KIOST, 해양특화전지로
지역기업 신사업 지원 나선다!

코로나·19 확산과 해상 환경규제로 인해 어려움을 겪고 있는 제조업체들을 위해 KIOST가 지원사격에 나섰다. 바로 해양특화전지를 주제로 울산지역 내 중소·중견기업을 지원하는 ‘지역활력 프로젝트’를 통해서다. 4차 산업혁명 트렌드에 발맞춰 수혜기업에게 KIOST가 개발 중인 해양특화전지를 적용한 스마트 해양기기의 시제품 제작과 실증테스트를 지원하며 기업의 신기술 개발 및 경쟁력 강화에 일조하고 있는 혁신의 현장을 찾아가 본다.

‘지역활력 프로젝트’ 참여기관으로
공모를 거쳐 6개 수혜기업 선정

산업통상자원부와 울산시의 재원으로 수행되는 ‘지역활력 프로젝트’는 7개의 참여기관¹⁾ 이 해양특화전지를 주제로 각 기관이 보유하고 있는 역량을 결집하여, 기술개발을 필요로 하는 울산지역 내 중소·중견기업을 지원하는 사업이다. 최근 울산지역의 조선·해양 기자재업체들이 해양산업의 침체에 따른 일자리 감소 등 많은 어려움을 겪고 있는 현실에서 4차 산업혁명 트렌드에 맞춰 사업을 재편하고 역량을 강화하는데 참여기관이 발 벗고 나선 것이다. 해수전지는 해수에 녹아있는 나트륨과 물의 화학반응을 통해 생산한 전기에너지를 저장하는 시스템으로, 한국해양과학기술원(이하 KIOST)은 2018년부터 원내 주요사업으로 관련 원천기술 개발 및 이를 실제 해양 환경에 적용하기 위한 연구사업을 진행해왔다. KIOST는 지난해 탐지용 소형 스마트 해양기기, 위치표지용 다기능 해양기기, 운송용 소형 해양기기 등을 주제로 공모를 거쳐 6개 기업²⁾ 을 선정하였고, 2020년 9월 22일, 참여기업과의 협약식 개최 및 착수 보고회를 가진 바 있다.

사진 1. 지역활력 프로젝트 참여기업 협약식

선정된 기업은 기술개발 과정부터 사업에 참여하게 되는데, 이는 연구개발이 완료된 기술을 민간에 이전했던 기존 방식과는 차이가 있다. 과거에는 KIOST가 선제적으로 기술을 개발한 후 이를 필요로 하는 기업에 기술이전을 하는 방식이었다면, 지금은 기업의 수요를 바탕으로 그와 연관된 KIOST의 해양특화기술을 매칭시켜 완제품을 만들고, 실제로 상용화를 통해 매출을 창출하는 방식이다. 전자의 경우, 기술이전 후 상용화로 연계하기까지 어려움이 있었으나, 금번 프로젝트를 통해 아이템 선정부터 설계 및 제작에 대한 기술지원, 실해역 실증 및 검증 지원까지 일관된 산-연 연계 제품을 개발한다는 점에서 기존의 기술이전과는 차별화된다고 할 수 있다. 무엇보다 현장에서 필요한 기술을 개발하기 때문에 당장 사업화가 가능한 결과물이 나올 것으로 기대된다.

사진 2. KIOST 해양ICT융합연구센터 백승재 센터장

해양특화전지를 적용한 스마트 해양기기 분야
시제품 제작과 실증테스트 지원

현 해양 분야에서 사용하는 전지는 침수나 선박과의 충돌로 인한 파손 등의 문제로 잦은 고장과 높은 유지보수의 비용이 발생하고, 침수 시 납, 황산, 망간, 니켈 등의 유출로 인해 심각한 환경오염 문제를 야기해 왔다. 특히 해상 환경규제가 강화됨에 따라 해양 환경에 적합한 전기에너지 시스템 등 친환경 에너지 기술에 대한 수요가 증대되고 있으며, 해양 조건에 특화된 전지 개발 및 개발된 해양특화전지를 해양기기에 적용시키기 위한 최적화된 전력관리 시스템 개발이 필수적으로 요구되고 있다. 따라서 KIOST 연구팀은 「해양특화전지 기반 스마트 해양기기 제작 및 실증사업」을 통해 매주 1~2회 수혜기업과의 미팅을 진행하며 관련 분야의 전력관리시스템 및 고신뢰 장비 제작을 위한 설계 기술, 시제품 제작 및 실증테스트 등을 적극 지원하고 있다.

