지난 포스팅에서는 수소차의 핵심인 수소연료전지를 구성하는 부품과 소재에 대해서 알아봤다면 이번 포스팅에서는 연료전지를 운전하는 장치에대해서 알아보겠습니다. 아무리 연료전지가 있더라도 연료전지를 효율적으로 운전할 수 있는 장치가 없다면 연료전지도 무용지물입니다.
1. 수소 운전장치
운전장치(BOP)란?
운전장치(BOP)는 연료전지에서 이전 포스팅에서 살펴본 연료전지스택(Stack)을 제외한 부품을 말합니다. 수소 운전장치는 차량의 운전 상태에 맞게 수소와 공기를 공급하고 열관리를 하는 장치로서 크게 공기공급장치, 수소공급장치, 수소순환장치, 열 및 물 관리장치, 공조장치로 구성되어 있습니다.
운전장치(BOP) 중에 가장 많은 원가를 차지하는 부분이 공조장치(37.2%), 다음으로 열 및 물관리 장치(35.1%)입니다. 관련 기업을 중점으로 보시면 되겠네요.
공기공급장치
공기공급장치는 연료전지 양극(+극)에 공기를 공급함으로써 연료전지에서 발생하는 전기 화학반응에 필요한 산화제를 공급하는 역할을 수행합니다.
외부에서 공기를 흡입하면 제일 먼저 에어클리너를 만나게 됩니다. 에어클리너(화학필터)는 흡입된 공기 중에 포함된 먼지와 유해 가스를 걸러 주는 장치로 연료전지 성능 저하 방지를 위해 고가의 화학 필터를 필수적으로 사용해야 합니다. 에어클리너는 1만 km 마다 교환해야하는 소모품입니다.
에어클리너를 통과한 공기는 흡기차단밸브를 지나게 되는데 차량이 주행하지 않을 때 공기가 스택안으로 퍼지는 것을 방지하는 역할을 합니다.
공기공급장치의 핵심 부품을 뽑으라면 공기압축기, 에어블로워라고 할 수 있습니다. 공기공급장치 중 가격 비중이 가장 높은 부품입니다.
가습기는 연료전지에서 발생되는 수증기를 포집하여 멤브레인을 통해 흡입 공기에 혼합시킴으로써 수소와 산소의 화학 반응에 필수적인 습기를 흡입 공기에 공급하는데 연료전지스택의 수명과 성능에 중요한 영향을 미칩니다.
수소공급장치
수소공급장치의 경우 연료전지의 전기화학반응을 이끌어 내기 위해 수소저장장치에 보관되어 있는 수소를 연료전지까지 공급해주는 부품을 말합니다.
리셉터클은 수소 충전 주입구로 수소 가스 압축으로 인해 탱크 내부의 온도가 상승하는데, 폭발 위험이 있는 85℃ 를 초과하지 않도록 적외선 통신으로 충전 속도를 조절하는 기능을 가지고 있습니다. 다기능 솔레노이드 밸브는 각각 탱크에 입/출력 흐름을 제어하기 위해 탱크에 연결된 체크 밸브입니다.
레귤레이터 장치는 700~200bar 고압 수소를 9.5bar 수준으로 감소시켜 연료전지 안으로 수소를 안정적으로 공급합니다. 수소 공급 튜브는 9.5bar 이상의 압력을 견디는 스테인레스 재질로 되어 있습니다.
수소 저장 시스템 제어 유닛(ECU)는 각각의 센서 신호를 받아 안정적으로 수소를 충전, 저장, 공급할 수 있도록 하는 시스템이라고 할 수 있습니다.
수소순환장치
수소공급장치는 넓은 의미에서 수소순환장치도 포함하며 수소 순환장치의 주요 부품들은 아래 그림과 같습니다.
수소공급밸브는 고압의 수소 압력을 낯추고 스택의 요구 전류에 맞게 수소 압력을 제어하며 수소이젝터는 미반응 수소를 재순환 시키는 역할을 합니다. 퍼지밸브는 연료전지스택 내 수소의 순도를 유지하기 위해 가습기로 저순도의 수소를 배출합니다.
수소재순환블로어는 스택을 통과한 후에 잔여 수소가 재순환되도록 하며, 워터트랩은 공기(산소)극에서 연료(수소)극으로 넘어온 수분을 포집하고 저장, 배출하는 역할을 합니다.
