AI 대형 모델이 매개변수 규모와 학습 속도를 끊임없이 확장하면서 새로운 과제가 떠오르고 있다. 폭발적으로 증가하는 연산 수요를 앞으로 누가 안정적으로 뒷받침할 것인가 하는 문제다. OpenAI와 Google을 비롯한 글로벌 빅테크 기업부터 데이터센터, AI 슈퍼컴퓨팅 팩토리에 이르기까지 전력은 이제 글로벌 AI 경쟁의 핵심 변수로 부상하고 있다.
국제에너지기구(IEA)에 따르면 2030년 전 세계 데이터센터 전력 수요는 현재 대비 두 배 수준으로 증가할 전망이다. 이는 일본 한 국가가 1년 동안 사용하는 전력량에 맞먹는 신규 전력 수요가 추가되는 규모다. 더욱 큰 문제는 글로벌 IT 기업들이 24시간 365일 안정적인 기저 전력을 확보하는 동시에 탄소중립이라는 명확한 목표까지 달성해야 한다는 점이다.
이처럼 ‘안정적인 전력 공급’과 ‘저탄소 전환’이라는 두 가지 요구가 동시에 커지는 가운데, 고체산화물 연료전지(SOFC)가 새로운 해결책으로 주목받고 있다. SOFC는 낮은 탄소 배출, 높은 발전 효율(발전 효율 55~65%, 열병합발전 종합 효율 85~90%), 장기간 안정 운전이라는 세 가지 강점을 갖춘 기술로, 현재 에너지 산업에서 요구하는 저탄소·고효율·상시 운전이라는 세 가지 조건을 동시에 충족할 수 있는 대표적인 에너지 솔루션으로 평가받고 있다.
지난 6월 8일 엔비디아와 두산그룹이 전략적 협력 확대를 발표한 것도 이러한 산업 흐름을 보여주는 사례다. AI 팩토리의 전력 공급은 전력망에만 의존해서는 안 되며, 수소 에너지도 함께 활용해야 한다. 이에 따라 수소 연료전지는 비상용 대안에서 필수 선택지로 그 역할을 빠르게 전환하고 있다.
하지만 SOFC의 가치는 단순히 AI 전력 공급원을 넘어선다. 수소 에너지 전략에서 ‘수소를 전기로 전환하는’ 핵심 기술로서, 장기적인 에너지 안보와 산업 탈탄소화를 위한 중요한 기술 기반으로 자리 잡고 있다.
현재 SOFC는 다양한 수소 기술 경로 가운데에서도 가장 체계적인 상용화 지원 정책이 추진되고 있는 분야 중 하나다. 경제적 전환점이 이미 도래했고(2025년 SOFC 프로젝트 IRR은 일반적으로 12%~18%에 달함), 탄소 관세 압박에 따른 산업용 그린수소 수요가 더해지면서, 2030년에는 약 1,000억 규모, 2035년에는 2,000억 원을 상회하는 시장 지도가 펼쳐지고 있다.
그러나 아름다운 비전이 실제 상업적 적용으로 이어지기까지, 산업이 직면한 핵심 장애물은 소재 혁신뿐만 아니라 제조 장비의 돌파구에 더 큰 걸림돌이 놓여 있다. 여러 층의 정밀 세라믹 기능층으로 구성된 SOFC 핵심 셀을 어떻게 하면 높은 정밀도와 일관성을 유지하면서 대량 생산할 수 있을 것인가. 이것이 산업 확대를 가로막는 가장 중요한 제조 난제로 떠오르고 있다.
바로 이 지점이 Lead Intelligent 산하 수소 에너지 공정 핵심 장비 전문 기업 Lead Hydrogen Intelligent(LHI)가 오랜 기간 집중해 온 기술 영역이다.
국내에서 비교적 이른 시기부터 SOFC 제조 장비 연구개발과 산업화 가능성을 탐색해 온 기업 중 하나가 Lead Hydrogen Intelligent(LHI)다. LHI는 2019년부터 이 첨단 기술 분야에 본격적으로 진입했다.