㈜푸른기술에너지와 소형 레저보트에
수소연료전지 및 해양특화전지 적용 기술 개발

수소연료전지를 활용한 시스템 개발·제조 기업인 ㈜푸른기술에너지는 금번 사업에서 KIOST와 함께 ‘연료전지가 적용된 해양특화전지 레저용 개발’ 과제를 수행 중이다. 기존의 레저선박은 배터리 전력 공급형과 디젤 등 내연기관 구동형 소형선박으로 구분될 수 있는데, 배터리 전력 공급형 선박은 충전에 장시간이 소요되며 배터리의 해양 환경 노출로 인한 부식, 수명 단축과 같은 내구성 문제, 그리고 사고 발생 시 심각한 환경오염과 화재 발생의 위험성이 있다. 디젤 소형선박 역시 대기오염 물질과 미세먼지 배출로 인한 환경오염이 문제점으로 지적되고 있다. 반면 수소연료전지는 수소연료가 공기 중의 산소와 반응하여 전기에너지를 생산하는 기술로, 사용하는 연료의 특성상 오염원이 발생되지 않으며, 해양특화전지 역시 현재 해상에서 사용되는 많은 내연, 배터리 구동 해상 동력기기의 문제점을 해결할 수 있는 혁신적인 대체기술로 주목받고 있다.

㈜푸른기술에너지는 친환경 수소연료전지와 해양특화전지에서 발생하는 전기에너지를 통해 전력을 공급받아 보트(전기모터 적용) 운용이 가능한 소형 레저선박 개발을 목표로 해양 환경에 적합한 소형선박 설계, 수소연료전지-해양특화전지 간의 연계운전 제어 시스템과 운전 시퀀스 및 구조 개발에 박차를 가하고 있다. 고효율·친환경으로 조명되고 있는 수소연료전지와 해양특화전지와의 하이브리드 시스템은 환경오염, 잦은 충전, 대용량 배터리팩 설치 등 고질적인 배터리기반 기기의 문제점을 해결할 수 있는 좋은 대안이 될 것으로 기대를 모으고 있다.

사진 3. ㈜푸른기술에너지 이상훈 대표

㈜푸른기술에너지는 현재 연료전지 구성 및 모듈의 시퀀스를 테스트 중이며, 올해 말쯤 완성된 설계를 바탕으로 시제품 제작 및 실증 실험에 들어갈 예정이다. ㈜푸른기술에너지와 컨소시엄을 구성한 에이치엘비(주)의 공장에는 협력업체인 펭귄오션레져와 함께 동 기술이 적용될 구조물 제작이 진행 중이다.

사진 4. 펭귄오션레져 이형경 매니저

그림1, 2. 수소 연료전지가 적용된 해양특화전지 소형 레저용 보트(좌)와 연료전지 파워팩 구성도(우)

㈜푸른기술에너지 이상훈 대표는 향후 해양관광시장, 특히 소형 레저선박의 전망은 밝을 것으로 예측했다. 해외의 사례나 시장의 발전 속도로 봤을 때 국내 해양레저보트가 전적으로 수입에 의존하고 있는 상황인 만큼, 세계적인 트렌드에 발맞추어 친환경 소형선박 제조기술을 개발한다면 시장 점유율을 크게 확대할 수 있을 것이라는 설명이다. 나아가 금번에 개발되는 연료전지 파워팩을 다양한 해양배터리 모빌리티(어선, 구명정, 관공선 또는 레저보트, 제트스키, 하우스보트 등의 다양한 해양레저 장비) 산업에 확대·적용하기 위해 추후에도 KIOST와 다방면의 협력을 통해 설계 및 기술, 운영 전반의 노하우를 획득해 나가기를 기대했다.

㈜게이트웨이즈와 해양특화전지를 활용한
소형선박용 보조 전력장치 기술 개발

또 다른 한편에서는 ㈜게이트웨이즈의 ‘해양특화전지를 활용한 소형선박용 보조 전력장치 기술 개발’이 한창 진행되고 있다. 쉽게 말해 소형선박을 위한 보조배터리를 개발하는 것이다. 태양광 전력관리 모니터링시스템을 개발·운영하던 ㈜게이트웨이즈는 최근 낚시에 대한 수요가 높아짐에 따라 자사의 기술을 바탕으로 새로운 시장을 개척하기 위해 소형선박에 적용할 배터리 시스템을 고민하던 중 본 과제에 참여하게 되었다. 이는 요즘 TV에서 낚시 프로가 상당히 인기를 끄는 흐름과도 무관치 않다. 최근 낚시 인구가 폭증하면서 소형어선을 중심으로 한 해양레저 분야의 시장 규모가 점차 커지고 있는데, 기존에는 어업권을 가지고 있는 낚싯배를 임대했다면 향후에는 개인의 여가시간을 즐기기 위해 소형선박을 보유하는 인구가 많아질 것이란 예측이다. 그러나 규모가 있는 선박은 앵커(닻)를 내려 정박 상태에서 낚시를 할 수 있지만, 소형보트들은 앵커링(anchoring)이 어렵기 때문에 둥둥 떠다니거나 좌초될 위험이 존재한다. 따라서 소형어선의 경우 해상체류 작업 시 위치 고정을 위해 트롤링 모터³⁾ 의 도입이 활발해지고 있지만, 기존 배터리는 해수에 취약할 뿐만 아니라 큰 부피와 무게로 인해 사용에 제약이 많다. ㈜게이트웨이즈는 KIOST로부터 해양환경에 특화된 배터리 모듈을 제공받아 소형선박용 배터리팩을 개발하고 있다. ㈜게이트웨이즈 이재영 연구원은 “해양 환경에 적합한 배터리 시스템을 어떤 식으로 설계하고 배에 부착할 수 있는지에 관한 전반적인 조언이 필요했는데, KIOST의 노하우와 기술적 지원을 통해 해양 운용에 특화된 배터리팩 설계가 진행되었다.”며, “이 밖에도 개발에 필요한 인건비 및 재료비로 활용할 수 있는 개발 자금도 함께 지원받아 신기술 개발에 큰 힘이 되었다.”고 감사를 전했다.