열 및 물 관리장치
열관리 장치는 스택에서 발생하는 열을 방출시킴으로써 스택 내부의 온도와 습도를 조정하는 역할을 하는 부품입니다. 열관리장치는 수소차에서 중요성이 높아지는데 효과적인 열관리를 통해 연료전지의 내구성, 효율 및 출력을 높일 수 있기 때문입니다.
연료전지스택의 시스템 내 발열량은 내연기관의 2배이지만 시스템 작동 온도가 낮아 방열이 어렵기에 최대 출력이 타차종 보다 낮습니다. 또한 스택은 온도에 민감하기 때문에 정밀한 온도 제어가 요구됩니다.
따라서 수소차에서는 냉각수 펌프 용량이 증가하기 때문에 고전압 모터를 사용해야 하고, 라디에이터의 발열 면적 증가 및 고전압 팬 모터를 사용하는 등 냉각 장치의 고도화가 필요하며, COD히터를 사용합니다.
라디에이터와 팬모터는 수소차의 출력 성능과 관계가 깊습니다. 수소연료전지차는 방열량이 크고 냉각수와 외부 공기의 온도차가 작아 냉각 효율이 감소하는데 출력향상을 위해 방열면적을 증대시키고 고출력의 팬모터 사용합니다.
COD 히터는 스택에 측면에 붙어 있는 고전압 냉각수 히터로 추운 겨울철 수소연료전지차를 작동할 때 냉각수를 빠르게 가열해 효율성을 높이는 장치입니다. 미시동시 스택 내부의 잔여 산소와 수소를 소모시켜 내구성을 증대시킵니다.
또한 수소차는 냉각수 온도가 낮기 때문에 열관리의 일종으로 부족한 난방 열원을 보충하기 위해 실내 난방 히터로 PTC 히터를 사용합니다. PTC히터는 원래 디젤차량의 보조히터로 겨울철 차량예열 역할을 담당해왔으나, 전기차와 마찬가지로 수소차에서도 주요 난방역할을 담당합니다. 디젤용으로 공급할 때 개당 판매단가(ASP)는 1만원 수준이었으나 친환경차용 PTC히터는 단가가 20배인 20만원 수준입니다.
아래 내연기관차와 수소연료전지차의 열관리 장치를 비교해보면 수소차에 열관리 부품이 더 많이 필요하고 열관리 장치의 종류 수도 증가하는 것을 알 수 있습니다.
공조장치
공조장치는 자동차 실내 환경의 쾌적성 유지를 위한 장치로 실내 냉방과 난방 역할을 수행합니다. 제가 이해한 바가 맞다면 열관리시스템과 공조장치를 완전히 별개의 개념이라고 보기는 어려운 것 같습니다. 공조장치가 열관리를 포함하고 있는 개념이라고 생각되는데 맞는지 궁금하네요.
어쨌든 수소차에서는 스택 열관리, 공기 열관리, 물 관리, 화학 필터 등이 추가되어 열관리 및 공조장치 가격이 크게 상승할 것으로 전망됩니다.
2. 수소 운전장치 관련주 정리
위 표에서 정리한 기업들 중 수소차에 있어 개인적인 판단으로 중요도가 높은 제품을 생산하거나 기술력이 높은 업체들에 대해서만 아래에 따로 설명합니다.
한온시스템
한온시스템은 열관리 시스템 공조를 담당하는 업체로 글로벌 탑 티어(Top Tier)수준의 기술을 보유하고 있습니다. 위에서 살펴보았듯이기존 내연기관차(ICE) 대비 친환경차에 있어 열관리 시스템의 중요성은 더욱 높아지고 있습니다.
한온시스템은 열관리시스템과 관련하여 에어컴프레서, 쿨링모듈, COD 히터 등 부품을 납품할 뿐만 아니라 2차 협력사로부터 관련 부품을 납품 받아 시스템 모듈 방식으로 제공하고 있습니다.
전기차·수소전기차 등 친환경차량의 시장이 확대될 경우 제품단가 상승에 따른 수혜를 받을 것으로 전망됩니다. 전기차 및 수소전기차와 같은 친환경차 시장 확대로 큰 수혜를 보는 업체 중 하나가 한온시스템이 아닌가 하는 생각이듭니다.
