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2021년부터 적용될 신(新)기후변화협약체제인 파리협정(Paris Agreement)이 2015년 12월에 제21차 파리 기후변화협약 당사국총회(COP21)에서 채택되었다. 이로써 195개 모든 당사국이 감축목표를 자율적으로 설정하고 지구기온 상승을 2℃보다 더 낮게, 1.5℃ 이하로 제한하기 위한 노력에 합의했다.
 
이는 단순한 감축목표 제시를 넘어 지속가능한 발전으로의 패러다임 전환을 의미하며, 개도국만 감축의무 대상이었던 교토의정서와 다르게 모든 당사국은 스스로 결정한 국가별 자발적 온실가스 감축방안(INDC)을 이행하며 5년마다 달성여부를 점검 받고, 강화된 목표를 제출해야 한다.
 
이로 인하여, 무공해 청정에너지원인 신재생에너지의 활용은 반드시 요구되고 있으며, 그 중 연료전지 발전은 상대적으로 설치 면적이 작아 안정적인 전력공급 및 효율적인 설치가 가능해 국내외에서 보다 주목하고 있다. 기존 발전 시스템은 환경유해물질 때문에 외곽 지역에서 발전하여 전기를 원거리로 공급하고 있지만, 연료전지 발전 시스템은 에너지 수요처에 바로 설치하고 에너지를 직접 공급할 수 있기 때문에 별도의 송배전망도 필요하지 않다. 특히, 국내에서는 2011년 9월 15일 정전대란으로 연료전지 중심의 분산전원 및 소규모 발전의 확대가 필요하다는데 의견이 모아지고 있으며, 더불어, 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)가 실시되고 신재생에너지 공급인증서(REC) 가중치도 태양광(1.5)보다 높은 2.0을 부여받으면서 활성화에 기대감이 실리고 있다.
 
글로벌 총 연료전지 출하대수는 2010년 17,700대에서 연평균 32.2% 성장률을 보이며, 2015년에는 71,500대로 급성장하고 있다. 애플리케이션별로 살펴보면, 고정용(Stationary)이 49,000대로 전체 대비 68.5%의 압도적인 비중을 차지하였으며, 이어 이동전원용 17,600대(24.6%), 수송용 4,900대(6.9%) 순으로 나타났다.
용량별로도 역시 고정용(Stationary)이 203.2MWs로 가장 높았으며, 수송용 138.7MWs(40.5%), 이동전원용 2.7MWs(0.2%), 순으로 나타났다.
 

 
한편, 친환경차 주도권 경쟁이 치열한 자동차업계에서도 기술의 방향성은 수소연료전지차가 최종 목표라고 분석되고 있다. 아직까지는 수소탱크의 위험성, 미흡한 인프라 등의 해결해야할 과제가 많지만, 이미 국내 현대자동차와 일본의 토요타, 혼다가 수소연료전지차를 양산하고 있으며, 이어 닛산, 다임러, 포드, BMW, 기아차 등 많은 글로벌 완성차 업체들이 출시를 준비 중에 있기 때문에 관련 시장은 급성장할 것으로 전망되고 있다.
 
가정용 연료전지 분야에서는 각종 보조금제도와 연료전지 전용 가스요금제 등의 정책이 뒷받침하고 있는 일본의 ‘에너팜(Ene-Farm)’이 누적보급 20만대를 넘어서면서 성공사례로 주목받고 있다. 이는 2015년 금액 기준으로 글로벌 시장의 94%를 일본 수요가 차지하고 있다는 자료도 있다. 하지만, 국내 가정용 연료전지 보급은 2010년 첫해 957대에서 2014년 175대로 점차 감소세를 보이고 있다.
 
이에, IRS글로벌은 수소ㆍ연료전지 관련 산업에 관심이 있는 기관ㆍ업체의 실무담당자들에게 연구개발, 사업전략 수립의 기초자료를 제공하기 위하여 본서를 기획하였다.
 
본서는 먼저, 연료전지의 주 원료로 주목받는 수소에 대한 기술개발 동향과 주요국 대응 전략을 살펴보고, 이어 수요분야별 연료전지에 대한 국내외 시장 현황 및 핵심기술 개발동향과 주요 실증모델들을 면밀히 조사ㆍ분석하였다. 또한, 주요국별 정책 추진 동향과 국내외 주요 업체별 사업전략까지 철저히 분석하여 수소ㆍ연료전지 관련 산업에 대한 전반적인 이해를 돕고자 하였다.

