수소와 산소, 질소 저장 탱크를 통해 잠수함이 수면 위로 떠올라 공기를 흡입하지 않고도 수중에서 장기간 전력을 생산해내는 ‘질소순환형 연료전지 시스템 모식도’. [울산시 제공]

[헤럴드경제(울산)=박동순 기자] 울산시가 수소 생산에서부터 저장-이송-활용에 이르는 국내 최고 수준의 수소산업 생태계를 기반으로 잠수함용 수소연료전지 기술 국산화에 나서 잠수함과 무인잠수정 등 해양무인체계(UUV: Unmanned Underwater Vehicle)의 잠항 지속 등 성능 향상이 크게 기대되고 있다.

울산시는 기후에너지환경부 주관 ‘2026년 에너지기술개발사업’ 신규 연구개발 과제 공모에서 ‘상용 연료전지 스택을 활용한 질소순환형 혼합가스 기반 20㎾급 잠수함용 연료전지 시스템 개발사업’ 분야에 최종 선정됐다고 24일 밝혔다.

이에 따라 울산시는 HD한국조선해양, 울산테크노파크 등 6개 참여 기관과 최근 국가연구개발사업 협약을 체결하고 연구개발에 들어갔다.

이번 사업을 주관하는 케이-퓨얼셀(K-FUEL CELL) 컨소시엄은 현재 잠수함에 적용되는 ‘순산소형 공기불요추진체계’(AIP·Air Independent Propulsion) 기술을 한 단계 발전시켜 질소·산소 혼합가스 환경에서도 안정적으로 운용할 수 있는 가스 공급·순환·제어 통합기술을 개발한다. 이 기술은 저소음과 장시간 잠항 능력이 핵심이다.

이를 통해 기존 순산소형 공기불요추진체계(AIP)의 선택 폭을 넓히고 운용 목적에 맞는 효율성과 안전성을 높인 차세대 고신뢰성 잠수함 추진 기술을 구현한다는 구상이다.

이번 사업은 올해부터 오는 2029년까지 45개월 동안 국비 등 113억3000만원이 투입되며, 주관기관인 케이-퓨얼셀(K-FUEL CELL)을 비롯해 울산시, 울산테크노파크, 숭실대학교 산학협력단, 홍스웍스가 공동 연구개발기관으로 참여한다. HD한국조선해양은 최종 개발 결과물을 활용할 수요기업으로 참여해 상용화와 실증의 완성도를 높인다.

사업의 핵심은 잠수함용 20kW급 질소순환형 연료전지 체계 개발이다. 수소 연료 기반에 산화제 역할을 하는 산소 20%, 희석가스인 질소 80%를 혼합한 질소순환형 혼합가스(실제 공기와 유사한 환경) 기반의 운전·제어·열 및 물 관리 통합기술을 확보하고, 잠수함의 경사와 진동 조건에서도 안정적으로 작동하는 연료전지 시스템을 구현하는 것이 목표다.

기술 개발이 완료되면 기존 순산소형 공기불요추진체계(AIP)의 고위험·고비용 구조를 개선하고 외산 부품 대체에 따른 유지·보수(MRO) 비용 절감 효과도 기대된다.

또 개발된 기술은 유인 잠수함을 넘어 무인 잠수정 등 차세대 해양무인체계(UUV) 등으로 확대 적용이 가능해 친환경 해양 추진체계 시장 점유율 확보도 기대된다.

울산시 관계자는 “이미 구축된 수소연료전지 실증화센터와 수소모빌리티 기술, HD한국조선해양의 잠수함 건조 기술을 결합해 세계 최고 수준의 해양 특화 연료전지 생태계를 조성해 울산을 세계적인 해양에너지 기술 거점으로 육성할 계획”이라고 설명했다.