수소산업 시장의 성장 동향과
글. 이홍기 IEC TC 105 Fuel Cell Technology Committee수소 및 신에너지학회 회장
탄소중립에 핵심적인 역할이 기대되는 수소산업
지속 가능한 탄소중립 구현을 위한 기후변화 대응은 이제 경제정책 수립의 중요한 화두가 되었고 아울러 수소에너지는 저탄소 사회로의 전환을 위한 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대되고 있다.
‘고효율 무탄소 수소경제 사회’로의 전환 및 국내 에너지 자립도 기여에도 기여도가 매우 큰 대표적인 친환경 산업이다.
시장 잠재력이 큰 성장동력 산업이지만 기술 집적도가 높아 국가 간 글로벌 산업 주도권 확보를 위한 경쟁이 치열한 분야 중 하나이다.
수소‧연료전지 산업은 기존의 수소 생산, 저장, 운송 및 수소 충전 인프라 등 수소공급 분야와 연료전지자동차를 비롯한 기차, 선박 등의 다양한 수소활용 모빌리티 분야와 수소혼소 등의 발전용 활용 분야로 구분된다.
또한 재생에너지 연계 그린수소와 에너지 저장시스템, 암모니아 연관 산업과 향후 원자력 이용 수소 분야도 포함된다.
글로벌 수소산업 이슈 분석
수소생산분야에서 2023년 수소시장은 약 9천7백만 톤으로 추정되며 청정수소 생산은 1백만 톤 미만으로 적지만, 최종 투자(FID)가 결정된 프로젝트는 2030년까지 3백4십만 톤으로 수전해 1.9백만 톤(20GW), CCUS 1.5백만 톤의 점유가 예상된다.
발표된 수전해 프로젝트 용량은 약 520GW에 달하며 2023년도 투자가 결정된 청정수소 생산 프로젝트는 20GW이며, 이 중 중국이 40%를 차지하고 있어 중국이 전 세계 수전해 플랜트의 60%를 점유하고 있고, 태양광 사례와 같이 수전해시스템 저가화를 추진하고 있다.
최종적으로 청정수소 생산 단가는 2030년 현재의 절반 수준(2~9달러/kg)으로 하락할 것이며 화석연료와의 생산 단가 차이는 현재 1.5~8달러/kg이지만, 2030년 1~3달러/kg로 축소될 것으로 예측하고 있다.
수소활용에서는 수소모빌리티 산업이 우선적으로 진행 중이며 트럭, 버스 및 열차 등을 중심으로 세계시장이 성장하는 추세이다.
세계 수소자동차의 총판매량은 2022년도에는 전년 대비 83.0% 증가(SNE리서치)하였지만, 2023년 1월부터 11월까지 등록된 수소차 총판매량은 전년 동기 대비 27.4% 감소한 13,400대를 기록하였고 현대차의 넥쏘·일렉시티는 4,811대 판매로 55.0% 감소하였다.
그러나 토요타의 미라이 판매는 계속해서 증가해 3,678대 판매(13.5% 증가)하였고 중국(3,073대)은 수소 상용차를 중심으로 66.8% 성장해 한국과 함께 시장점유율 30%대(31.9%)를 기록하였다.
국내 판매량의 감소는 수소차 충전 인프라 부족, 수소 충전 비용 상승, 제한된 수소차 옵션 등이 시장 성장을 저해하는 요인으로 판단할 수 있다.
<표> 글로벌 수소 모빌리티 보급 현황
* 출처:글로벌 통계 ; IPHE 2024년 4월 기준, 한국 : 2024년 5월 말 기준, 중국 24년 6월 기준
수소산업에 대한 국제표준의 최신 동향
연료전지 기술 (Fuel Cell Technologies)에 대한 국제표준은, IEC/TC 105에서 다루고 있으며 1999년 설립되어 의장국은 한국(Hongki LEE)이며 간사국은 독일(Urmann David)이 맡고 있다. 20개국이 P-member이며 11개국이 O-member이다. 연료전지기술위원회의 국제표준 제정을 목표로 하는 범위는 다음과 같다.
❶ 모든 연료전지 시스템 및 분산형 발전기 및 열병합발전 시스템을 위한 고정형 연료전지 전력 시스템
❷ 추진 시스템과 같은 운송용 연료전지
❸ 보조 전원장치, 휴대용연료전지 전력시스템, 마이크로연료전지 전력시스템
❹ 역방향 작동 연료전지(수전해) 전력 시스템
❺ 일반 전기화학 흐름 시스템 및 프로세스와 같은 다양한 관련 응용 분야에 대한 연료전지 기술
국제표준에서의 2024년 주요 이슈 및 동향을 살펴보면 향후 상용화가 전망되는 신수요 모빌리티분야 국제표준 개발이 다양하게 추진 중이다.
