Sachverhalt: A. A.a K._, geboren 1950, der über keine Berufsbildung verfügt, reiste 1975 in die Schweiz ein und war vom 9. September 1980 bis 31. März 2007 als Portier im Hotel S._ erwerbstätig (letzter effektiver Arbeitstag: 27. November 2005). Am 16. November 2006 meldete er sich unter Hinweis auf die Folgen eines Verkehrsunfalls (28. November 2005) bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Nachdem die von der IV-Stelle des Kantons Zürich beauftragte Klinik X._ am 20. August 2007 sowie die Klinik T._ am 28. Januar 2008 ihre Gutachten zu Gesundheitszustand und Arbeitsfähigkeit vorgelegt hatten, wies die IV-Stelle das Leistungsbegehren gestützt auf einen Invaliditätsgrad von 20% mit Verfügung vom 4. April 2008 ab. A.b In Gutheissung der dagegen eingereichten Beschwerde hob das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 30. September 2009 die ergangene Verfügung auf und wies die Sache zu weiteren Abklärungen und neuer Entscheidung an die Verwaltung zurück. In der Folge gab die IV-Stelle ein Gutachten mit einer Evaluation der funktionellen Leistungsfähigkeit beim Spital B._ in Auftrag (Expertise vom 28. April / 5. August 2010). Gestützt auf das Ergebnis ermittelte sie einen Invaliditätsgrad von 20%, weshalb die Verfügung vom 20. Dezember 2010 erneut einen Leistungsanspruch des Versicherten verneinte. B. Die hiegegen erhobene Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 18. September 2012 ab. C. Der Versicherte lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und unter Aufhebung der Verfügung vom 20. Dezember 2010 die Zusprechung einer ganzen Rente beantragen. Eventualiter sei die Sache zu ergänzenden Abklärungen an die Vorinstanz oder IV-Stelle zurückzuweisen. Ferner ersucht er um die Bewilligung der unentgeltlichen Rechtspflege. Während die IV-Stelle auf Abweisung der Beschwerde schliesst, verzichtet das Bundesamt für Sozialversicherungen auf eine Vernehmlassung. 