한국, 수소 에너지 혁신의 최전선

1. 요약

• 이 리포트는 한국의 수소 및 친환경 에너지 산업에 대한 최신 동향과 발전 전략을 다루고 있습니다. 특히 한국선급은 탈탄소화 전략을 통해 선박 산업의 환경 보호에 기여하고 있으며, 한화에어로스페이스는 항공기와 선박에 연료전지를 탑재하여 경제성을 인정받고 있습니다. 또한, 한국에너지기술연구원은 EU와의 공동 연구를 통해 수소연료전지의 핵심 기술 개발을 진행 중입니다. 하나유니트는 포항에 수소관련 공장을 건립하여 지역 산업을 활성화하고 있으며, 산업통상자원부는 분산에너지 특화지역 설정을 통해 지역 에너지 자립을 추진하고 있습니다. 포스코홀딩스의 탄소저감 프로젝트와 현대차의 친환경 모빌리티 전략은 한국의 지속 가능한 미래를 위한 기반을 다지고 있습니다.

2. 탈탄소화 전략과 국제 동향

• 2-1. 한국선급의 탈탄소화 전략

• 한국선급(KR)은 탈탄소 기술 연구 활동과 국제 동향을 반영하여 ‘KR Decarbonization 매거진’을 발간하고 있습니다. 이번 여름호에서는 국제해사기구(IMO) 및 유럽연합(EU) 등에서 강화된 온실가스 규제에 따라 해사 산업계의 신속한 대응이 필요함에 따라 다양한 탈탄소 기술 정보를 제공하고 있습니다. 특히, KR은 국내외 선사와의 협력을 통해 탈탄소 전략을 공동으로 수립한 과정과 결과를 선대 분석을 통해 논의하고 있습니다. 이 매거진은 2022년부터 정기적으로 발간되고 있으며, 총 10개 내외의 추진안을 제시하여 EU ETS(배출권 거래제도)와 FuelEU Maritime(해상 연료 기준) 규제를 바탕으로 탄소세 등을 고려한 경제적 최적의 탈탄소 추진안을 선별하고 있습니다.

• 2-2. 해양산업의 국제 동향 및 규제

• 해양산업계는 암모니아 운반선과 액화수소 운반선 발주가 예상되는 현재, 전 세계의 수소 생산량, 운송량 및 수요량 예측을 포함한 다양한 분석이 필요합니다. 한국선급에서는 액화수소 운반선에 대해 한국과 일본의 건조 계획을 비교 분석하는 내용을 포함하고 있으며, 이러한 정보는 암모니아와 액화수소 운반선의 장단점 분석과 함께 유용하게 제공되고 있습니다. 또한, 송강현 KR 친환경선박해양기술연구소장은 해사업계가 다양한 대체연료와 신기술을 접하면서 겪는 규제의 불확실성에 대해 우려하며, 앞으로도 규제 개발 동향을 신속하게 전달할 것임을 언급했습니다.

3. 연료전지 기술 및 적용

• 3-1. 항공기와 선박에 연료전지 탑재

• 한국에서 항공기와 선박에 연료전지를 탑재하는 것이 경쟁력이 높다는 분석이 나오고 있습니다. 한화에어로스페이스의 오동조 상무는 '수소모빌리티 산업 동향과 개발' 발표에서, 항공기와 선박에 연료전지를 적용하는 것에 대해 우려가 있었음에도 불구하고 경쟁력이 있다는 점을 강조했습니다. 전세계가 탄소중립을 달성하기 위해 다양한 수송 분야에서 탄소배출 규제를 강화하는 가운데, 연료전지가 내연기관을 대체할 잠재력을 가지고 있다는 점에 주목하고 있습니다. 특히, 최근의 수소전기 VTOL의 시연비행 성공 사례는 업계의 분위기를 긍정적으로 변화시키고 있습니다.

• 3-2. 연료전지의 경제성 및 기술적 과제

• 연료전지가 높은 초기 비용을 필요로 하지만, 20년 누적 총비용에서는 기존 엔진 시스템보다 경제성이 높을 수 있다는 점이 지적되고 있습니다. 연료전지를 선박에 적용할 경우, 기존 LNG선의 엔진룸에 연료전지를 장착했을 때 공간이 남는다는 의견도 있었습니다. 그러나 이런 전환에는 고내구성과 방폭성을 확보하는 기술적 과제가 남아 있습니다. 선박용 연료전지의 경우, 최소한 5년 이상의 내구성이 요구되며, 방폭 규정도 충족해야 합니다.

