수소경제 톱픽으로 효성첨단소재 코오롱인더 상아프론테크 꼽혀, 기술경쟁력과 '수소저장'에 주목

수소경제에 관한 관심이 높아지는 가운데 효성첨단소재, 코오롱인더, 상아프론테크 등이 투자에 유망하다는 분석이 나옵니다. 

 

기술경쟁력과 더불어 '수소저장'에 관련돼 있다는 점에서 매력적이라는 평가를 받고 있습니다. 

 

이베스트투자증권은 25일 보고서를 통해 "수소 관련 톱픽은 효성첨단소재, 코오롱인더, 상아프론테크를 들 수 있다"며 "이미 양산이 시작된 핵심 기술 보유 기업을 중심으로 보면 효성첨단소재와 상아프론테크를, 수소 관련주 편균 50배 대비 낮은 밸류 수준에서 거래되고 있는 기업으로는 효성첨단소재, 코오롱인더를 꼽을 수 있다"고 했습니다. 

 

이베스트투자증권이 제시한 3개 기업은 기술 경쟁력과 투자 리스크 최소화라는 조건에 부합하다는 점에서 톱픽으로 꼽혔습니다. 

 

기술경쟁력

 

수소 생태계의 핵심 제품으로는

 

1. 수소 저장용기

2. 수소 연료전지 

 

등이 있습니다. 

 

 

1. 수소 저장용기 

 

수소는 기체 형태로 저장되기 때문에 부피가 큰 수소를 고압으로 압축해 저장합니다. 고압가스를 저장하는 연료탱크를 타입별로 살펴보면 타입1~4로 나눌 수 있습니다. 

 

타입1은 완전 스틸(강철)로 이뤄진 연료 탱크, 타입2는 탱크통 일부를 유리섬유로 감은 것, 타입3은 탱크통을 완전 탄소섬유로 감은 형태, 타입4는 비강철 라이너, 즉 고밀도 플라스틱 라이너를 완전 탄소섬유로 감아서 완성합니다. 

 

수소연료전지차 연료탱크는 고강도 플라스틱 재질의 탱크를 탄소섬유실로 감아 만든 타입4 방식의 초경량 복합소재 연료탱크로 만들어집니다. 이는 수명과 안전성 때문인데요. 

 

고압의 수소를 충전하기 때문에 탱크가 늘었다 줄었다를 반복하게 되는데 이 과정에서 타입1~2 탱크는 금속 피로도가 누적돼 수명이 비교적 짧은 반면 타입4의 라이너는 플라스틱 소재로 만들어져 복원력이 뛰어나 피로도에 강하다고 합니다. 고온에서 자가 가스 방출 시스템을 적용해 화재, 충격, 충돌에도 견딜 수 있도록 설계돼 있습니다. 

 

수소연료전지차 고객이 가장 우려하는 부분 가운데 하나는 수소연료탱크의 폭발 위험인데 타입4 연료 탱크 제조방식을 보면 에폭시와 열경화성 수지 등을 합친 복합소재가 적용됩니다. 탱크가 고압에서도 잘 견딜 수 있도록 탄소섬유를 다양한 패턴으로 여러 겹으로 감은 형태입니다. 이런 특수 패턴으로 겹겹이 감긴 탄소섬유는 충격을 받아도 폭발하지 않고 살짝 찢어지면서 수소가스를 공기 중으로 날려 보냅니다. 누출과 동시에 공기 중으로 희석되는 것이죠.

 

기체 수소를 저장할 때 핵심 소재는 수소 연료 탱크 생산비의 70% 이상을 차지하는 탄소섬유입니다. 탄소섬유는 기술 진입 장벽이 높아 글로벌 플레이어도 아홉개 기업 정도입니다. 기체용기산업, 특히 수소압력용기에 특화된 기업은 일본의 도레이첨단소재와 우리의 효성첨단소재 두 곳 정도입니다. 

 

2. 수소 연료전지

 

수소 연료전지는 종류별로 중요한 소재와 부품이 다릅니다. 

 

완성차, 수전해수소 등 모든 생태계에 걸쳐 가장 많이 사용되는 PEM(고분자전해질막) 시스템 중심으로 보면 중요산 소재는 불소계 멤브레인막, 촉매, GDL 등이 있습니다. 

