산업 어플리케이션

수소 활용 확대를 통한
새로운 수요 창출

수소는 산업 전반의 에너지 전환을 이끄는 핵심 동력으로 자리잡고 있습니다. 사업 현장에서 기존에 사용되던 화석 연료를 대체하며 탄소배출량에 크게 기여합니다.

  • 현대자동차
  • 기아
  • 현대제철
  • 현대로템

Industrial Applications

다양한 산업 분야에서
활용중인 수소

높은 에너지 밀도를 지닌 수소는 대용량·장기 저장이 가능하며, 열과 전력 등 필요한 형태로 언제든 변환될 수 있습니다. 제조, 제철, 항만, 발전에 이르기까지 다양한 산업에서 화석연료를 대체하며 내일의 에너지 전환을 앞당깁니다.

  • 수소 버너

    산업 공정의
    탄소 저감을 위한
    수소 기반 열원
  • 항만장비

    항만의 화석연료
    의존도를 낮춘
    저탄소 물류
  • 발전

    효율적이고 지속가능한
    전력 생산
  • 탄소저감 강판 생산

    수소환원제철을 통한
    철강 생산

산업 공정의 탄소 저감을 위한 수소 기반 열원

수소 버너

수소 버너는 수소와 산소의 연소반응으로 열을 발생시키는 저탄소 산업용 열원입니다.
자동차 공정에서 기존 LNG 버너를 대체하여 이산화탄소 배출을 저감시키며, 희박 연소 방식을 적용해 질소산화물(NOx) 배출을 최소화했습니다.

현대자동차는 10만 kcal/h 급 수소 버너의 개발과 성능 검증을 완료했으며, 현대로템과 함께 100만 kcal/h급 수소 버너를 공동 개발하여 적용을 앞두고 있습니다.

수소 버너 적용
도장 건조 공정

  1. Step 01

    수소&공기 공급

    수소와 공기가 희박 연소 조건에 맞춘 최적 비율로 제어되며, 버너 노즐을 통해 연소실로 분사됩니다.

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자동차 제조 공정에서의
수소 버너 활용

수소 버너는 자동차 도장 오븐에 우선 적용되었으며, 이를 시작으로 고온 열원이 필요한 자동차 제조 공정 전반으로 적용 범위를 확대해 나갈 계획입니다.

  • 도장 오븐

    수소 버너는 공기를 목표 온도까지 직·간접적으로 가열해 자동차 도장막을 균일하고 신속하게 건조하고 경화시킵니다.

  • 축열식연소장치

    수소 버너를 통해 생성된 열은 RTO 공정에서 배기가스를 800~850℃까지 가열하는 데 활용되며, 유해물질(VOCs)을 완전 연소시키고 사업장의 열에너지 효율 향상에 기여합니다.

  • 공조기

    공조기는 실내 온도와 습도를 조절하는 공기 처리 장치로, 수소 버너 적용 시 외기를 신속하게 가열해 실내로 공급할 수 있습니다.

  • 보일러

    수소 버너에서 발생한 고온 배기가스가 수관의 물을 가열하며, 이때 생성된 증기나 온수가 사업장 곳곳에 공급됩니다.

항만의 화석연료 의존도를 낮춘 저탄소 물류

항만장비

컨테이너를 싣고 항만 부두를 이동하는 수소연료전지 무인이송장비(AGV)

디젤 연료로 움직이는 항만 장비들의 장시간 운행으로, 대기 오염이 심한 항만 구역에 수소에너지 기반 솔루션을 제공합니다. 연안과 터미널, 배후지 운송까지 아우르는 수소 기반 애플리케이션을 도입하여, 화물 운송의 연속성은 유지하면서도 항만의 탄소 배출은 효과적으로 줄여나가고 있습니다.

항만 무인 이송 차량(AGV) 소개 영상 — 차량 크기 15.8m x 3.2m x 2.3m, 최고 주행 속도 8m/s, 적재 중량 65t, 95kW 수소연료전지 시스템으로 8~16kg 충전 10분에 최대 8시간 운행

수소연료전지
항만 AGV

현대로템과 현대자동차는 항만 자동화 부두에서 운행되는 무인이송장비(AGV)의 동력원을 수소연료전지로 전환해, 스마트 물류를 넘어 저탄소 물류 경쟁력을 확보하고자 합니다.

이를 위해 기존 고전압 배터리 기반 AGV 시스템에 수소연료전지와 수소저장탱크를 통합한 파워팩을 적용해 실증을 진행하고 있습니다.

수소연료전지 항만 AGV는 배터리 대비 약 1.6톤의 중량을 경감하여 에너지 효율을 높이고 야드 포장 부담을 줄입니다.

또한, 하이브리드 운영 알고리즘을 개발해 연료전지를 주 동력원으로, 배터리를 보조 동력원으로 제어할 수도 있도록 하고 있습니다.

