정부의 수소경제활성화로드맵이 본격화됨에 따라 수소연료전지와 수소자동차에 관심이 집중되고 있는 가운데 건설기계분야에도 수소기술 도입이 확산될 전망이다.
건설기계의 환경오염은 무지불식간에 퍼져 있는 상태다. 한국에너지기술연구원에 따르면 건설기계는 연간 약 23.2톤의 이산화탄소(Co₂)를 배출하고 있다. 이를 돈으로 환산하면 약 4000억 원(1톤당 13유로 기준)에 달한다. 건설기계의 이산화탄소 배출량은 자동차, 철도, 항공, 해운 등 전체 수송부분에서 22%를 차지한다. 건설기계 등록대수가 전체 자동차의 2%에 불과한 것을 감안하면 엄청난 배출량에 해당되는 셈이다.
이 뿐만 아니다. 건설기계는 기름의 소비량도 큰 것으로 밝혀졌다. 건설기계의 연간 유류 사용량은 약 11조 7000억 원이며 22톤급 굴삭기 1대의 1년 치 연료비가 1억 원에 육박한다. 굴삭기 1대가 일반 자동차 58대분과 맞먹는 기름을 사용하는 것이다.
이에 건설기계분야에도 수소기술의 확대가 필요한 시점이다.
이번 연재에선 건설기계분야에 부는 수소기술 바람을 살펴보고 향후 과제를 살펴보고자 한다.
◆수소건설기계 발전 포럼 출범
지난 3월 26일 건설기계부품연구원(원장 윤종구)은 건설기계 분야의 수소경제 확산을 위해 산학연의 전문가들이 참석한 가운데 ‘수소건설기계 발전포럼’을 출범시켰다.
현재 미국에서는 이미 수소지게차가 판매되고 있으며 일본과 유럽도 수소굴삭기와 특장차를 개발하는 등 수소건설기계사업화를 위한 기업협력을 강화하고 있는 실정이다.
이에 반해 국내에서는 정부 주도로 수소지게차와 수소굴삭기 개발이 이루어지긴 했지만 부품기술 부족과 수소 인프라, 인증 법규 미비로 상용화에 어려움을 겪고 있다.
정부는 지난 1월 ‘수소경제 활성화 방안’을 발표하고 오는 2040년까지 단계적으로 수소경제를 선도할 수 있는 산업생태계 구축을 마련할 전망이며 수소지게차 활성화를 위해 수소지게차 안전기준을 오는 6월까지 마련할 계획이다.
‘수소건설기계 발전 포럼’은 지구온난화와 자원 위기, 미세먼지 문제에 등에 대응하고 친환경적 기술인 수소연료전지를 건설기계 개발에 접목시켜 건설 산업 생태계를 구축하기 위해 발족됐다. 더불어 상업화 논의가 부진한 국내 수소건설기계 분야에 상업화를 목표로 활동할 계획이다.
‘수소건설기계 발전 포럼’은 우선 2030년 수소건설기계의 산업화를 목표로 구체적인 국가연구개발사업과 개발일정을 수립해 정부안에 반영하는데 주력한다.
현재 정부가 추진하는 국가연구개발사업에는 수소지게차를 포함한 수소굴삭기의 실증사업과 보급 사업인데 ‘수소건설기계 발전 포럼’은 이 사업의 정책과 비즈니스모델 개발에 힘쓸 계획이다.
그리하여 건설기계 분야에 수소기술을 접목하여 배기가스가 배출되지 않는 친환경 전기식 동력기술의 전환을 유도할 예정이다.
산업계에는 국제 배기가스 규제가 강화되고 있는 바 이에 효과적으로 대응하기 위해 수소기술의 접목은 필수불가해 보인다.
◆건설기계에 수소기술 접목의 어려움과 현재 상황
하지만 전문가들은 모든 건설기계에 수소기술을 접목하는 것은 쉬운 문제가 아니라고 언급했다.
