최근 전자상거래 증가로 물류 호황이 이어지며 전 세계 지게차 수요가 빠르게 늘어나고 있는 가운데 친환경 수소 지게차 개발과 상용화에 대한 관심이 고조되고 있다.

수소 지게차는 이산화탄소 등 매연을 배출하지 않고 연료 충전에 드는 시간과 인력 소모도 적어 기존에 쓰이던 디젤·전기 지게차의 단점을 보완할 수 있다는 평가를 받는다.

업계에 따르면 미국 수소 지게차 시장 규모는 지난 2019년 약 2억9,000만달러(4,030억원)에서 연평균 10.6% 성장해 오는 2026년 약 4억5,400만달러(6,280억원)에 달할 것으로 나타났다. 미국은 수소 산업이 활성화된 국가 중 한 곳으로 현재 미국 내에서 사용되는 수소 지게차 대수만 하더라도 이미 누적 5만2,000대를 넘어선 것으로 집계된다.

친환경성·효율성 모두 갖춘 ‘수소 지게차’

지게차는 동력원에 따라 디젤식, 전동식 등으로 나뉜다.

디젤엔진에 의해 구동되는 ‘디젤 지게차’는 우리나라에서 가장 널리 사용되고 있는 지게차다. 실내외 구분 없이 안정적인 운행이 가능하고 출력이 좋아 무거운 화물을 나르기에 적합하지만 유가 변동에 따라 운용비용 부담이 커질 수 있고 이산화탄소(CO2)를 포함한 매연을 배출해 작업환경이나 대기에 부정적인 영향을 미친다. 또한 소음이 다른 지게차에 비해 상대적으로 커 운행의 어려움을 주기도 한다.

이어 배터리를 충전해 사용하는 ‘전동 지게차’는 디젤 지게차의 단점을 보완한다. 전기에너지를 동력으로 사용하기 때문에 매연과 같은 환경에 유해한 불순물을 배출하지 않고 소음도 크지 않다. 다만 배터리 관리가 까다롭고 주변 기온에 따라 최대 50%의 성능 저하 가능성이 있으며 디젤 지게차에 비해 힘이 약해 사용처가 제한된다는 한계가 있다.

하지만 수소연료전지를 장착한 ‘수소 지게차’는 디젤과 전기 지게차의 단점을 모두 보완 할 수 있다.

우선 수소 지게차에 사용되는 수소연료전지는 전기배터리 대비 생산성을 15% 이상 높일 수 있다. 전기배터리의 충전 시간이 4~6시간이 소요되는 데 반해 수소연료전지는 3~5분 정도의 급속 충전이 가능해 연료 충전을 위해 소요되는 시간과 필요 인력을 줄일 수 있어 인건비 절약 또한 가능하다. 더불어 전기배터리에 비해 필요한 충전기 거치 대수가 현저히 줄어들고 예비 배터리 및 증류수 보관 공간 확보가 불필요해 물류센터의 공간 활용도 극대화할 수 있을 뿐 아니라 배터리 잔여 용량 감소에 따른 출력 저하가 없는 것도 장점 중 하나고 꼽힌다.

이와 함께 전기배터리에서 그린수소를 활용하는 수소연료전지로 교체 시 온실가스 감축 효과는 최대 80%에 달한다. 그린수소는 생산 과정에서도 온실가스 배출이 없고 발전 과정에서도 연소가 아닌 전기 화학적 전환을 통해 구동되므로 물 이외에는 배출물이 없다는 특징을 지닌다.

이외에도 수소연료전지는 납산(Lead-acid)을 사용하는 배터리보다 관리가 쉽고 안전하다. 납산 배터리 활용 시 유독 물질 유출을 방지하기 위해 운영 인력의 교육·훈련 및 물류센터 내 환기에 더욱 힘써야 하지만 수소연료전지는 유독 물질에 의한 위험 상황에서 자유롭기 때문이다.

이처럼 수소 지게차는 친환경성과 효율성을 모두 다 갖춘 지게차로 업계에선 ‘미래형 지게차’로 불린다.

빠른 속도로 확장 중인 수소 지게차 시장

현재 미국을 비롯한 독일, 호주, 일본 등 해외에서도 수소경제 활성화를 위해 노력하고 있는 가운데 미국에서는 이미 수소 지게차가 상용화돼 누적 5만2,000대 이상의 수소 지게차가 코카콜라, 아마존, 월마트, 홈디포와 같은 대형 유통업체의 물류창고에서 사용 중에 있다.

이 중 미국 1위 유통업체 아마존은 2022년 현재 약 70개 물류센터에서 1만5,000만대의 수소 지게차를 사용하고 있고 오는 2025년에는 수소 지게차를 2만대까지 확대해 100개의 물류센터에서 활용할 계획인 것으로 알려졌다. 또한 월마트는 2022년 1월 기준 미국과 캐나다에 위치한 물류센터 41개소에서 발전, 모빌리티 등에 활용하는 수소연료전지 1만여개를 이용 중이며 연중 활용처를 더욱 확대할 예정이다.