효율적인 저탄소 전력 생산

발전

건물 내부에 설치된 수소연료전지 발전기 두 대

건물이나 대규모 산업시설에 필요한 전기를 생산·공급하는 수소 발전은 차세대 분산전원으로 주목받고 있습니다.

전력 소비가 많은 지역에 안정적으로 전력을 공급하는 것은 물론, 재생에너지 발전 비중이 높은 지역에서 발생하는 잉여전력을 활용하는 방안으로도 활용 가치가 높습니다.

연료전지 발전기 제원

연료전지 발전기 외형 치수 도면 — 좌측 모듈 높이 2,300mm·폭 1,300mm, 우측 모듈 높이 2,340mm·폭 1,000mm, 두 모듈 모두 깊이 1,500mm

연료전지 발전기

모듈을 직·병렬로 통합해 전력 규모를 유연하게 조절할 수 있는 시스템. 계통 연계, 중대형 건물 및 소규모 분산 발전 등에 활용 가능합니다.

최대 출력/정격 출력

100kW/70kW

효율

50 %

이상

월 전력 공급량

217 가구 규모

92% 가동 기준

연료전지 발전기 구성

현대자동차에서 개발한 100kW 수소연료전지 발전기는 수소전기차에 적용된 수소연료전지의 빠른 시동성과 민첩한 출력 조절 기능을 활용하여, 전력 수요 변화에 신속하고 유연하게 대응할 수 있는 솔루션입니다.

연료전지 발전기의 활용처

  • 태양광 패널과 풍력 발전기가 늘어선 주택 단지 옆에 수소연료전지 발전기가 설치된 분산발전 개념도

    분산발전

    수소연료전지 발전기는 뛰어난 공간 효율성을 갖추어, 도심지나 건축물 내에 직접 설치해 전력을 공급할 수 있어 송전망의 제약을 받지 않습니다.

    또한 빠른 발전량 조절이 가능해 가상발전소(VPP, Virtual Power Plant) 환경에서 태양광 등 재생에너지의 변동성을 보완할 수 있는 미래 분산 발전 솔루션입니다.

    가상발전(VPP, Virtual Power Plant): IT 기술을 활용하여 물리적으로 떨어져 있는 여러 소규모 발전소들을 하나의 큰 발전소처럼 제어 및 운영하는 시스템

  • 병원·데이터센터·공항 등 24시간 전력 수요 시설에 수소연료전지 발전기가 오염물질과 이산화탄소 배출 없이 전력을 공급하는 개념도

    비상 전원

    수소연료전지 발전기는 정전 시 디젤 발전기를 대체해 비상 상황에서 전력을 신속하게 공급합니다.

    배터리 대비 장시간 운전이 가능하며, 저소음·저배출 특성으로 실내외 다양한 환경에서 비상 전원용 발전 솔루션으로 활용될 수 있습니다.

  • 재생에너지원에서 만든 전력을 수전해 시스템으로 수소로 저장했다가 연료전지 발전기를 거쳐 전력 사용처로 공급하는 H-ESS 개념도

    H-ESS

    H-ESS는 태양광이나 풍력처럼 날씨에 따라 출력이 달라지는 재생에너지를 수소로 변환해 저장했다가, 에너지가 필요할 때 수소 발전기를 통해 전기로 전환해 사용하는 대용량 에너지 저장 시스템입니다.

    기존 배터리 ESS 대비 뛰어난 장기 저장 능력을 바탕으로 재생에너지의 간헐성을 보완하고 전체 에너지 시스템의 안정성을 극대화합니다.

수소환원제철을 통한 철강 생산

탄소저감 강판 생산

쇳물이 붉게 타오르는 제철소 전기로 내부

현대제철은 장기적으로 철광석을 환원할 때 석탄 대신 수소를 활용하는 수소환원제철 기술개발을 통해, 기존 고로제품 대비 약 90%의 탄소 배출이 저감된 철강제품 생산을 목표로 하고 있습니다.

이와 함께, 제철소 내 열설비, 발전소 등 다양한 공정에 수소를 도입하여, 탄소중립 철강 생산 체제로의 전환을 추진하고 있습니다.

탄소저감 강판 생산 과정

  1. Step 01

    재생에너지

    태양광·풍력 등의 재생에너지를 이용해 전기를 생산합니다.