드론·선박·열차·건설기계 등 연료전지시스템의 융합기술 분야에서 30년까지 38건 제정 예정으로 연료전지 component, 선박용 연료전지, 항공용 연료전지 및 자동차용 연료전지 부품소재에 대한 국제표준 제정이 2024년부터 활발히 진행 중이다.
일반적으로 미국은 마이크로연료전지, 수전해 및 안전, 일본은 고정형과 지게차용 연료전지, EMS, 유럽은 기차, 선박, 산업용 트럭에 사용되는 연료전지에 우위를 점하고 있고 중국은 드론과 트램 같은 향후 시장 확대가 기대되는 분야의 표준을 선도하고 있다.
우리나라는 마이크로 연료전지와 건설장비용 연료전지 및 폐연료전지 스택 재활용에서 두각을 나타내고 있다.
<그림> IEC TC 105 Fuel Cell Technology Committee의 구조(2024년 9월 기준)
선박용 연료전지 발전 시스템의 경우 형식시험 방법을 포함한 안전 요구사항이 진행 중이며 그 이유는 해운업은 전 세계 온실가스 배출량의 2% 이상을 차지하는 최대 온실가스 배출원 중 하나이기 때문이다. 국제해사기구(IMO)는 2023년에 수정된 온실가스 감축 전략을 채택하였다. IMO가 발표한 제4차 온실가스 연구에서 2050년에 국제 해운에서 온실가스 배출 net zero를 달성하기 위해 연간 총 온실가스 배출량을 2008년 대비 2030년, 2040년, 2050년에 각각 30%, 70%, 80% 감축을 목표로 하고 있다. 연료전지는 온실가스 배출과 선박 대기오염물질을 줄이는 유망한 솔루션 중 하나임을 확인하는 좋은 비즈니스 모델이 될 것이다. 기차용 연료전지의 성능평가는 JWG51에는 17개국 80명의 전문가가 참여하여 CD 출시 후 CC와 JRC의 의견이 접수되었고 최근 도쿄에서 워크숍을 개최, CDV 버전 작성에 동의한 상태이다. 이 외에도 MEA의 성능평가 방법, 바이폴라플레이트의 시험방법과 전극의 전기화학적 가속시험법 등도 현재 중국에서 제안되었다. 특히 주목할 점은 유럽에서 모빌리티용 스택의 규격화가 5년간의 연구 결과로 제안되어 시장의 파급효과가 상당하리라 예상된다. 미국에서는 연료전지자동차의 모든 부품에 대한 국제표준을 제정해야 한다는 의견에 대해 진지하게 고려되고 있다.
산업을 선도적으로 견인하는 KTR에 대한 기대
2024년도에 한국화학융합시험연구원은 청정수소 인증시험기관 선정에 이어 “수소차 폐연료전지 자원순환을 위한 시험·인증 특화센터 사업”에 선정되었다.
사용 후 연료전지 스택의 선별 기준 확보에 필요한 시험센터 운영으로 기술 기반 인프라 구축과 건물용·발전용·차량용·건설기계용 등 스택의 재사용 상용화 및 인증지원체계 구축을 목표로 하고 있다.
자원 순환성 제고뿐만 아니라 국내 기업의 수출 확대 및 투자로 이어지는 선순환 산업 프로세스 구축이 가능하며 연료전지 재사용을 통해 탄소중립 분야에도 상당한 기여가 예상된다.
세계 최초로 시도되는 사업으로 후속 사업의 확산성도 우수하며 사용 후 연료전지 스택의 선별 기준 개발로 이제는 기술성과 경제성이 확보된 미래의 시장과 소비자의 요구에 민감하게 반응할 수 있게 되었다.
수소제품의 시험과 인증뿐만 아니라 네트워크 구축을 통해 선제적인 핵심 역할이 기대된다. 또한 수소 관련 제품의 비약적인 시장 확대에 대응하여 KTR은 시장 출시 속도를 단축하고 AI 공정 혁신 등을 추구하여 다양한 비즈니스 모델을 선도적으로 제시하는 등 수소산업의 기대에 부응하여 대표적인 기관으로 성장하리라 판단한다.