이와 함께 일본도 수소 지게차를 개발해 도요타를 중심으로 공장, 공항, 도매시장 등에서 500대 이상이 시범 운영 중이며 오는 2030년까지 1만대 이상을 보급할 계획이다. 또한 유럽에서도 프랑스, 독일, 오스트리아 등의 물류센터에서 300대 이상의 수소 지게차가 실증 운전 중인 것으로 알려졌다.

우리나라의 경우 이미 정부 지원으로 2.5톤급 2종(PEMFC, DMFC)의 수소 지게차가 개발됐다. 산업통상자원부가 국내 수소 지게차 상용화에 필요한 제반 사항을 검토하기 위해 약 140억원에 달하는 연구개발비를 지원하고 있으며 현재 5톤급 이하 수소 지게차의 신뢰성 확보 및 보급 기반 마련을 위한 시범 사업을 추진하고 있다. 이에 따른 국내 기업들의 수소 지게차 개발·상용화 움직임도 활발한 상황이다.

우선 앞서 언급한 바와 같이 정부 지원으로 연료전기 전문기업 가온셀이 국내 최초로 5㎾급 수소 지게차를 개발하고 2020년 11월 KS인증을 획득한 바 있다.

또 현대건설기계와 현대자동차, 현대모비스는 지난 2020년 9월 최대 5톤을 화물을 들어 올릴 수 있는 중대형 지게차 개발에 성공했다. 이 수소 지게차에는 현대차그룹이 세계 최초로 양산한 수소연료전지시스템이 적용됐으며 이 과정에서 현대모비스는 수소 지게차에 최적화된 ‘연료전지 파워팩’을 독자 개발했다. 수소 지게차에서 파워팩은 전기를 자체 생성하는 발전기로 연료전지스택과 고전압배터리, 수소탱크, 냉각장치 등을 일체화한 시스템이다. 자동차용 수소연료전지시스템을 지게차에 그대로 적용할 수 없어 맞춤형 시스템을 개발한 것이다.

뿐만 아니라 현대건설기계는 지난해 8월 수소연료전지 전문기업 에스퓨얼셀과 손잡고 중형 수소 지게차에 이어 1~3톤급 소형 수소 지게차 개발에 나선 상태이다. ‘수소 연료전지 지게차 보급 확대를 위한 공동 업무협약(MOU)’을 체결한 양사는 협약에 따라 현대건설기계는 수소지게차 생산과 파워팩 제어 및 통신시스템을 담당한다. 에스퓨얼셀은 수소 연료전지 파워팩의 개발과 생산을 담당한다. 양사가 공동개발 하는 지게차용 수소 연료전지 파워팩은 보다 안정화된 출력 성능을 기반으로 1회 충전 시 최대 8시간까지 작업할 수 있다. 양사는 국내에 수소충전소 등 관련 인프라가 구축될 것으로 예상되는 오는 2023년까지 소형 수소 지게차의 상용화를 완성할 방침이다.

이밖에 지난 4월에는 두산밥캣이 SK플러스하이버스(SK E&S와 미국 수소업체 플러그의 합작법인)와 공동으로 5톤 이하급 중형 수소 지게차 개발에 나서 최근 개최된 세계 최대 수소 산업 전시회 ‘H2 MEET 2022’에서 시제품을 공개했다. 이번 개발에 SK E&S·플러그 합작사는 수소 지게차용 연료전지 개발·공급과 수소충전소 설치 및 수소 공급 등을 담당하고 두산밥캣은 수소 지게차 차량과 시장 정보 등을 제공할 예정이다. 양사는 산업통상자원부가 지원하는 ‘수소 지게차 상용화를 위한 실증 기반 신뢰성 검증 기술 개발’ 시범사업에 참여해 수소 연료전지 지게차 개발과 공동 마케팅, 판매까지 함께 추진하게 된다.

수소충전 인프라 구축 시급

인증·법규 미비 해결 과제

이처럼 수소 지게차 개발 움직임이 활발해지고 있는 가운데 부품기술 부족을 비롯해 수소충전 인프라와 인증 및 법규 미비 등의 문제가 현안으로 떠오르고 있다.

수소모빌리티는 보급 확대에 있어서는 필수적으로 충전인프라가 갖춰져야만 한다. 이 중 건설기계는 자동차와 비교해 부하 및 제어특성, 동력전달 메커니즘 및 엔진 운전 특성 등에 차이가 있고 종류도 다양하다. 특히 건설기계는 비포장도로나 건설현장 등 일반 자동차보다 열악한 환경에서 운영되기 때문에 이동식 충전 인프라가 가장 현실적인 방안으로 제시된다.

하지만 그동안 정부의 수소 관련 정책에는 수소 지게차를 포함한 수소건설기계를 위한 충전소 확보방안은 뒷전으로 밀려있는 상황이었다. 아울러 국내 수소충전 설비업체들 역시 수소건설기계 시장에 대한 확신이 서지 않아 수소건설기계용 충전설비 개발·보급에 미온적인 태도를 보여 왔다.