01 05 5단계 중 1단계

Business

산업 에너지 전환

  • 평택항 자동차 수출입 터미널에 설치된 100kW급 수소 연료전지 발전기

    평택항 연료전지 발전기 도입

    평택항 자동차 수출입 터미널 내 100kW급 수소 연료전지 발전기 도입·운영

    참여 그룹사

    • 현대자동차
    • 기아
    • 현대글로비스
  • 울산 현대자동차 문화회관에 공급된 자가발전용 연료전지발전기

    건물 내 자가발전용 연료전지발전기 공급

    울산 현대자동차 문화회관 내 자가발전용 연료전지발전기 공급

    참여 그룹사

    • 현대자동차
  • 완주 ESS 안전성평가센터에 설치된 충·방전 손실 보완용 연료전지발전기

    ESS 충·방전 손실 보완용 연료전지 발전기 공급

    완주 ESS 안전성평가센터에 충방전 손실 보완용 연료전지발전기 공급

    참여 그룹사

    • 현대자동차
  • 스위스 GRZ Technologies에 공급된 자동차 충전 및 건물 백업용 연료전지발전기

    자동차 충전 및 건물 백업용 연료전지발전기 보급

    스위스 GRZ Technologies에 자동차 충전 및 건물 백업용 연료전지발전기 공급

    참여 그룹사

    • 현대자동차
  • HyER Power와 함께 실증 중인 건물용 열병합 연료전지발전기

    건물용 열병합 연료전지발전기 실증

    HyER Power와 건물용 열병합 발전을 위한 연료전지발전기 실증

    참여 그룹사

    • 현대자동차
  • 한국동서발전 울산발전본부에 설치된 500kW급 연료전지발전기

    500kW 대형 연료전지발전기 실증

    한국동서발전 울산발전본부 내 500kW급 연료전지발전기 실증

    참여 그룹사

    • 현대자동차

FAQ

산업 어플리케이션에 대한 궁금증

  • 버너는 연료를 태워 열을 발생시키는 장치입니다. 기존 LNG 버너는 연소 시 이산화탄소(CO₂)와 수증기(H₂O)를 배출하지만, 수소 버너는 수증기만 배출하는 친환경 설비입니다.

    수소 버너는 완성차 생산공장의 도장오븐, 보일러, 축열식 소각로, 공조기 등 다양한 설비에 활용될 수 있습니다. 현대자동차는 울산공장 내 도장오븐부터 수소 버너를 적용하기 시작하였으며, 국내 생산공장의 LNG 버너를 단계적으로 교체할 계획입니다.

  • 수소의 이론 화염 온도는 약 2,100°C로 LNG(약 1,950°C)보다 높지만, 공기량 조절을 통해 LNG 버너와 동일하게 제어할 수 있습니다. 열효율 역시 버너 설계 최적화를 통해 LNG 버너와 동등한 수준으로 구현 가능합니다.

    다만, 수소는 연소 속도가 빠르고 가연 범위가 넓어 전용 버너 설계와 제어 기술의 적용이 필요합니다.

  • 수소전기 항만 AGV는 배터리 대비 약 1.6톤의 중량을 경감하여 에너지 효율을 높이고 야드 포장 부담을 줄입니다. 또한 짧은 충전 시간으로 전체 가동률을 크게 향상시킬 수 있습니다.

    항만의 탄소중립 정책 전환 시 대규모 전력 인프라 증설 부담을 최소화할 수 있습니다. 튜브 트레일러와 병행하여 항만 내 이동형 수소충전설비를 통해 효율적으로 공급할 예정입니다.

  • 연료전지발전기는 발전 모듈과 PCS 모듈이 세트로 구성됩니다. 구체적으로 발전 모듈 1개는 엔진형 연료전지 2개로 이루어지며, 이에 대응하는 PCS(Power Conditioning System) 모듈 1개와 함께 운영됩니다. PCS 모듈은 연료전지에서 생성된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력변환 장치입니다.

    발전 용량을 증대하기 위해 발전 모듈을 추가하려면 PCS 모듈도 함께 추가해야 하며, 발전 모듈 2개에 PCS 모듈 1개만으로 운영하는 방식은 불가능합니다.

  • 수소 직공급 방식으로 운영되며, 수소 배관 연결을 통해 수소를 직접 공급받거나, 수소 배관이 없는 경우 수소봄베(실린더)를 활용하여 배관 라인을 구성해 연결할 수 있습니다.

    다만 수소봄베를 설치할 경우, 수소 배관 연결 방식 대비 운전 가능 시간이 제한적입니다. 100kW 출력 기준으로 발전기는 시간당 약 6kg의 수소를 소모합니다.

  • 기존 고로 방식은 철 생산 과정에서 환원제로 석탄(코크스)을 사용함에 따라 다량의 이산화탄소를 배출합니다. 반면, 석탄(코크스) 대신 수소를 사용하는 수소환원제철 기술은 철 생산 과정에서 이산화탄소 대신 깨끗한 물만 배출하게 됩니다.

    현대제철은 중장기적으로 재생 에너지와 친환경 수소를 활용한 수소환원제철 기술 개발을 통해 기존 고로 방식 대비 탄소 배출량을 90% 이상 감축하고, 궁극적으로 탄소중립 철강 생산 체제를 구축하는 것을 목표로 하고 있습니다.