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수소연료전지 최신 동향 및 산업 적용 사례 분석

일일 보고서 2024년 09월 01일
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목차

  1. 요약
  2. 항공기 및 선박에 수소연료전지 적용
  3. 국내외 탈탄소화 전략
  4. 수소연료전지 기술 혁신
  5. 분산에너지 특화지역 추진 및 계획
  6. 수소차 폐연료전지 자원순환
  7. 수소지게차 및 수소충전소
  8. 수소연료전지 국제시장 진출
  9. 분산에너지특별법 시행과 수소연료전지
  10. 수소 계량 신뢰성 강화 및 기반 구축
  11. 주요 기업들의 수소연료전지 시장 경쟁
  12. 결론

1. 요약

  • 수소연료전지 최신 동향 및 산업 적용 사례를 다룬 이 리포트는 항공기와 선박, 지게차와 같은 모빌리티 분야, 분산에너지와 자원순환 및 국제시장 진출 사례를 분석합니다. 한화에어로스페이스 연료전지개발팀의 오동조 상무는 항공기와 선박에 연료전지를 탑재하는 것이 경쟁력이 있지만 초기 비용과 충전 인프라 부족 등의 한계를 언급했습니다. 한국선급(KR)은 해사 산업의 탈탄소화를 위한 다양한 전략을 공유했으며, 한국에너지기술연구원(에너지연)은 유럽연합과의 공동 연구를 통해 고성능 전극 촉매 기술을 개발하고 있습니다. 고려아연은 수소지게차와 수소충전소를 도입하며 수소모빌리티 대중화에 이바지하고 있으며, HD한국조선해양은 컨비온을 인수해 수소연료전지 시장에 진출했습니다. 완주군은 KTR과 협력해 수소차 폐연료전지 자원순환 특화센터를 구축하고 있습니다. 또한, 산업통상자원부는 분산에너지특별법을 통해 수소연료전지 활성화 정책을 추진하고 있습니다.

2. 항공기 및 선박에 수소연료전지 적용

  • 2-1. 항공기용 연료전지의 경쟁력

  • 오동조 한화에어로스페이스 연료전지개발팀 상무는 수소모빌리티 산업 동향과 개발에 관한 주제발표에서 항공기와 선박에 연료전지를 탑재하는 것이 높은 경쟁력을 가진다고 언급했습니다. 전 세계적으로 탄소중립 목표를 달성하기 위해 수송 분야에서 탄소배출 규제를 강화하고 있으며, 이는 내연기관을 대체할 시스템 개발로 이어지고 있습니다. 이러한 맥락에서 연료전지가 대세로 자리잡고 있으나, 초기 비용이 높고 충전 인프라가 부족하며 기술적 성숙도가 낮아 항공기와 선박에 연료전지를 탑재하는 데 한계가 있다고 밝혔습니다. 그러나 최근 두 개의 스타트업이 연료전지 항공기 개발에 실패했음에도 불구하고, 항공기용 연료전지 상용화 가능성이 커지고 있으며 기존 엔진보다 더 경쟁력이 있다고 덧붙였습니다. 특히, 고객들은 가벼운 항공기용 연료전지를 요구하고 있으며, 이에 따라 부품의 경량화와 효율적인 열관리시스템 개발이 중요하다고 분석했습니다. 또한, SK텔레콤이 투자한 조비 에비에이션의 수소전기 VTOL 시연비행 성공은 항공기에 연료전지를 적용할 수 있는 가능성을 확인시켜주었습니다.

  • 2-2. 선박용 연료전지의 경제성 및 주요 과제

  • 오동조 상무는 선박에 연료전지를 탑재하는 것과 관련하여, 연료전지가 기존엔진에 비해 경제성이 높다고 설명했습니다. 연료전지의 초기 비용은 비쌉니다. 그러나 20년 누적 총비용을 감안했을 때, 벌금을 포함하더라도 기존 엔진보다 낮게 유지될 것이라고 전망했습니다. 실제로 선박 엔진룸에서 기존 엔진을 제거한 후 연료전지를 설치해도 공간이 충분히 남아 돌았다는 사례를 통해 연료전지의 적용 가능성을 강조했습니다. 그러나 선박용 연료전지의 성공적 적용을 위해서는 높은 내구성과 방폭성을 확보하는 것이 중요하다고 지적했습니다. 특히, 선박은 5년마다 드라이독에서 유지보수를 실시해야 하므로 최소 5년 이상 사용할 수 있는 내구성이 요구되며, 폭발 방지를 위한 규정도 필수적입니다.