Lead Hydrogen Intelligent는 Lead Intelligent가 리튬 배터리 등 고급 장비 분야에서 쌓아온 기술력을 바탕으로, SOFC 단전지(셀) 제조의 핵심 공정에 꾸준히 역량을 집중해왔다. 코팅, 정밀 절단, 정수압 프레스, 레이저 천공 및 용접, 스택 조립, 스택 및 시스템 테스트 등 주요 공정 전반에 걸쳐 체계적인 기술 체계를 갖추었으며, 현재 20여 건의 특허를 확보하고 있다.
Lead Hydrogen Intelligent는 '정밀 코팅 + 다층 적층' 공정을 혁신적으로 개발하여, 전해질층 및 차단층 등 핵심 기능층의 제조에서 업계 한계인 5μm 수준을 돌파하고, 제조 한계를 2μm 초박막 수준까지 낮추었으며, 두께 균일도를 ±3% 이내로 정밀 제어하였다. 이를 통해 기존 공정의 핀홀 결함 및 두께 불일치 문제를 근원적으로 억제하고, 모세혈관보다 정밀한 가스 유동 채널을 구현하여 셀 일관성을 완전히 새로운 차원으로 끌어올렸다.
LHI는 초고속 펨토초 레이저의 스캐닝 회전 드릴링 기술을 기반으로 한 정밀 레이저 가공 기술을 자체 개발했다. 이를 통해 금속 기판에 30μm급 매트릭스 형태의 미세 홀을 안정적으로 가공할 수 있는 기술력을 확보했다.
또한 냉간 가공에 가까운 기술 특성 덕분에, 가공 과정에서 발생하는 열변형, 열손상, 미세 균열을 대폭 줄여준다. 이를 통해 셀 내부에 효율적이고 안정적인 '모세혈관 네트워크'를 형성하며, 전기화학 반응이 막힘없이 진행될 수 있도록 한다.
현재 글로벌 SOFC 산업의 상용화 방향은 크게 △전해질 지지형 △양극 지지형 △금속 지지형 세 가지 기술 경로로 구분된다.
○ 양극 지지형 SOFC는 높은 기술 성숙도를 기반으로 현재 상용화 시장의 주류 기술로 자리 잡고 있다.
○ 금속 지지형 SOFC는 높은 기계적 강도, 빠른 기동·정지 응답성, 원가 절감 잠재력을 바탕으로 차세대 발전 방향으로 주목받고 있다.
Lead Hydrogen Intelligent는 정확한 포지셔닝으로 양극 지지체와 금속 지지체 두 가지 기술 노선을 동시에 집중 육성하고 있다. 이는 세라믹 기판에 필요한 정밀 코팅, 정수압 성형, 엄격한 소결 공정 요건을 만족시키는 것은 물론, 금속 기판에서의 초정밀 레이저 가공까지 가능하게 한다.
현재 LHI는 국내 주요 기업 및 국가급 연구 플랫폼과 긴밀한 협력 관계를 구축하고 있다.
LHI의 SOFC 시스템 테스트 장비는 이미 Weichai Power에 정식 공급돼 금속 지지형 스택의 연구개발 및 검증 체계에 활용되고 있다. 또한 쑤저우 연구소, 화이러우 연구소 등 국가급 연구 기관들도 당사의 연구개발 장비를 도입해 첨단 소재와 구조의 지속적인 개선 및 최적화에 사용하고 있다.
양산 제조 현장부터 최첨단 연구실까지, LHI는 두 가지 기술 경로를 동시에 발전시키며 SOFC 산업화를 향한 가속 페달을 밟고 있다.
"SOFC의 상업적 대규모 응용을 위해서는 실험실 샘플뿐만 아니라, 태양광 패널이나 리튬 배터리처럼 신뢰할 수 있고 대량으로 복제 가능한 SOFC 시스템이 필요하다. 이는 장비 공급 측에서 표준화된 전 공정 솔루션을 제공해야 함을 의미한다."라고 Lead Hydrogen Intelligent의 최고기술책임자(CTO)는 밝혔다. "다음 단계로 당사는 셀 제조 공정 부문에 대한 투자를 집중적으로 확대하여, 단일 장비의 성과를 넘어 전체 라인 턴키(turnkey) 솔루션으로 나아갈 것이다. 리튬 배터리 장비 분야에서 검증된 대규모 양산 경험을 활용하여 SOFC 산업의 임계점 도래를 앞당길 것이다."