4. 국제 공동 연구 및 혁신

• 4-1. 한국에너지기술연구원의 EU와의 공동 연구

• 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지연’)은 유럽연합이 주관하는 ‘메라넷3(M-era.Net 3)’ 프로그램에 참여하여 수소연료전지 분야의 핵심 원천기술 공동 연구를 진행하고 있습니다. 이 연구는 2024년 7월부터 2027년 6월까지 3년에 걸쳐 진행되며, 에너지연은 국내 주관기관으로서 고성능 전극 촉매와 소재 연계 기술의 개발을 주도할 예정입니다. 총 5개의 기관으로 구성된 컨소시엄에는 에너지연과 더불어 오스트리아 기술연구소(AIT)와 프랑스 국립과학연구소(CNRS) 등이 참여하고 있으며, 이번 공동 연구는 25개 유럽연합 국가 및 비유럽 10개국과 함께 진행됩니다.

• 4-2. 수소연료전지 핵심기술 개발

• 에너지연의 공동 연구 과제 ‘히어로즈(HEROES)’의 핵심 목표는 에너지연이 보유한 코어-쉘 전극 촉매 기술을 활용하여 백금 촉매 사용량을 낮추는 것입니다. 이를 통해 연료전지 스택 비용을 기존보다 20% 절감하고, 에너지 전환 효율을 65% 이상 개선하여 세계 최고 수준의 소재 원천 기술을 확보하는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한, 최근 글로벌 공급망 문제로 인해 가격이 상승하고 있는 중심 금속의 사용량을 줄이거나 대체하는 기술 개발도 중요한 과제로 다뤄질 것입니다. 궁극적으로, CNRS와 에너지연의 기술을 통해 개발된 막전극접합체(MEA)와 IAG에서 개발한 셀을 적용하여 연료전지의 에너지 전환 효율을 65% 이상으로 향상시키는 것을 목표로 합니다.

5. 지역 에너지 개발과 투자

• 5-1. 수소연료전지 발전소 및 특화단지 설정

• 부산은 내년 1분기 중 ‘분산에너지 특화단지’ 선정 작업을 시작하여 각 지자체와의 경쟁이 본격화할 것으로 보입니다. 이 특화단지는 태양광, 풍력, 연료전지 등 작은 규모의 발전 설비가 자유롭게 전기를 공급할 수 있도록 해주는 제도와 관련이 있습니다. 특히, 부산시는 2027년까지 총 3곳의 특화단지를 설정할 계획이며, 현재 가장 유력한 후보지는 강서구 에코델타시티와 인근 산업단지입니다. 이러한 발전소와 특화단지 설정은 지역 에너지 투자 확대에 기여할 것입니다.

• 5-2. 고압가스 운송과 지역 경제 기여

• 하나유니트는 포항에 고압수소 운송용 트레일러와 매니폴드 제조 공장을 건립할 예정입니다. 이번 프로젝트를 통해 포항 블루밸리국가산단 인근에 142억 원을 투자하고 16개의 신규 일자리를 창출할 예정입니다. 포항시는 이러한 투자로 수소 산업 생태계의 다변화를 기대하고 있으며, 지속 가능한 수소 산업으로의 전환이 가능할 것으로 보고 있습니다. 또한, 포항시는 수소 연료전지 클러스터를 통해 수소특화단지를 조성할 계획이며, 이는 지역 경제에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다.

6. 분산에너지와 소규모 전력 생산

• 6-1. 분산에너지 특화지역 및 직거래 특례

• 정부는 분산에너지 정책을 통해 에너지위원회의 심의를 받아 지방자치단체장이 신청한 지역에 대해 분산특구를 지정할 수 있는 제도를 운영하고 있습니다. 이 분산에너지 특화지역은 에너지위원회에서의 심의와 산업부의 승인을 통해 정해지며, 여기서 에너지사업자는 전력시장을 통하지 않고 사용자에게 직접 전기를 공급할 수 있는 전력 직접거래 특례를 적용받게 됩니다. 이러한 조치는 지역에서 생산된 에너지가 지역 내에서 소비되는 '지산지소(地産地消)'형 전력 시스템을 구현하자는 목표에 부합합니다. 산업통상자원부는 2023년 6월에 시행된 분산에너지법에 따라 전력수요 유치형, 공급자원 유치형, 신산업 활성화형 등 세 가지 특구 유형을 제시하며, 각 지자체가 특화지역 계획을 수립할 수 있도록 가이드라인을 제공하고 있습니다. 이 가이드라인 발표에 이어 지자체가 특화지역 계획을 올해 안으로 수립하고 내년 1분기 동안 공모로 특구를 지정할 예정입니다.