3. 국내외 탈탄소화 전략

  • 3-1. 한국선급의 탈탄소화 전략과 국제 동향

  • 한국선급(KR)은 2022년부터 정기적으로 발간되고 있는 ‘KR Decarbonization 매거진’ 여름호를 통해 탈탄소 기술 연구 활동 및 국제 동향을 담고 있습니다. 매거진은 국제해사기구(IMO)와 유럽연합(EU)의 온실가스 규제 강화에 따라 해사 산업계의 빠른 대응을 지원하기 위해 다양한 탈탄소 기술 정보를 제공합니다. 2023년 여름호에서는 국내외 선사와 협력하여 수립한 탈탄소 전략의 분석 결과를 다루었습니다.

  • 3-2. 탈탄소화 기술 및 추진안

  • KR은 탄소 감축 목표 달성을 위해 10개 내외의 기술적 조치와 운항적 조치를 조합한 다양한 탈탄소 추진안을 마련하였습니다. 이 추진안은 EU ETS(배출권거래제도) 및 FuelEU Maritime(해상연료기준) 규제를 기준으로 경제적으로 최적의 탈탄소 추진안을 선별하는 과정을 포함하고 있습니다.

  • 3-3. 암모니아 및 액화수소 운반선에 관한 예측

  • 매거진 여름호에서는 암모니아와 액화수소 운반선의 발주가 예상된다고 보고했습니다. 전 세계의 수소 생산량, 운송량, 수요량에 대한 예측을 포함하며, 두 유형의 운반선의 장단점 분석 및 현재 개발 현황을 집중적으로 다루었습니다. 특히 한국과 일본의 액화수소 운반선 건조 계획에 대한 비교 분석도 포함되어 있어 주목할 만합니다.

4. 수소연료전지 기술 혁신

  • 4-1. EU와의 공동 연구 및 고성능 전극 촉매 기술

  • 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 유럽연합이 주관하는 '메라넷3(M-era.Net 3)' 프로그램에 참여하고 있습니다. 이 프로그램에 따라 에너지연은 유럽 주요 연구기관과 컨소시엄을 구성하여 2024년 7월부터 2027년 6월까지 3년간 수소연료전지의 핵심 원천기술을 공동 연구할 예정입니다. 참여하는 국가로는 덴마크, 독일 등 유럽연합 회원국 25개국과 우리나라를 포함한 비유럽 10개국이 있습니다. 컨소시엄에는 에너지연 외에도 오스트리아 기술연구소(AIT), 프랑스 국립과학연구소(CNRS) 등이 포함됩니다. 에너지연은 국내 주관기관으로 선정되어 고성능 전극 촉매와 소재 연계 기술 개발을 주도하고 있으며, 연구의 핵심 과제인 '히어로즈(HEROES)'는 에너지연이 보유한 코어-쉘 전극 촉매 기술을 활용하여 백금 촉매의 사용량을 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 기술을 통해 연료전지 스택 비용을 기존보다 20% 절감하고 에너지 전환 효율을 65% 이상으로 개선하여 세계 최고 수준의 소재 원천 기술을 확보하고자 합니다. 최근의 글로벌 공급망 문제로 인해 중심 금속의 사용을 줄이거나 대체하는 기술도 중요하게 다루어질 예정입니다. 최종적으로는 CNRS와 에너지연의 기술을 통해 제작된 막전극접합체(MEA)와 IAG에서 개발한 셀을 통합하여 연료전지의 에너지 전환 효율을 65% 이상으로 향상시키는 것을 목표로 하고 있습니다. 에너지연의 박구곤 박사는 '수소연료전지용 전극 촉매 기술과 혁신적인 막전극접합체 설계를 통해 세계 최고 수준의 소재·부품 원천기술을 확보할 계획'이라며 '개발된 기술을 친환경 모빌리티와 초고효율 발전 분야에 적용함으로써 수소 경제 활성화에 기여할 수 있을 것'이라고 밝혔습니다.