현재 고정식 수소충전소나 이동식 수소충전소는 고압가스법 시행규칙 상 자동차만 충전이 가능해 지게차나 무인운반차 등의 물류운반 기계에도 수소연료전지를 적용하려면 이를 위한 수소충전 인프라 개발이 시급하다.

이에 건설기계의 특성과 작업환경에 맞는 수소건설기계 전용 이동식 수소충전기 개발이 필요하다는 지적이다. 물론 최근 수소자동차와 동등한 수준의 충전 안전성 확보와 안전관리계획상 안전위원회 운영 등의 조건을 통한 규제특례 실증사업이 진행돼 조만간 법규 허용으로 수소건설기계가 현재의 이동식 수소충전소를 이용할 수 있게 될 전망이지만 수소자동차 프로토콜에 맞춰져 있고 자동차와 건설기계의 특성이 서로 다르기 때문에 수소건설기계의 수소연료 충전에 한계가 있다는 지적이다.

이와 함께 수소지게차 관련 인증 문제도 해결해야할 과제 중 하나이다. 실제로 현대모비스·현대자동차·현대건설기계가 지난해 공동 개발한 중형 수소 지게차가 규제에 막혀 1년 가까이 실증도 하지 못하고 있다. 지난해 말 울산 수소그린모빌리티 규제자유특구에서 현대글로비스를 통해 실증할 계획이었으나 양산 체제 수준의 강화된 인증검사가 조건에 포함됐기 때문이다.

자동차는 수소차를 포함해 제조사가 실증하는 자가 인증 제도를 따른다. 자동차를 제외한 수소연료전지 모빌리티나 건설기계는 수소법에 따라 한국가스안전공사가 담당하는 용품검사를 필히 받아야 한다. 울산 규제자유특구는 지난해 실증 단계부터 현대차그룹에 운용 안전성 확보를 위해 KS 인증을 요구했다. 올해 초에는 수소법이 개정되면서 KC 인증이 필요해졌고 현대차그룹이 관련 인증 절차를 밟고 있다.

문제는 KS, KC 인증 모두 양산 수준 체계를 갖춰야 받을 수 있다는 점이다. 소요 시간도 길어서 신사업을 위한 ‘실증→제품 고도화→사업화’ 과정이 지연될 수 있다. 실제 현대차그룹은 2023년 수소 지게차를 상용화할 계획이었으나 현재 속도로 상품성 개선 과정을 밟으려면 일정을 맞추기가 어려운 상황이다. 빨라야 올 10월에야 특구 실증이 가능할 것으로 예상된다.

이러한 상황과 관련해 업계는 사업화 단계에서는 안전을 고려해 높은 수준 인증이 필요하지만 실증 단계부터 적용하기엔 과도한 규제라고 지적한다. 새정부가 들어서면서 윤석열 대통령이 직접 나서 규제를 철폐하겠다고 밝혔지만 기업 현장은 아직도 규제로 발목이 묶여 있는 것이다.

하지만 울산 수소그린모빌리티 규제자유특구는 수소법에 근거해서 수소전기 지게차 운용으로 인한 안전사고 예방을 위해 부대조건을 부여했다는 입장이다. 산업안전보건법(84조)에 따른 수소전기 지게차에 대한 안전 인증 기준이 없어 KC인증으로 대체했다는 것이다. 그러나 신사업 관련 덩어리 규제를 패키지로 완화한다는 규제특구 제도 취지를 고려하면 부대조건이 과했다는 비난을 피하기 어렵다. 그나마 현대차그룹은 수소전기 자동차를 양산한 업체이기 때문에 인증 절차를 밟는 게 가능하지만 중소기업이라면 사실상 통과가 어렵다.

수소연료전지뿐만 아니라 수소추출설비, 수전해설비 등도 수소법에 따른 수소용품으로 분류돼 한국가스안전공사로부터 용품검사를 받아서 인증을 획득해야 한다. 수소용품을 직접 시험하거나 R&D 하는 경우에는 용품검사를 생략할 수 있으나 다른 업체와 협업해서 실증할 경우 제외된다.

이와 관련 가스안전공사 관계자는 “규제특구의 요청이 있어야 실증 단계에서 부분적 검사를 진행할 수 있다”고 말했다. 또한 민관협의체 수소융합얼라이언스 관계자는 “수소법이 가스안전공사로부터 강제인증을 받도록 규정하면서 사업 불확실성이 커지고 있다”며 “수소 기술개발과 사업화가 늦어지는 문제를 막기 위해 규제 완화가 필요하다”고 주장했다.

이에 규제특구 지정 부처인 중소벤처기업부 관계자는 “수소전기 지게차가 첫 수소연료전지를 활용한 물류 운반 기계라는 점에서 인증이 요구된 것”이라며 “안전기준을 담당하는 산업안전보건법 소관부처 고용노동부와 지속 협의할 것”이라고 밝혔다.