³⁾ 보팅낚시 중에 조류나 바람으로 인하여 보트가 떠내려가는 것을 잡아주는 고정 지지대와 같다. 포인트에 도착하여 어군 확인 후 GPS 셋팅을 하면 고정된 위치에 계속 머무를 수 있다.

㈜게이트웨이즈가 개발하는 해양특화전지 배터리팩은 특별 제작된 배터리 케이스 안에 장착되기 때문에 해수에 직접 닿아도 전혀 문제가 없고, 선박의 후방이나 어창에 설치가 가능하다. 따라서 기존의 공간손실이 없고 선박 후방의 양쪽에 장착이 가능하여 한쪽만 사용할 경우, 다른 케이스를 여유 공간으로도 활용할 수 있다. 또한, 선박의 상단에 설치한 태양광 패널은 정박 중이나 작업 중에도 충전이 가능한 하이브리드 시스템으로 구축되어 기존 소형선박의 업그레이드나 전기추진 선박의 설계에도 폭넓게 활용될 수 있다. 즉, 해양특화전지뿐만 아니라 태양광을 통해서도 배터리가 충전될 수 있도록 보조배터리와 보조충전시스템, 그리고 전체적인 전력관리 현황을 모니터링하는 시스템까지 패키지 형태로 개발되는 종합 비즈니스 모델인 셈이다.

사진 13, 14. 트롤링 모터가 작동하며(좌), 수면 아래로 내려가는 모습(우)

㈜게이트웨이즈가 메인마켓으로 생각하는 것은 소형어선이다. 현재 하이브리드 방식의 충전설비 설계와 테스트가 완료되었으며, 조만간 해양특화전지 장착 및 태양광 패널과의 통합 BMS(Battery Management System) 설치와 실증작업을 남겨두고 있다.

사진 15. ㈜게이트웨이즈 김성희 대표

해상실험과 기타 장비에 대한 점검 및
유지보수, 안전에 만전을 기하는 연구진

「해양특화전지 기반 스마트 해양기기 제작 및 실증사업」에 참여한 기업들은 현재 기술개발에 필요한 기초 설계를 마무리하고, 시제품 제작 및 실해역에서의 검증 실험이 진행중이다. 금번 프로젝트에서 해상실험과 기타 장비에 대한 점검 및 유지보수를 담당하고 있는 KIOST 해양ICT융합연구센터 강현 연구원은 실·검증 실험의 안전에 만전을 기하면서도 KIOST가 개발한 해양특화전지의 상용화에 대한 기대감을 표했다.

사진 16. KIOST 해양ICT융합연구센터 강현 연구원

새로운 수익 모델을 제공하며
지역 경제에 활력을 불어넣길

KIOST 해양ICT융합연구센터 백승재 센터장은 “미래 해양레저산업은 레저로봇을 활용한 종합 테마파크 등 기존과는 다른 형태로 발전될 것”이라며, 그런 의미에서 해양 환경에 적합한 배터리 관리 시스템뿐만 아니라 장시간 해양 환경 노출 시 안정적 운용을 위한 생물 부착 방지(anti-biofouling) 기술, 해양기기·장비에 특화된 소재 대한 기술지원, 그리고 실해역에서의 제3자 실증·검증 실험 시나리오 등 수혜기업들과 다양한 아이디어 교류를 통해 협력의 접점을 찾아가고 있다고 말했다. 해양에 특화된 전력시스템을 기반으로 다양한 해양산업에 새롭게 적용되며 활용처를 높여갈 해양특화전지. 그리고 이에 관한 독자적인 원천기술 확보 및 이를 적용한 실증노력으로 차세대 에너지 신산업을 주도하며 신규일자리 창출 등 지역 주력산업 위기극복에 힘을 보태고 있는 KIOST. 금번 프로젝트가 지역 조선·해양 제조업의 혁신역량을 강화해 산업생태계를 복원하고 수혜기업의 새로운 수익 모델을 제공하며 지역 경제에 큰 활력을 불어넣을 수 있기를 바란다.

* 본 기사는 코로나 방역수칙을 지켜 안전하게 촬영하였습니다.