  • 4-2. 수소경제 활성화 방안

  • 제공된 데이터에는 수소경제 활성화 방안에 대한 구체적인 내용이 포함되어 있지 않습니다. 추가적인 검색이나 자료가 필요할 수 있습니다.

5. 분산에너지 특화지역 추진 및 계획

  • 5-1. 부산시 분산에너지 특화지역 추진 계획

  • 부산시는 수도권에 집중되는 전력 시스템의 문제를 해소하기 위해 ‘분산에너지 특화단지’ 지정을 목표로 하고 있습니다. 2027년까지 총 3곳의 특화지역이 지정될 예정이며, 이에 따른 경쟁이 각 지자체 간에 본격화되고 있습니다. 특히, 부산시는 내년 상반기 내 1곳을 우선 지정할 계획을 세우고 있습니다. 현재 가장 유력한 후보지는 강서구 에코델타시티와 인근 산업단지로, 이 지역에서 수소연료전지와 태양광 발전원을 통해 전력을 공급하는 방안이 검토되고 있습니다. 부산시는 정부의 ‘분산에너지 활성화 특별법’ 시행에 따라 이러한 특화지역 지정을 위한 전략을 밝히고 있으며, 이는 저렴한 전기 공급과 전력 다소비 산업 유치를 목표로 하고 있습니다.

  • 5-2. 분산에너지 특화단지 지정 및 경쟁

  • 산업통상자원부는 분산에너지 특화지역(분산 특구) 지정을 위한 가이드라인을 설명하며, 특화지역 계획 수립을 위한 사전 컨설팅을 한국에너지공단과 전력거래소에 맡겼습니다. 지자체들은 올 연말까지 특화지역 계획을 수립할 수 있도록 지원을 받게 되며, 내년 1분기 중 공모를 통해 상반기 내 첫 특화지역이 지정될 예정입니다. 특화지역에서는 태양광, 풍력, 연료전지 등 설비용량이 작은 전력 생산자들이 한국전력 등의 기존 전력시장을 거치지 않고 수요자에게 직접 전기를 판매할 수 있으며, 이는 차등요금제 시행과 맞물려 저렴한 전기 공급을 가능하게 할 것입니다.

6. 수소차 폐연료전지 자원순환

  • 6-1. 전북도와 KTR, 우석대 협력

  • 완주군이 전북특별자치도, KTR(한국화학융합시험연구원), 우석대와 26일 전북자치도청에서 '수소차 폐연료전지 자원순환을 위한 시험인증 특화센터 구축'을 위한 업무협약을 맺었습니다. 이날 협약식에는 김관영 전북특별자치도지사, 유희태 완주군수, 김현철 KTR 원장, 박노준 우석대학교 총장 등이 참석하였습니다. 이 협약에는 인허가 및 행정적 지원, KTR의 사업 세부계획 수립·이행 및 지역 우수인력 채용, 지역기업 지원 등의 지역사회 기여와 수소연료전지 표준 및 인증, 국내외 네트워크 구축 등 기관별 역할 수행에 대한 합의 내용이 담겼습니다. 특히, 완주군은 국내 최초로 '수소차 폐연료전지 자원순환을 위한 시험인증 특화센터'의 준공을 앞두고 있으며, 이번 프로젝트를 통해 재사용과 재활용 산업을 선도할 것으로 기대하고 있습니다.

  • 6-2. 시험인증 특화센터 구축 계획

  • 완주군은 2024년 산업혁신기반구축사업 공모에 최종 선정되었으며, 이에 따라 총 250억원이 투입되어 오는 2028년까지 '수소차 폐연료전지 자원순환을 위한 시험인증 특화센터'를 준공할 예정입니다. 유희태 완주군수는 특화센터 구축과 함께 수소용품 검사지원센터, 한국전기안전공사, 연료전지 법정검사 기관을 보유하여 국내 최초의 원스톱 연료전지 인증도시를 더욱 공고히 할 것이라 밝혔습니다. 이는 수소특화 국가산업단지 조성을 성공적으로 마무리하고 KTR과 함께 기업 지원 및 다양한 서비스를 제공할 수 있도록 노력하겠다는 계획을 포함하고 있습니다.