우리산업
우리산업은 고전압 PTC Heater의 글로벌 과점사업자로 주요 경쟁사는 독일의 Catem, 미국의 보그워너(아일랜드 BERU System인수)입니다. 우리산업은 전기차용 PTC히터를 공급하여 전기차 수혜주로 많이 알려졌지만, 전기차와 같이 열관리가 중요한 수소차에서도 수혜를 받게 되는 기업입니다.
PTC히터는 공조시스템의 일부로 우리산업은 자동차 공조시장의 글로벌 1위, 2위인 덴소와 한온시스템의 파트너사이며, 덴소와 한온시스템은 PTC히터를 내재화할 계획이 없습니다.
뉴로스
뉴로스는 원래 항공터보엔진 기술 기반 터보 블로워 제조 기업으로 항공환경제어장치 및 연료전지 발전 시스템용 블로워, 공기베어링 기술을 적용한 수소전기차용 공기 압축기 등을 제조하고 있습니다. 현재 현대차 넥쏘 부품을 납품 중입니다.
뉴로스의 경쟁력은 공기베어링 기술에 있는데 기존의 볼베어링은 고회전 및 장수명을 요구하는 수소전기차에 적용하는데 한계가 있기 때문입니다. 뉴로스의 공기압축기는 비접촉식 포일 베어링을 활용하여 10만 RPM의 고속 회전이 가능하고 윤활유 없이 깨끗한 산소를 공급하여 내구성이 높고 소음과 진동이 적다는 장점이 있습니다.
디케이락
디케이락은 계장용 피팅과 밸브의 제조 및 판매를 주로 영위하는 기업입니다. 피팅과 밸브는 모든 산업에 필요한 부품이며 일반 피팅 및 밸브와는 달리 계장용 피팅 및 밸브는 고도의 축적된 기술력과 경험 및 고품질의 제조공정이 요구되는 특수 분야로 높은 진입장벽을 가지고 있습니다.
디케이락은 현대차 '넥쏘’의 연료 공급 모듈에 8개 부품을 단독으로 공급하고 있습니다. 피팅·밸브 제품들은 연료전지 구성에 있어 주변 기기(BOP)로 분류되지만, 사실 성능과 안전에 직접적인 역할을 미치는 매우 중요한 요소입니다. 따라서 검증된 기술 및 안정성 레퍼런스가 매우 중요할 것으로 판단되며, 수소산업의 성장과 함께 수혜를 입는 피팅/밸브 업체는 소수에 국한될 가능성이 큽니다.
디케이락은 글로벌 1위 기업과의 호환성 테스트를 통과하였으며 세계 최초 수소연료전지차 상용 모델 및 수소충전소 납품 이력을 보유하고 있기에 가장 높은 경쟁력을 보유한 것으로 판단됩니다.
3. 수소차 운전장치 수혜주 종목추천
수소차 운전장치 수혜주 종목추천 중에서는 디케이락, 우리산업 정도가 괜찮아보입니다. 또 밸류는 높은 편이지만 기술경쟁력이 높고 친환경차 모멘텀에서 빠질수없는 한온시스템도 좋아보입니다. 아직 수소차가 시장 개화 단계여서 업체들의 실적에는 거의 반영되어 있지 않는 것 같습니다. 그럼에도 과거에 수치를 기준으로 비교해보는 것은 원래 사업도 잘하고 있는지를 판단하기 위해서입니다.
수소차가 대박이 나서 원래 적자내고 있던 기업이 엄청난 성장을 이룬다면 그 기업에 투자한 투자자는 엄청난 수익을 얻겠지만 그 영역은 엄청난 공부를 한 투자자에게 돌아갈 것이고 제 영역은 아니라고 생각합니다.
저는 쫄보라서 수소차가 터져주면 좋고 아니더라도 원래 사업도 잘하고 있어서 수소차가 잘 안되더라도 손해는 보지 않을 기업을 더 선호합니다. 거기에 현재 주가가 저평가여서 '안전마진'이 확보된 기업이라면 더욱 좋습니다. '안전마진'을 찾는 방법을 다양하니 다방면으로 공부하면서 자신만의 도구를 익히시기 바라겠습니다.
여기가치 수소차 밸류체인 중 운전장치 관련주들에 대해 점검해봤습니다. 다음에는 수소연료탱크에 대해서 다룰 예정입니다. 로그인 필요없는 공감은 포스팅을 지속하는데 힘이됩니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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