잠자던 연료전지의 실용화

특정 용도에서 급격한 시장 변화, 해외 기업이 리드

세계의 ‘전기자동차(EV) 시프트’ 흐름에 밀려 풍전등화와 같다는 견해도 있었던 연료전지차(FCV). 실제로는 특정 용도로 시장이 급격하게 형성되고 있고, 당황한 일본 업체가 추격하는 사태가 되었다. 앞으로 어떠한 용도에서 실용화가 진행될 가능성이 높을까? 일반적으로는 경쟁 기술이라고 볼 수 있는 리튬이온 이차전지(LIB) 와의 비교를 통해 공존공영의 길을 소개한다.

최근 1~2년새 LIB 및 LIB를 탑재한 전기자동차(EV)가 사회적인 각광을 받는 가운데, 이차전지를 개발하는 기술자나 연구자 사이에서 연료전지(FC)나 연료전지차(FCV)는 이미 설 자리를 잃었다는 견해가 확산되었다.

그러나 그 견해를 뒤집듯이 FC의 이용이 급격하게 확산되기 시작하였다. 그것은 기존의 이차전지로는 실현이 어려운 요구 조건이 있는 용도다. 그 중에는 이차전지를 사용했던 차량의 전원을 FC로 대체하는 움직임도 나오고 있다.

-- 창업한 지 20년 이상의 기업이 돌연 약진 --
용도 중 하나가 창고 등에서 주야를 불문하고 작업하는 지게차다. 이러한 지게차는 배기가스를 방출하지 않기 위해 일찍부터 전동화되었다. 단, 최근에 와서 지금까지의 구동용 전원에 이용하고 있던 납(Pb) 축전지를 FC로 대체하는 사례가 급증하고 있다. 이미 2만대를 초월하는 지게차가 ‘FC 지게차’가 된 것이다.

상식을 뒤엎는 ‘새로운 워크스타일’의 출현

일본에서 진행되고 있는 ‘업무 방식의 개혁’. 장시간 노동의 억제에 대해서는 많은 기업에서 성과가 나타나기 시작했다. 단, 여기서 멈춰서는 일본의 밝은 미래는 없다. 이미 선진적인 기업은 다음 단계로 진행하고 있다. 그러한 상황에서 주목을 받고 있는 것이 지금까지의 상식을 뒤엎는 ‘새로운 워크스타일’이다.

업무 내용에 따라서 일하는 장소를 바꾸는 ‘ABW’, 여행지에서 업무를 보는 ‘Workation’, 통근 시간을 업무시간화하는 ‘MaaS’ 등, 업무방식 개혁을 다음 단계로 끌어올리는 ‘NEW POWER’를 소개한다.

Part 1. ‘ABW’라는 새로운 업무 방식
84%가 생산성 향상 실감!

업무를 ‘10개의 활동’으로 재정의하고, 업무내용에 따라서 일하는 장소를 바꾸는 ‘Activity Based Working(ABW)’. 종업원 인게이지먼트를 높여 생산성을 향상시키는 시책으로서 일본에서도 확산되기 시작하였다.

업무 방식 개혁에 착수하는 일본기업 사이에서 지금 ‘ABW’를 도입하는 기업이 증가하기 시작하였다. ABW는 업무내용에 따라서 일하는 장소를 선택하는 워크 스타일을 말한다. 

기술로 이어가고, 열어 가는 돌파구

농업 인구가 감소하는 가운데, ‘스마트 농업’은 지역의 존속을 위해 반드시 필요한 존재이다. 각 사는 기술 개발에 격전을 벌이며 오픈 이노베이션의 실험장이 되고 있다.

“우리가 보유하고 있는 기술을 농업 분야에도 활용할 수 있을까요?” 최근 1~2년 사이에 니가타(新潟) 시에는 기업으로부터 이런 문의가 자주 접수되었다. 니가타 시는 현재 IoT 및 AI를 활용한 ‘스마트 농업’의 중심지로서 주목을 받고 있다. 최근 1년간 기업 및 자치단체의 시찰이 60회를 넘어섰다.