7. 수소지게차 및 수소충전소

  • 7-1. 고려아연의 수소지게차 도입 및 수소충전소 완공

  • 고려아연은 2024년 8월 28일 온산제련소에서 수소지게차용 수소충전소 준공식을 개최하였습니다. 이 행사에는 최남호 산업통상자원부 제2차관, 김두겸 울산광역시장, 이순걸 울주군수 등 여러 주요 인사들이 참석하였습니다. 고려아연은 이번 수소충전소의 준공으로 수소모빌리티 대중화에 앞장서며, 수소저장 및 충전 시설의 설치와 함께 수소지게차 실증을 본격화할 계획입니다. 고려아연은 2022년 산업통상자원부의 국가연구개발 과제인 '수소지게차 상용화를 위한 실증기반 신뢰성 검증기술 개발 계획'의 대상기업으로 선정되었습니다. 이 과정에서 수소 충전소는 외부에서 생산된 수소를 배관망을 통해 공급받는 저장식 형태로 설계되었습니다. 충전소는 한국의 가스안전공사를 통한 인증을 통과하였으며, 현장에서는 현대자동차의 수소연료전지가 장착된 지게차가 시범 운영되고 있습니다. 이 수소지게차는 기존 디젤 지게차 대비 이산화탄소(CO2) 배출량이 '제로(0)'로, 하루 평균 2.4톤, 연간 약 880톤의 이산화탄소 저감 효과를 기대하고 있습니다. 이는 약 13만 그루의 소나무를 심는 것과 동일한 환경 효과에 해당합니다.

  • 7-2. 수소지게차 실증 및 CO2 저감 효과

  • 고려아연은 이번 수소지게차 도입과 수소충전소 완공을 통해 수소지게차 30대를 암 설치하여 실제 운행 실증을 예정하고 있습니다. 이 실증을 통해 수소지게차의 성능 검증은 물론, 수소모빌리티의 대중화를 선도할 수 있는 기반을 마련할 것입니다. 특히, 수소지게차는 이산화탄소 저감 효과가 크며, 기존 디젤 지게차 대비 환경 친화적인 옵션으로 평가받고 있습니다. 현재 온산제련소 내에서의 수소지게차 운영 결과, 매일 약 2.4톤의 CO2를 저감할 것으로 예상되며, 이를 통해 고려아연은 탄소중립 목표를 지속적으로 추진하고 있습니다. 이러한 성과들은 수소 기반 기술의 선도적 개선이 지속 가능성을 보장하는 방향으로 나아가는 데 기여할 것으로 보입니다.

8. 수소연료전지 국제시장 진출

  • 8-1. HD한국조선해양의 컨비온 인수 및 수소연료전지 시장 진출

  • HD한국조선해양은 최근 컨비온을 인수하였으며, 이를 통해 수소연료전지 시장에 본격적으로 진출하게 되었습니다. 이 인수는 HD한국조선해양이 수소 연료전지 기술을 통해 그들의 모빌리티 솔루션을 확장하고, 친환경 이동 수단에 대한 수요 증가에 대응하기 위한 전략으로 볼 수 있습니다. 컨비온의 수소 연료전지 기술력은 HD한국조선해양의 선박 제작 기술과 결합되어 경쟁력을 높이는 요소가 될 것입니다.

  • 8-2. 글로벌 수소연료전지 시장 전망

  • 글로벌 수소연료전지 시장은 향후 10년 간 연평균 25% 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 이는 세계 각국의 탈탄소화 및 친환경 에너지 전환 전략에 힘입은 것입니다. 특히, 모빌리티 분야에서의 수소 연료전지 활용도가 높아지며, 항공, 선박, 지게차 등 다양한 산업에서의 적용 사례가 증가하고 있습니다. 이러한 성장세는 주요 국가들의 정부 지원과 기술 발전에 의해 더욱 가속화될 것으로 예상됩니다.

