수소연료전지의 성능, 내구성 향상을 위해 필요한 핵심기술인 수소공급(FPS)/재순환(Recirculate) 기술을 개발하고 관련 부품, 모듈을 제조하는 운전장치(BOP, Balance of Plant) 전문기업 홍스웍스㈜
수소연료전지의 성능, 내구성 향상을 위해 필요한 핵심기술인 수소공급(FPS)/재순환(Recirculate) 기술을 개발하고 관련 부품, 모듈을 제조하는 운전장치(BOP, Balance of Plant) 전문기업 홍스웍스㈜
  • 유지연 기자
  • 승인 2024.06.03 09:50
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정지홍·홍석근 홍스웍스㈜ 대표
(우)정지홍·(좌)홍석근 홍스웍스㈜ 대표 ⓒ유지연 기자
(우)정지홍·(좌)홍석근 홍스웍스㈜ 대표 ⓒ유지연 기자

[월간인물 유지연 기자] 홍스웍스는 금속 3D프린팅 특화설계 기술을 바탕으로 항공·우주, 수소산업에 도전장을 내밀었다. 이들이 선보인 수소재순환 이젝터는 수소연료전지의 효율과 성능을 극대화할 수 있는 아이템으로 주목받는다. 수소연료전지시스템 요구사항을 충족하는 솔루션을 제공하여 글로벌 수소연료전지 시장에서 수소공급장치(FPS), 스택 모듈 파운드리로서 성공적인 포지셔닝이 기대된다.

 

 

우수 고도기술 창업기업 1000개를 글로벌 유니콘으로, 초격차 스타트업 1000+ 프로젝트에 이름 올린 홍스웍스

DfAM(3D프린팅 특화설계) 기술기반 스타트업 홍스웍스가 중소벤처기업부가 주관한 2024초격차 스타트업 1000+ 프로젝트(DIPS 1000+)’에 선정됐다. DIPS 1000+2023년부터 2027년까지 5년간 민관 합동으로 시스템반도체, 친환경·에너지, 우주항공·해양 등 10대 신산업 분야에서 국가 경제의 미래를 이끌어갈 우수 고도기술 창업기업 1,000개 이상을 선정하고, 집중적으로 지원해 글로벌 유니콘 기업으로 육성하는 사업이다.

홍스웍스는 수소연료전지 핵심부품을 금속 3D프린팅으로 제작하는 기술의 우수성을 인정받으며 13.1:1의 높은 경쟁률을 뚫고 DIPS 1000+ 친환경·에너지 분야 초격차 스타트업에 이름을 올렸다. 이로써 향후 3년간 최대 6억 원의 사업화 자금과 최대 5억 원의 R&D 자금 등 총 11억 원의 자금지원과 정책자금·보증·수출 등의 연계지원을 받을 예정이다. 홍석근 대표는 초격차 스타트업 선정을 발판삼아 현재 판매 중인 수소재순환 이젝터부터 모듈, 수소공급장치를 아우르는 수소연료전지 시스템 최적화를 완료하고, 제품을 직접 공급하는 수소공급장치 전문기업으로 도약하겠다는 포부를 전했다.

홍스웍스는 수소연료전지를 구성하는 운전장치(BOP) 중 수소공급장치의 핵심부품인 수소재순환 이젝터를 금속 3D프린팅으로 직접 설계·제작한다. 냉동시스템 및 공기 조화 시스템에 활용되는 이젝터는 압력을 갖는 물과 증기, 공기 등을 분출구에서 고속도로 분출함으로써 주위의 유체를 다른 곳으로 보내는 펌프와 같은 역할을 수행하는 부품이다. 수소연료전지에 연료인 수소를 공급해주는 수소공급시스템에는 전기로 만들어지지 못한 일부 수소가 스택에 쌓인다. 이때 수소재순환 이젝터를 사용하면 수소를 재순환시킴으로써 연료전지의 효율과 성능을 높일 수 있다. 하지만 복잡한 내부 형상으로 인해 기존 제조공법은 생산이 불가능한 상황이었다. 압력을 형성하는 유로의 형상에 따라 이젝터의 성능이 결정되기에 최적의 내부 유로 형상을 수현하는 기술이 요원했다.

2020년부터 자체적으로 GE AddivitePBF 방식 금속 3D프린트를 구축해온 홍스웍스는 2021년 수소재순환 이젝터를 개발했다. 그리고 유동해석을 통한 고객 맞춤형 수소재순환 이젝터 최적화 설계 및 금속 3D프린팅을 활용한 경량화 부품 제조 기술 확보에 성공한 것이다. 이는 DIPS 1000+ 선정이라는 쾌거로 이어졌다. 정지홍 대표는 금속 3D프린팅으로 제작한 수소재순환 이젝터에 대한 SEM 분석 및 부식평가를 시행한 결과 기존 강재 소재와 적층된 부분의 조성 차이가 없을 뿐 아니라 밀도, 인장, 경도 시험을 통해 기존 강재 소재의 물성치와 동등 이상의 물성을 가지고 있음을 확인했다고 설명했다. 설계 및 제작 변환에 용이하다는 점 또한 장점이다. 수소재순환 이젝터의 특성상 다양한 수소연료전지의 사양에 맞춘 제작 및 보완이 요구되는 까닭이다.