작년에 화제가 되었던 TV 드라마 ‘변두리 로켓’이 이 같은 흐름에 박차를 가하고 있다. 고령화 및 후계자 부족을 고민하는 지역의 농업을 지원하기 위해 무인으로 움직이는 트랙터 및 콤바인을 개발한다는 내용이다. 이미 드라마와 거의 동일한 상황이 실제로 일본에서 벌어지고 있다.

SDGs 목표2의 ‘지속 가능한 농업’ 및 ‘식량안전보장’은 지역의 커다란 과제가 되고 있다. 일본의 농업 취업인구는 2010년의 260만명에서 2018년에는 175만명으로 감소했다(농림수산성 조사). 그들의 평균연령은 66.8세. 이농(離農)하는 농지를 지역 주민에게 빌려주는 농가가 늘어, 농지를 맡은 농가의 경작 면적은 해가 거듭될수록 대규모화되고 있다. 

ABLIC, 물이나 토양에서 미약 전력 추출

아날로그 반도체 제조업체인 에이블릭(ABLIC)은 배터리나 전원 없이 가동하는 센서 키트의 판매를 시작하였다. 지금까지는 활용되지 않았던 미약한 전력을 물이나 토양 등에서 추출하여 축전한다. 무선통신 기능을 이용해 센서가 수집한 정보를 스마트폰이나 컴퓨터로 발신한다. 기업이나 연구기관에 실험용으로 제공한다. 공업이나 농업 등 폭넓은 분야에서 용도를 개척한다.

진동이나 온도 차 등의 환경 변화를 이용해 전력을 추출하는 기술은 ‘환경 발전(에너지 하베스트)’이라고 불린다. 에이블릭의 센서 키트는 환경 발전을 이용해 미약한 에너지를 추출하여 센싱에 사용하는 것이다. 에이블릭은 20년 이상 전부터 배터리가 필요 없는 손목시계의 개발을 통해 노하우를 축적해 왔다.

센서 키트에는 발전부는 ‘수분발전센서’ ‘토양센서’의 2종류가 세트로 되어 있다. 이 중 수분발전센서는 물에 닿으면 금속이 이온이 되는 원리를 이용하여 발전한다. 센서 부분이 닿는 물의 면적이나 수용액 성분에 따라서 발전량이나 발신 간격이 변한다. 이를 단서로 수분량이나 수용액의 성분을 조사하는 구조다. 또한 토양 센서는 토양 중의 미생물 대사로 인해 발생하는 미약한 전력을 이용한다.

다케나카공무점 등, ‘밝기’ 확인 툴 개발

다케나카(竹中)공무점과 비주얼테크놀로지연구소(도쿄)는 공동으로 공간 내 밝기를 설계 단계에서 현실 감각에 가깝게 확인할 수 있는 ‘시(視)환경 설계 지원 툴’을 개발했다.

이 시환경 설계 지원 툴은 스마트폰을 활용한 헤드 마운티드 디스플레이(HMD)를 이용해 가상현실(VR) 환경에서 사람의 감각을 고려해 재현된 리얼한 ‘밝기’를 체험할 수 있다. 아직 공간이 존재하지 않은 설계 단계에서도 면밀한 시환경 평가가 가능하다. 발주자와 보는 방식을 공유할 수 있는 툴로, 합의 형성에도 활용이 가능하다.

사람은 암순응(Dark Adaption)이나 주위의 명암 차이(휘도대비)에 따라 같은 빛이라도 느낌이 달라진다. 이처럼 사람이 느끼는 밝기를 PC 화면을 통해 정확하게 표현하는 것은 지금까지는 어려웠다.

