굳히는 작업을 하는 게 CFRP이다.  현대차에서는 내재화가 가능한 부품들은 내재화시키려고 하고 있으며 현대위아와 일진다이아를 듀얼로 가져가려는 추세이다.

 

     관련 기업 : 일진 다이아(자회사 일진복합소재, 독점적으로 NEXO에 수소탱크를 납품하고 있었음), 한화솔루션(첨단        소재 사업부), 한국카본, 엠케이

 

밸브

• 압력 레귤레이터(고압 , 저압) : 수소가 고압 레귤레이터에 들어가서 압력을 먼저 받고 솔레노이드 밸브에서 필요한 양만큼 수소를 통과시키고 잠그면 통과한 수소를 저압 레귤레이터에서 저압으로 바꿔서 스택으로 보낸다. 압력 레귤레이터 부품은 독일 기업들이 많이 차지했는데, 2020년에 모토닉이라는 회사가 국산화 시킴.

      관련 기업 : 모토닉

• 솔레노이드 밸브 : 필요한 수소 양을 조절하는 밸브.

     관련 기업 : 유니크

 

연료전지 스택

50개의 셀을 병렬로 연결한 것이 스택으로 전체 생산비의 40%를 차지하는 핵심부품이다.

 

• 분리판 : 스택 생산비의 18%를 차지한다.  수소가 들어오면 H와 H가 결합된 형태로 되어 있는데 나중에 공기 국에서 산소도 집어넣어주면 수소가 바로 반응하지 말라고 넣는 것이 분리판이다. 스테인리스강으로 되어 있으며 NEXO에 현대제철, 세종공업이 듀얼로 들어간다.

 

       관련 기업 : 현대제철, 세종공업  

 

• GDL : 탄소 섬유판으로 스택 생산비의 21%를 차지한다.  수소가 기체 형태로 들어오면 그 가스를 위에 있는 촉매층으로 확산을 시켜준다.

       관련 기업 : 도레이 첨단소재

 

• 촉매층 : GDL에서 쏴준 H 2개가 들어오면 이것을 깨서 H 하나는 전기를 만들고,  남은 H는 산소와 합쳐져 물이 생성된다. 촉매층은 이렇게 들어온 H 2개를 깨 주는 역할을 한다. 백금 소재를 사용하기 때문에 비싸다.

      관련 기업 : 일본 교세라 독점

 

 

• 멘브레인막 : 전체 수소차 생산비의 40%를 차지하는 것이 스택이고, 그 스택 안에서 생산비의 40%를 차지하는 것이 바로 멤브레인막이다. 전기를 만들지 않는 나머지 H+만 통과시키는 일종의 필터 장치로 아주 중요한 핵심부품이며 불소계 수지만 사용한다.  필터에서 잘못 통과시키면 스택 전체가 불량이 나고 큰 사고로 이어질 수 있다.  미국 고어가 독점했으나, 2020년 상아프론테크가 국산화를 완료했다(이 회사가 2019년부터 주가가 가파르게 상승함). 올해 하반기부터 현대차 NEXO에 미국 고어와 상아 프론테크가 듀얼로 들어가게 된다. 

       관련 기업 : 상아프론테크

 

• 가스켓 : 스택 생산비의 10% 정도를 차지한다.  1 CELL을 50개 적층 시켜야 스택이 되는데 잘못하면 수소 기체가 이 CELL에서 다른 CELL로 넘어갈 수 있다. 이것을 넘어가지 못하게 막아주는 것이 가스켓이라는 고무막이다.

       관련 기업 : 동아화성

 

 

수소 재순환 시스템 

• 수소 재순환 블로워 & 이젝터 : 스택을 돌리면 전기와 물이 나온다. 그런데 사용되지 않는 수소를 다시 탱크로 보내는데 이때 사용되는 것이 수소 재순환 블로워와 이젝터이다. 이 수소 재순환 블로워와 이젝터를 통해서 온도와 압력을 낮춰서 다시 스택에 넣어준다. 수소 재순환 블로워에 들어가는 고속 베어링이 핵심부품으로 원래는 독일회사가 생산했으나 뉴로스가 국산화해서 현대모비스를 통해 납품하고 있다.

       관련 기업 : 뉴로스

 

• 워터 트랩 : 스택을 돌려서 증기화시키고 남은 물을 담는 통이다.  이때 필요한 레벨 센서를 세종공업에서 수입해서 납품하고 있다.

       관련 기업 : 세종공업

 

• 가습기 : 습기 제거 필터가 들어가서 나머지 불순물을 제거한 후에 수증기를 밖으로 내보낸다.  그래서 수소차를 공기청정기라고 부른다. 필터는 소모품으로 미국 3M이 독점했는데, 코오롱 인더스트리가 국산화를 해서 납품하고 있다.

      관련 기업 : 코오롱 인더스트리