• 6-2. 재생에너지 정책과 스마트 에너지

• 분산에너지는 태양광, 풍력 및 연료전지와 같은 신재생 에너지를 발전의 주체로 삼습니다. 이는 지역 밀착형으로 전력을 생산 및 소비할 수 있도록 하여 장거리 송전의 문제를 해결하고자 하는 정부의 의도를 반영합니다. 정부는 이러한 시스템의 도입을 통해 지역별 수요에 맞는 전력의 생산과 소비가 이루어지고, 전력 거래가 활성화될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 산업부는 분산에너지의 보급을 통해 장거리 송전으로 발생할 수 있는 여러 가지 문제를 덜고, 전기요금이 지역별로 차등화할 가능성에 대해 언급했습니다.

7. 산업 표준 및 규제 동향

• 7-1. 가스상세기준 제·개정 현황

• 2023년 상반기 동안 가스상세기준이 총 39종이 제·개정되었습니다. 이 가운데 액법 관련 상세기준이 20종으로 가장 많은 비중을 차지하였습니다. 가스기술기준위원회 사무국에 따르면, 2023년 1월부터 6월까지 진행된 심의·의결 과정 결과, 액법이 20종으로, 고법과 수소법이 각각 6건, 공통분야가 5건, 도법이 2건이었으며 대부분의 제·개정안은 2개월 이내에 산업통상자원부를 통해 시행되었습니다. 이에 따라 2024년 2월에는 KGS AA234(가스용 신속 커플러 제조의 기준)와 같은 4종의 기준이 승인 및 공고되었으며, 6월에는 강원도 평창 LPG충전소의 폭발사고 후속 처리와 관련하여 고정형 CCTV 설치 기준을 포함한 개정안 9종이 심의·의결되어 의무화되었습니다.

• 7-2. 수소연료전지 기술기준 개발

• 한국에서는 수소 연료전지의 기술기준 및 기술규격을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 2024년 한국지식정보기술학회 논문지에 실린 연구에서는 수소 경제의 선도국가로 자리매김하기 위한 정부의 정책 추진이 언급되었습니다. 연구에서는 수소 트램을 상용화하기 위한 기술 표준 개발의 필요성이 강조되었으며, 현재 대전, 울산, 제주에서 수소 트램 도입이 추진되고 있습니다. 이러한 기술 기준 개발을 통해 새로운 산업 클러스터를 형성하고 지역 경제를 활성화하며, 기존의 철도 기술 경쟁력을 강화하는 방안도 논의되고 있습니다.

8. 탄소저감 및 친환경 모빌리티

• 8-1. 이산화탄소 육상저장 시범사업

• 이산화탄소 육상저장 시범사업은 탄소 저감 기술의 일환으로, 대기 중의 이산화탄소를 포집하여 육상에 저장하는 프로젝트입니다. 이 사업은 한국 정부와 다양한 기업들이 협력하여 진행하고 있으며, 이산화탄소의 안전한 저장 방법과 그 효과를 검토하기 위한 시험 목적을 가지고 있습니다.

• 8-2. 친환경 모빌리티와 전기차 산업

• 친환경 모빌리티는 지속 가능한 미래를 위한 필수 요소로, 전기차 산업의 발전과 밀접하게 연관되어 있습니다. 현대차는 2024년 신형 넥쏘를 출시하였으며, 이 차량은 한 번 충전으로 최대 800km를 주행할 수 있는 성능을 보유하고 있습니다. 현재 전기차 및 이차전지 산업에서 한국의 주요 제조사들은 시장 점유율 확대를 위해 새로운 모델 출시와 기존 모델 성능 향상에 주력하고 있습니다. 한편, 테슬라는 최근 배터리 제조사 정보를 공개하며 소비자의 신뢰를 얻고 투명성을 강화하였으며, 전고체 배터리 기술 개발에도 힘쓰고 있습니다. Samsung SDI와 LG 에너지 솔루션은 각각 2027년과 2030년 양산을 목표로 하고 있습니다.

9. HD한국조선해양의 수소연료전지 시장 진출

• 9-1. HD하이드로젠의 컨비온 인수

• HD한국조선해양은 자회사 HD하이드로젠을 통해 수소연료전지 시장에 본격적으로 진출하였습니다. 최근 HD한국조선해양은 연료전지 시스템 분야의 글로벌 리딩기업인 ‘컨비온(Convion)’을 약 7200만 유로(약 1067억원)에 인수한다고 발표했습니다. 컨비온은 2012년에 설립된 핀란드 헬싱키에 위치한 고체산화물 연료전지(SOFC)와 고체산화물 수전해전지(SOEC) 생산 전문기업으로, 상업용 SOFC 발전 시스템 기술 및 공급 실적을 보유하고 있습니다. HD한국조선해양은 이 기술이 미래 청정에너지로 평가받고 있으며, SOFC와 SOEC 기술이 수소에너지의 핵심 기술로 작용할 것이라고 언급하였습니다. 또한, HD한국조선해양은 컨비온의 고온 작동 특성을 고려할 때 기술적 난이도가 높고 개발 기간이 길어 선점 효과를 기대한다고 설명했습니다.