건설기계는 일반자동차와 달라 엔진과 변속기로 동력을 전달하는 것 외에도 유압시스템의 전환도 필요하다. 더구나 건설기계는 강한 진동과 먼지 및 물을 견뎌야 하고 평균 부하도 큰 편이다. 전문가들은 “건설기계는 부하, 작업, 제어특성에 의한 엔진 운전 특성 차이로 자동차와는 다른 하이브리드 동력 기술이 필요하다”고 강조했다.
현재 법령상 건설공사에 쓸 수 있는 기계는 총 27종이다. 굴삭기, 로더, 도저 등 토목·기초기계 5종과 지게차, 덤프트럭, 크레인 등 운반·하역 기계 6종과 롤러, 콘크리트 피니셔 등 도로포장 기계 7종, 쇄석기, 천공기, 공기압축기 등 기타 건설기계 9종이다.
이 가운데 기존연료가 아닌 전기·수소연료로 전환이 활발한 건설기계는 굴삭기, 지게차, 덤프트럭 등으로 범위가 한정된 실정이다.
국내에선 두산인프라코어(대표 손동연, 고석범)가 연료 절감이 가능한 복합식 하이브리드 굴삭기를 개발했다. 다만, 차량과 달리 에너지 회수를 위한 방법이 제한돼 상대적으로 에너지 회수율이 낮고 특정 작업시 에너지 회수가 불가능하다는 게 단점이다.
범한산업(대표 김기범)은 2톤짜리 수소연료 미니굴삭기(2801kg)를 개발하기도 했다.
현대중공업(대표 한영석, 가삼현)도 배출가스 발생이 없는 전기식 굴삭기를 개발했다. 다만 최대 작업반경이 30ｍ로 제한되고 차장과 같은 일부 환경에서만 사용이 가능하다.
진우 SMC(대표 이준호)는 전기식 철거전용장비를 개발했지만 전원 공급 와이어로 작동하다보니 작업반경이 좁은 것이 단점이다.
해외에서는 최근 1년 새 GM, 도요타 등이 수소트럭 수십 여종의 제품을 출시했으며 중국도 수소트럭 개발에 적극 뛰어 들고 있다.
◆수소기계상용화의 위한 향후 과제
‘수소건설기계 발전 포럼’의 김희수 분과위원장은 “수소건설기계의 상용화를 위해서는 수소차량은 물론 수소인프라와 사업정책, 부품기술, 인증·표준 등 다양한 부분에서 사업이 동시에 추진돼야 한다”고 강조했다.
김 위원장은 수소건설기계를 보급하기 위해선 인증 기준이 필요하다고 전하며 지난해 건설기계관리법에 수소지게차 안전기준이 신설된 것은 매우 고무적인 일이라고 평가했다. 올해 수소굴삭기도 나올 예정이므로 국내기술 수준에 맞춰 구체적이고 상세한 안전기준을 마련해야 한다고 전했다.
또한 정부와 지자체의 보조금 지원의 필요성도 역설했다. 올 상반기에 수소지게차에 들어가는 핵심부품인 연료전지 파워팩에 대한 KS 인증 기준이 마련되면 파워팩에 대한 보조금을 지원받을 수 있게 된다. 향후에는 수소전기차와 가정·건물용 연료전지시스템처럼 수소건설기계 자체에 대한 보조금을 지원받을 수 있는 기준이 마련돼야 할 것이라고 전했다.
정부의 노력뿐만 아니라 건설기계를 생산하는 기업의 의지도 중요해 보인다. 기업들이 적극적이고 주도적으로 수소기술 적용과 확대에 참여할 수 있도록 정부의 정책적 지원과 규제 간소화가 필요할 전망이다.
이와 관련하여 이영석 한국교통안전공단 자동차안전연구원 연구위원은 “수소건설기계의 제작·유통·설치·검사·운행·파기 등 전주기적 과정에 적용할 관련 법령을 마련해야 한다”며 “국내외 수요를 기반으로 장기적인 전략 수립이 중요하다”고 강조했다.
환경경찰뉴스 이의정 기자