-- 어둠에 적응한 눈으로 영상을 본다 --
시환경 설계 지원 툴은 우선 빌딩 정보 모델링(BIM)을 이용해 설계 단계의 실내 공간을 3차원적으로 가시화한 휘도 영상을 제작한다. 또한 나카무라 요시키(中村芳樹) 도쿄공업대학교수가 개발하고 도쿄공업대학이 특허를 취득한 알고리즘으로 영상 처리가 시행된다. 이 알고리즘에 따라 암순응이나 휘도대비로 느낌이 달라지는 사람의 감각에 맞춰진다.

● 특집에 앞서
마이크로메카트로닉스 실장기술위원회 위원장, 상임이사∙편집위원회 위원장 히구라시 에이지(日暮 栄治)

내각부가 주최하는 종합과학기술∙이노베이션회의의 제5기 과학기술기본계획(헤이세이(平成)28~32년)에서는 수렵 사회(Society 1.0), 농경사회(Society 2.0), 공업 사회(Society 3.0), 정보사회(Society 4.0)에 이어 사이버 공간과 현실 공간이 고도로 융합된 ‘초스마트사회(Society 5.0)’가 제창되어 이를 위한 프로젝트가 추진되고 있다.

그 기반으로서 사이버 보안기술, IoT시스템 구축기술, 빅데이터 분석기술, AI기술, 디바이스기술, 네트워크기술, 엣지 컴퓨팅과 함께 새로운 가치 창출의 핵심이 되고 있는 로봇기술, 센서기술, 액츄에이터 기술, 바이오 테크놀로지, 광∙양자기술의 강화가 제시되고 있다.

이러한 기술들 가운데 특히 로봇기술, 센서기술, 액츄에이터 기술, 바이오 테크놀로지, 소재∙나노 테크놀로지는 마이크로메카트로닉스 실장기술연구회에서 추진하고 있는 테마와도 밀접하게 관련되어 있으며 ‘초스마트사회’가 사회 전체에 보급되기 위해서는 마이크로메카트로닉스 실장 기술도 고도의 진화를 달성해야 할 필요가 있다.

마이크로메카트로닉스 실장기술연구회에서는 미래의 초스마트사회 실현에 기여하는 나노 테크놀로지로서 나노임프린트(Nanoimprint) 기술과 그 실장을 위한 응용을 주요 테마 중 하나로 추진해왔다. 

소규모 공장의 혁명, IoT 활용으로 미래의 공장을

본서는 필자가 대기업을 거쳐 연간 매출 150억엔 규모의 중소기업으로 이적하여, 생산라인의 ‘IoT화’에 3년간 대응하여 온 것에 대한 소개이다. 이 시스템 구축에 의해 아사히철공의 공장에서는 생산 수량, 사이클 타임, 정지 시간의 개선 속도를 대폭 향상시켰다. 게다가 현장 직원의 동기부여와 기술력 향상에까지 좋은 영향을 가져다 주는 것으로 성공하였다.

우리가 개발한 시스템의 특징은 ①적은 초기 투자로 ② 오래된 설비에서도 도입이 가능하고 ③도입이 간단하다는 세가지 점이다. 즉 어떠한 소규모의 공장에서도 도입이 가능하다는 점이 최대의 장점이다. 우리들은 이 시스템을 자사 라인에 활용하는 과정에서 기술과 운용상의 데이터를 모아서 개량을 거듭하여 ‘제조 라인 원격 모니터링 시스템’을 완성시켰다.

그리고 당사만이 아닌 타사의 생산성향상에도 기여하고자 하는 의도에서 이 시스템의 운영노하우의 제공을 목적으로 한 ‘i Smart Technologies주식회사’를 2016년 9월에 설립하여 현재 약 100개사에 모니터링 서비스를 제공하고 있다. 또한  2018년부터는 시스템 운용만이 아닌, 데이터를 해석하고 개선하기 위한  어드바이스도 실시하는 ‘라인 진단 시스템’과 데이터를 활용하여 신속하게 개선 활동의 기반만들기를 도와주는 ‘하이브리드 컨설팅 서비스’도 시작하였다.