• 9-2. 수소연료전지 시장 전망

• 국제전력기구(IEA)와 국제재생에너지기구(IRENA)의 보고서에 따르면, 수소연료전지 및 수전해 시장은 육상 발전을 중심으로 매년 평균 30%씩 성장하고 있습니다. 시장 규모는 2023년 2조5000억원에서 2030년에는 약 17조원 규모로 확대될 것으로 전망하고 있습니다. 특히 2040년에는 선박용 수소연료전지의 사용이 본격화되며 수전해 기술이 상용화될 것으로 예상되어, 시장 규모는 55조 원에 이를 것으로 보입니다. HD한국조선해양은 이러한 시장 특징을 반영하여 투트랙 전략을 통해 시장 선점을 목표로 하고 있으며, HD하이드로젠을 통해 국내 발전용과 선박용 사업을 추진하고 컨비온이 연료전지 핵심 기술 개발과 유럽 내 사업을 맡는 형태로 진행될 것입니다.

결론

• 리포트의 주요 발견은 한국의 수소 및 친환경 에너지 전략이 국제적으로 경쟁력을 갖추고 있음을 보여줍니다. 한국선급의 탈탄소화 노력은 환경 규제가 강화되는 가운데 시사하는 바가 크며, 연료전지 기술의 경제성은 장기적 산업 발전에 기여할 것입니다. 한국에너지기술연구원의 국제 공동 연구는 기술 혁신을 가속화하며 글로벌 경쟁력을 더하게 합니다. 하나유니트의 포항 공장 건립은 지역의 산업 구도를 바꾸는 데 중요한 역할을 하고, 산업통상자원부의 정책은 지역 내 에너지 자급을 촉진합니다. 또한, 포스코홀딩스의 탄소저감 기술과 현대차의 친환경 모빌리티 전략은 지속 가능한 사회를 구축하는 데 일조하고 있습니다. 이러한 동향에도 불구하고, 기술의 상용화와 지속 가능한 발전을 위해 추가적인 연구와 정부의 지원이 절실합니다. 향후 더 많은 지역 및 산업 분야에 이를 확대 적용하기 위해 지속적인 모니터링과 개선이 필요하며, 이는 한국이 글로벌 에너지 시장에서 선도적인 위치를 유지하는 데 필수적입니다.

용어집

• 한국선급 [회사]: 한국선급(KR)은 선박 검사를 통해 안전과 품질을 보장하는 기관으로, 탈탄소 전략을 선도하여 선박 산업의 환경 보호에 기여하고 있습니다.

• 한화에어로스페이스 [회사]: 한화에어로스페이스는 항공기와 선박용 연료전지 기술을 개발하고 있으며, 초기 비용에도 불구하고 장기적인 경제성을 인정받고 있습니다.

• 한국에너지기술연구원 [연구 기관]: 한국에너지기술연구원은 수소연료전지 기술 개발을 위해 EU와의 공동 연구에 참여하고 있으며, 친환경 에너지 전환을 촉진하고 있습니다.

• 하나유니트 [회사]: 하나유니트는 고압가스 운송용 배관 및 설비를 제조하는 회사로, 포항에 공장 건립을 통해 지역 수소 산업 발전에 기여하고 있습니다.

• 산업통상자원부 [정부 기관]: 산업통상자원부는 분산에너지 특화지역 지정과 가이드라인 발표를 통해 새로운 에너지 정책을 추진하고, 지역 에너지 자립을 목표로 하고 있습니다.

• 포스코홀딩스 [회사]: 포스코홀딩스는 폐갱도를 활용한 이산화탄소 육상저장 사업을 추진하여 혁신적인 탄소 저감 기술을 개발하고 있습니다.

• 현대차 [회사]: 현대차는 전기차 및 수소모빌리티 전략을 통해 미래 모빌리티 산업을 이끌고 있으며, 다양한 혁신 기술을 도입하고 있습니다.

출처 문서

• 수소 및 친환경 에너지: 한국의 최신 동향 및 발전 전략 분석go-public-report-ko-0253389f-a54e-4f49-9e89-50c5657da9e5-0-0
• HD한국조선해양, 55조 원 글로벌 수소연료전지 시장 선점 나서 - 인더스트리뉴스http://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=54982