9. 분산에너지특별법 시행과 수소연료전지

  • 9-1. 분산에너지특별법 시행에 따른 수소연료전지 주목

  • 2023년 6월 14일부터 분산에너지특별법이 시행되었으며, 이에 따라 전문가들 사이에서 수소연료전지가 해당 법 시행에 최적화된 분산 전원으로 눈길을 끌고 있습니다. 최근 일자 확인된 자료에 따르면, 수소연료전지가 분산법 시행 활성화에 필요한 다양한 장점을 보유하고 있어, 산업부에서 수소연료전지를 중심으로 한 과제를 추진하고 있으며, 이로 인해 수소연료전지의 시장 규모가 커질 것으로 전망됩니다. 또한, 수소연료전지는 수소와 산소의 반응을 통해 전기 및 열을 생산하는 설비로, 설치 면적이 적어 도심지, 산업단지 및 전력다소비지역 등에 적합한 장점을 지닙니다. 전문가들은 수소연료전지의 분산법 시행 활용을 위해 여러 가지 방안을 제시하였으며, 이에는 수소연료전지 밸류체인 구축, 암모니아 추출 고순도 수소 생산 시스템 개발 등이 포함됩니다.

  • 9-2. 산업부의 수출 목표 및 전략

  • 산업통상자원부는 2030년까지 연료전지의 수출물량 누적 1GW 및 수출액 누적 30억 달러 달성을 목표로 하고 있습니다. 이를 통해 연료전지를 미래 에너지 신산업으로 적극 육성하겠다는 비전을 제시하고 있으며, 에너지 르네상스 실현을 앞당기겠다는 계획을 가지고 있습니다. 이러한 목표는 분산법 시행과 함께 수소연료전지 활성화 사업의 본격적인 출발로 이어질 것으로 기대되고 있으며, 이를 통해 시장 경쟁력을 확보하려고 하고 있습니다. 전문가들은 분산법 시행으로 인해 수소연료전지가 더욱 활성화되어 안정적인 에너지 공급과 지역 분산의 역할을 충실히 수행할 것으로 예상하고 있습니다.

10. 수소 계량 신뢰성 강화 및 기반 구축

  • 10-1. 강원도의 계량 신뢰성 기반 구축 사업

  • 강원특별자치도는 산업통상자원부 주관의 ‘수소 계량 신뢰성 기반구축’ 공모사업에 최종 선정되어 총사업비 190억원을 확보하였습니다. 이 사업은 2024년부터 2028년까지 삼척시 근덕면에서 진행되며, 수소 계량 장비의 검·인증을 포함합니다. 이철규 위원장과 강원도가 협력하여 선정된 이 사업은 수소생산-운송-활용 전주기에 대한 공정한 유통 상거래 확대와 계량의 제도적 및 기술적 문제 해결을 목표로 합니다. 이번 사업은 수소 계량 신뢰성 센터 구축, 현장 검·교정 기반 구축 등을 통해 국가 수소 계량 표준화와 수소기업 및 사업자에 대한 계량 평가 서비스를 지원할 계획입니다. 김진태 강원특별자치도지사는 이번 공모 선정이 국가기술 표준화와 제도 마련의 계기가 될 것이라고 밝혔습니다.

11. 주요 기업들의 수소연료전지 시장 경쟁

  • 11-1. SK, HD현대, 두산의 투자 및 경쟁

  • SK, HD현대 및 두산은 50조원 규모로 성장할 것으로 추산되는 수소연료전지 시장에서 경쟁을 벌이고 있습니다. 이들 기업은 수소연료전지가 친환경 시대의 핵심 기술로 인식하고 있으며, 발전용 및 선박용 제품 개발에 투자하고 포트폴리오의 다변화를 위해 연구에 집중하고 있습니다. 한국수출입은행에 따르면, 글로벌 수소연료전지 시장은 연평균 30% 이상 성장해 2030년에는 50조원 규모에 이를 것으로 예상되고 있습니다. 정부는 국내 발전 사업자에게 청정수소발전의무화제도의(CHPS) 도입을 통해 일정 비율 이상의 전력을 수소를 통해 생산하도록 의무화하고 있으며, 이는 관련 기업의 생태계 형성을 목표로 하고 있습니다. 산업통상자원부는 올해를 청정 수소 시대로의 전환 원년으로 삼고 정책 역량을 집중하고 있다고 밝혔습니다.