 

정지홍 홍스웍스㈜ 대표 ⓒ유지연 기자
정지홍 홍스웍스㈜ 대표 ⓒ유지연 기자

다양한 수소연료전지 용량·사용 용도에 따른 맞춤형 제품 공급하며 파트너십 구축

수소연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학반응을 이용해 전기를 생성하는 연료전지 스택과 시스템의 구동을 위한 운전장치인 수소공급, 공기공급, 열관리 장치로 구성된다. 홍스웍스는 수소재순환 이젝터를 개발한 데 이어 지속적인 R&D로 고효율 수소공급시스템 모듈 설계 및 제조기술을 확보하고 있다. 수소의 이용률을 향상하는 핵심 기술과 시스템 소형화·단순화, 중량 절감 및 수소연료전지 용량·사용 용도에 따른 맞춤형 제품을 공급하며 시장의 신뢰를 얻고 있다. 홍스웍스는 지난해부터 국내 대기업 두 곳과 모빌리티용 수소공급시스템 전체를 개발하는 PoC를 진행하고 있으며, 연내 초기 양산에 돌입하기 위한 논의를 이어가고 있다.

금속 3D프린팅의 장점은 복잡한 내부까지 설계 도면에 따라 형상화할 수 있다는 데 있습니다. 이젝터 등 부품을 금속 3D프린팅 기술로 구현하며 효율을 높이고 있죠. 지속가능한 미래를 위한 수소 사회 실현을 조금이나마 앞당기는 것을 목표로 수소연료전지 시스템에 들어가는 부품 개발에 전력을 다할 것입니다.”

지난 5월에는 레전드 50+프로젝트에 선정, ‘수소연료전지 부품 사업화를 위한 시설·설비, 시스템 및 스마트공장 구축과제를 수행 중이다. 해당 프로젝트를 통해 제품의 초기 양산을 위한 생산 기술 및 설비를 구축하는 동시에 수소연료전지 스택 모듈 제작과 관련한 기술을 개발한다는 계획이다. 이어 스마트공장 구축을 통해 수소공급시스템뿐 아니라 수소공급장치 패키징, 스택 모듈 OEM ODM 등 수소연료전지의 하드웨어(모듈) 생산과 소프트웨어 기술 개발을 아우르는 수소연료전지 스택 모듈 제작 전문기업으로 성장한다는 청사진이다.

현재는 소품종 다량생산 방식으로도 충분하지만, 제조업체로 성장하기 위해서는 스마트팩토리에 기반한 공장자동화가 반드시 필요합니다. 생산관리, 품질관리, 시험관리 등 하나의 통합된 시스템을 구축해 시장의 수요에 대응하고자 합니다.”

 

홍석근 홍스웍스㈜ 대표 ⓒ유지연 기자
홍석근 홍스웍스㈜ 대표 ⓒ유지연 기자

정교한 작업과 탁월한 내구성 자랑하는 금속 3D프린팅, 수소 넘어 항공우주, 국방 등 다양한 분야에의 적용 기대

현대위아에서 CNC 공작기계 설계 엔지니어로 근무하던 정지홍 대표는 해외 선진업체들이 들고나온 금속 3D프린터를 보고 새로운 도전에 뛰어들었다. 국내에서는 금속 3D프린팅을 다루는 기업을 찾기 어려울 때였지만 새로운 시장에 대한 확신이 그를 이끌었다. 퇴사 후 항공우주산학융합원(구 인천산학융합원)에서 항공우주 전문인력 양성 금속 3D프린팅 과정교육을 받던 그는 함께 교육을 받던 금융기관 출신의 홍석근 대표와 의기투합해 같은 해 3월 인천청년창업사관학교(중소벤처기업부)에 입교하며 홍스웍스를 공동 설립했다. 정 대표는 CNC 머시닝센터 설계 관련 일을 계속해온 만큼 그간의 경험과 노하우에 금속 3D프린팅 기술을 접목한다면 충분한 승산이 있을 것이라 판단했다고 말했다. 홍 대표는 자신만의 일을 해보고 싶다는 생각을 하던 차에 금속 3D프린팅에서 기회를 엿보고 창업에 도전했다고 설명했다.

금속 3D프린팅은 한 면이 1cm에 불과한 작은 직육면체에도 여러 형상을 넣을 수 있을 만큼 정교한 작업이 가능하면서도 우수한 내구성을 자랑하는 기술입니다. 미래 산업이라 불리는 항공우주, 수소 등 다양한 산업 발전에 일조하고자 창업에 뛰어들었죠.”

정 대표의 판단은 적중했다. 창업 1년 만에 다수의 기술과 수소연료전지 관련 특허를 확보하며 탄탄한 성장 동력을 확보한 것이다. AS 9100(항공품질경영시스템) 인증을 획득하며 항공·우주에 들어가는 부품을 제조·판매할 수 있는 기반도 다졌다. 이를 토대로 금속 3D프린팅이 가장 많이 사용되는 항공우주산업 분야와 공군군수사령부의 부품 국산화에 도전하는 모습이다.