 

수소연료전지 원가의 약 43% 비중을 차지하는 고분자전해질막은 연료극과 공기극 사이에 위치하는 전해질막이 접합돼 있는 구조입니다. 고분자전해질막은 수소의 전기화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 역할을 합니다. 

 

따라서 효율적 고분자전해질막 제조는 연료전지의 성능 향상을 위해 매우 중요합니다. 고분자전해질막 안에서 불소계 멤브레인막은 수소이온만을 선택적으로 통과시키는 이온전도막입니다. 특히 나피온이라 불리는 불소계 화합물은 극성이 높은 물과 섞이지 않고 극성이 낮은 탄화수소와도 섞이지 않는 성질을 지닙니다. 이런 기본적 성질을 바탕으로 물과 친한 친수성 높은 원소들을 많이 붙여 놓았습니다. 친수성 높은 원소들만 모여 있는 곳에 미세 구멍이 형성되고 이 곳을 통해서만 수소이온이 통과할 수 있도록 합니다. 

 

이처럼 우수한 전기화학 특성에도 불구하고 복잡한 제조공정으로 막의 가격이 매우 비싸며 불소알킬구조 탓에 낮은 유리전이온도가 단점으로 지적됩니다. 

 

고분자전해질막 가운데 불소게 멤브레인막은 기술 진입장벽이 높으며 글로벌 사업자는 듀퐁, 고어 정도 뿐입니다. 

 

국내에서는 상아프론테크가 올해 6월부터 첫 양산을 시작했습니다. 

 

 투자 리스크 최소화 - '수소 저장'

 

이베스트투자증권은 "수소 생태계는 초기 시장이기 때문에 기존 주력 기술이 변경될 가능성이 높다"고 봅니다. 

 

가령 글로벌 시장 점유율이 가장 높은 연료전지 시스템도 더 높은 효율의 시스템 개발로 빠르게 점유율이 낮아지고 있습니다. 또 생태계별로 불필요한 부품은 제거되고 비용 저감을 위한 소재 변경 등이 진행되고 있어 투자 리스크가 높습니다. 

 

이 때문에 투자 리스크를 최소화하려면 현재 적용 중인 제품들의 기술방향을 체크해 대체 및 제거 가능성을 파악할 필요가 있는 것입니다. 정책이 발표될 때 적용 생태계가 가장 많은 제품을 선택할 필요도 있습니다. 

 

이베스트투자증권은 "투자 리스크 최소화 전략에 가장 적합한 제품은 '수소저장' 관련"이라고 봅니다. 

 

수소저장 방식에는 고압기체 수소저장, 액화수소저장 방식이 대표적입니다. 

 

현재 고압기체 수소저장이 보편적으로 사용됩니다. 

 

먼저, 기체 수소를 고압 저장할 때 적용되는 탄소섬유는 다른 소재로 대체 불가능하며 수소저장 용기는 충전소, 완성차, 튜브 트레일러 등 대부분 생태계에 적용됩니다. 

 

이 때문에 탄소섬유의 비중도 늘 것으로 전망됩니다. 

 

향후 액체 수소저장 형태로 변화가 예상되지만 자동차와 충전소는 기체 수소 용기를 사용해야 합니다. 자동차에 액체수소 형태로 저장하면 열을 받기 때문에 기화하는 것을 막을 수 없다고 합니다. 열을 방출해야 하는데 이 역시 주차장에서는 불가능합니다. 

 

연료전지에 기체 상태 수소를 공급하려면 추가 증발기가 들어가고 무게도 무거워지며 생산비용이 높아집니다. 

 

따라서 자동차에는 기체를 적용해야 하며 이에 따라 충전소에도 기체 압력용기를 둬야 합니다. 

 

 

효성첨단소재 상아프론테크 코오롱인더

종합해보면 기술경쟁력을 지니면서 수소저장과 관련된 곳은 효성첨단소재, 상아프론테크, 코오롱인더 등을 들 수 있는 것이죠. 

 

효성첨단소재는 수소저장 용기의 핵심 소재인 탄소섬유 국내 유일 기업입니다. 글로벌에서는 2위입니다. 

 

상아프론테크는 불소계 멤브레인막 자체 기술을 보유한 고분자 전해질막 제조기업입니다. 

 

코오롱인더는 PEMFC 습도 조절에 필요한 막가습기 양산 중에 있습니다.