  • 11-2. 정부 정책 지원

  • 정부는 청정수소 인증제와 같은 정책을 통해 수소연료전지 산업의 지속적인 성장을 지원하고 있습니다. 이러한 정책은 산업의 확대 및 기업 간의 상생 협력으로 이어지고 있으며, SK와 HD현대, 두산은 해당 정책의 혜택을 통해 기술 개발 및 시장 점유율 확대에 나서고 있습니다. SK에코플랜트는 연료전지 분야에서 지난해 매출의 18.8%를 해당 분야에서 기록했으며, 이는 2021년의 6.8%에서 2년 만에 3배 가까이 증가한 수치입니다. HD현대는 'HD하이드로젠'이라는 연료전지 자회사를 설립하고 선박에 수소 연료전지를 탑재할 계획을 가지고 있으며, 두산도 두산퓨얼셀을 통해 연료전지 사업을 추진하고 있습니다.

12. 결론

  • 이 리포트는 각 산업에서 수소연료전지가 탄소중립 달성에 중요한 역할을 한다는 사실을 강조합니다. 한화에어로스페이스와 한국선급의 노력, 한국에너지기술연구원의 유럽 연합과의 공동 연구를 통해 고성능 전극 촉매 기술이 발전하고 있습니다. 고려아연의 수소지게차 도입과 HD한국조선해양의 컨비온 인수는 수소모빌리티와 연료전지 기술의 실질적 활용 가능성을 높였습니다. 그러나 초기 비용, 충전 인프라 부족, 내구성 문제와 같은 기술적 과제는 여전히 해결해야 할 부분입니다. 이러한 연구 결과는 수소연료전지 시장 확대와 지속 가능한 에너지 전환 기술 발전에 중요한 기초 자료로 사용될 수 있습니다. 산업통상자원부의 분산에너지특별법 시행과 같은 정책적 지원은 수소연료전지가 더 많이 상용화되고 시장에서 경쟁력을 유지하는 데 기여할 것입니다. 이 과정에서 다양한 기업과 기관들이 협력해 수소 경제를 활성화시킬 실질적 방안을 마련할 필요가 있습니다. 혁신적인 연구와 정책적 지원을 바탕으로 미래의 수소연료전지 기술은 더 빠르게 발전할 가능성이 큽니다.

13. 용어집

  • 13-1. 한화에어로스페이스 [회사]

  • 항공기 및 선박용 연료전지 개발에 참여하고 있으며 탄소중립을 위한 기술 혁신을 주도하고 있습니다.

  • 13-2. 한국선급(KR) [기관]

  • 탈탄소화 기술 연구와 국제 동향 분석을 통해 해사산업계의 온실가스 규제 대응을 지원합니다.

  • 13-3. 한국에너지기술연구원(에너지연) [기관]

  • 유럽연합과 함께 수소연료전지 분야의 혁신 기술 개발을 주도하고 있습니다.

  • 13-4. 고려아연 [회사]

  • 수소지게차와 수소충전소를 통해 수소모빌리티 대중화에 기여하고 있습니다.

  • 13-5. HD한국조선해양 [회사]

  • 수소연료전지 시장에 진출하여 글로벌 시장 확장을 목표로 하고 있습니다.

  • 13-6. KTR(한국화학융합시험연구원) [기관]

  • 수소차 폐연료전지 자원순환 특화센터 구축을 통해 재제조 및 재활용 산업을 선도하고 있습니다.

  • 13-7. 완주군 [지자체]

  • 수소차 폐연료전지 시험인증 특화센터를 구축하여 수소 경제 중심지로 발전하고 있습니다.

  • 13-8. SK, HD현대, 두산 [회사]

  • 수소연료전지 시장에서 경쟁하며 기술 개발과 투자를 지속하고 있습니다.

  • 13-9. 산업통상자원부 [정부기관]

  • 분산에너지특별법 시행 및 수소연료전지 관련 정책 지원을 통해 수소 경제 활성화를 추진하고 있습니다.

  • 13-10. KTC(한국기계전기전자시험연구원) [기관]

  • 수소 계량 신뢰성 센터를 구축하여 수소 산업의 신뢰성을 강화하고 있습니다.

14. 출처 문서