홍스웍스가 이러한 기술력을 확보하기까지 주변의 도움도 컸다. 대표적인 것이 교육을 받으며 연을 맺은 한국과학기술정보연구원(이하 KISTI)이었다. 제품 설계 후 원하는 제품 성능이 구현되는지 확인하는데 활용되는 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 수행하는데 KISTI의 슈퍼컴퓨팅 M&S의 도움을 받았다. 정 대표는 유동해석모델링 개발 시간은 물론 제품개발비용을 대폭 줄일 수 있었다고 말했다. 홍스웍스의 수소재순환 이젝터 또한 정보통신산업진흥원(NIPA, 과기부 산하)3D프린팅 기술활용 활성화 지원 사업에 제출해 선정된 수소연료전지의 수소재순환 시스템 개발 및 제작과제의 연장선상에서 탄생했다. 정 대표는 수소연료전지 시스템 기업 대표는 물론 책임연구원들 역시 개발에 많은 도움을 줬다고 말했다. 수소재순환 이젝터 개발을 목표로 항공우주 전문인력 양성 금속 3D프린팅 과정을 담당한 교수는 물론 전국 각지의 전문가들을 찾아 나선 두 사람이다. 정 대표는 여러 전문가들이 기꺼이 기업의 니즈를 공유해준 덕에 개발방향을 설정한 것은 물론 맞춤형 제품이 탄생할 수 있었다며 감사를 전했다. 기업이 확장하는 가운데 함께 교육을 받았던 동기들이 기꺼이 합류해줄 때 느끼는 고마움과 기쁨 또한 컸다.

 

수소연료전지 시스템 둘러싼 기술 모듈화로 경량화·소형화 트렌드에 대응한다

정지홍 대표는 눈앞의 이익을 좇기보다 탄탄한 준비를 거친 후 미래의 더 큰 보상을 받는 데 관심을 둬왔다고 말했다. 2020년 홍스웍스를 창업하던 당시 금속 3D프린팅은 갓 태동해 성장기를 향해 나아가는 산업이었다. 정 대표는 지금 배워서 시장에 진입하면 산업의 성장궤도를 함께 타고 오를 수 있을 것이라 판단했다고 말했다. 이후 금속 3D프린팅 기술을 활용해 차별화가 되면서도 부가가치를 갖는 아이템을 물색하는 데 집중했다.

수소재순환 이젝터는 이러한 탐색 과정에서 발견한 시장이었다. 특히 복잡한 생산 과정을 거쳐야 하는 이젝터를 금속 3D프린팅 기술로 만들면 단 하나의 공정으로 구현 가능한 점, 설계한 데로 제품을 생산해낼 수 있다는 점은 아이템의 미래 가능성을 확신하게 하는 힘이었다. 이젝터를 적용할 산업 분야를 찾던 중 수소연료전지에도 이젝터가 적용됨을 확인한 정 대표는 앞으로의 성장이 기대되는 수소산업에 금속 3D프린팅 기술을 접목한다면 차별화와 부가가치 모두를 아우를 수 있으리라 확신했다. 그런 그에게 초격차 스타트업 1000+ 프로젝트, 레전드 50+프로젝트 선정과 대기업의 협업 요청은 사업의 방향성이 옳았음을 재확인하는 계기가 되었다.

그간 다양한 수소연료전지 사양에 맞추기 위한 최적의 형상을 설계하고, 고객사가 요구하는 재순환 성능을 내는데 집중해온 홍스웍스는 이제 제어를 위한 컨트롤보드 기술 개발에 돌입한다. 레전드 50+프로젝트를 통해 수행할 수소연료전지 부품 사업화를 위한 시설·설비, 시스템 및 스마트공장 구축과제가 그 시작점이다. 정 대표는 수소연료전지 시스템 업체에서 일정한 값을 입력하면 이에 맞춰 알아서 컨트롤되는 수소공급 장치를 개발할 것이라 전했다. 특히 시장의 수요에서 출발한 제품 개발이라는 점은 홍스웍스에게도 기념비적인 성과다. 초격차 스타트업 1000+ 프로젝트 또한 협업 중인 대기업의 추천으로 참여하게 되었다. 정 대표는 지속적인 R&D와 스케일업을 거쳐 시장의 수요에 대응할 수 있는 수준까지 기업을 키워갈 것이라 전했다. 컨트롤 보드와 스택 조립 기술, 조립 후 성능을 측정하는 기술을 단계적으로 개발한 후 각각을 모듈화시켜 시장의 경량화·소형화 이슈에 대응한다는 계획이다.

수소연료전지 분야는 자동차 산업과도 비슷한 구조라 할 수 있습니다. 자동차의 핵심 기술을 제외하고는 협력사에서 부품을 공급하듯 수소 연료전지시스템 또한 엔진이라 할 수 있는 연료전지 스택을 제외한 운전장치류는 협력사에서 공급하는 시스템으로 꾸려져 가고 있죠. 장기적으로 단단한 파트너십을 구축해 글로벌 수소연료전지 분야에 대한민국의 이름을 떨치는 데 힘을 보태겠습니다."


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