 
 
Ⅰ. 수소에너지 개발 동향과 주요국별 대응 전략
 
1.  수소의 개요
  1-1. 수소의 특징
  1-2. 수소의 용도
  1-3. 수소 제조 기술 개발 동향
  1-4. 국내외 수소 시장 규모
 
2. 수소에너지 상용화로 인한 변화
  2-1. 에너지 절약 및 환경부하 감소
  2-2. 연관 산업 육성
 
3. 수소에너지에 대한 주요 국가ㆍ국제기구별 대응 전략
  3-1. 주요국별 수소에너지에 대한 대응 전략
    1) 미국
      (1) 연방 정부
      (2) 캘리포니아주
      (3) 수소 공급 체계
    2) 일본
      (1) 수소 발전 및 공급 시스템 확립 정책
      (2) 추진 현황
    3) 독일
      (1) 연방 정부
      (2) 수소 공급 체계
    4) 영국
    5) 인도
      (1) 수소 생산 관련 실행 및 재무 계획
      (2) 수소 저장 및 활용분야에 관한 실행 및 재무 계획(수송용 제외)
      (3) 지적재산권, 정부ㆍ민간 합작, 안전, 기준, 인식 및 인적자원
    6) 한국
      (1) 수소 산업에 대한 대응 동향
      (2) 수소융합얼라이언스
  3-2. 국제 기구별 수소에너지에 대한 대응 전략
    1) 국제 에너지기구(IEA)
      (1) 수소 실시협정(HIA)
      (2) 첨단 연료전지 실시 협정(AFCIA)
    2) 국제 수소연료전지 파트너십(IPHE)
    3) 수소위원회(Hydrogen Council)
 
4. 수소 에너지 관련 기술 개발 동향
  4-1. 수소 제조 분야 기술
    1) 부생수소
    2) 화석연료개질
    3) 수전해(물의 전기분해)
    4) 바이오매스의 열분해
    5) 물의 열분해
    6) 광촉매에 의한 수전해(인공광합성)
    7) 바이오프로세스
  4-2. 수소 수송ㆍ저장 기술 분야
    1) 고압가스 수소수송
    2) 액화수소수송
    3) 유기하이드라이드
    4) 파이프라인 수송
    5) 암모니아
    6) 수소흡장합금
    7) 메탄화
  4-3. 수소 충전 기술 분야
    1) 수소 충전소 종류
    2) 충전기술
    3) 계량 관리
    4) 품질 관리
 
Ⅱ. 국내외 연료전지 시장 전망과 정책 추진 동향
 
1. 연료전지 개관
  1-1. 연료전지 개념과 작동원리
    1) 연료전지 개념과 개발 이력
      (1) 개념
      (2) 개발 이력
    2) 연료전지 작동원리
      (1) 연료전지(시스템) 원리
      (2) 수소가스의 공급
  1-2. 연료전지 시스템 구조
    1) 개질기(Reformer)
    2) 스택(Stack)
    3) 전력변환기(Inverter)
    4) 주변보조기기(BOP, Balance of Plant)
  1-3. 연료전지 장단점 및 2차전지와의 차이점
    1) 연료전지의 장ㆍ단점
      (1) 장점
      (2) 단점
    2) 발전용 연료전지의 장ㆍ단점
    3) 수소연료전지차로서의 장ㆍ단점
    4) 2차전지와의 차이점
  1-4. 연료전지의 분류
    1) 인산형 연료전지(PAFC)
    2) 용융탄산염 연료전지(MCFC)
    3) 고체산화물 연료전지(SOFC)
    4) 고체고분자 연료전지(PEFC)
 
2. 국내외 연료전지 시장 동향과 전망
  2-1. 국내외 연료전지 시장 동향과 전망
    1) 세계 연료전지 시장 동향과 전망
      (1) 세계 시장 규모 전망
      (2) 연료전지 종류별 시장 규모
      (3) 연료전지 애플리케이션별 시장 규모
      (4) 주요 지역별 출하대수ㆍ출하용량 시장 규모
      (5) 글로벌 주요 기업별 연료전지 관련 매출 규모
      (6) 연료전지 서플라이 체인
      (7) 글로벌 주요 기업별 연료전지 관련 R&D 지출 규모
    2) 세계 수송용 연료전지 시장 동향과 전망
      (1) 세계 시장 규모 전망
      (2) 주요 지역별 판매 대수 전망
      (3) 주요 지역별 판매 매출 전망
  2-2. 주요국별 연료전지 시장 전망과 개발 동향
    1) 일본
      (1) 분야별 시장 규모 전망
      (2) 정치용 연료전지 시장
      (3) 가정용 연료전지 시장
      (4) 연료전지차 시장
      (5) 주요 업체별 연료전지 상용화 계획
    2) 미국
      (1) 발전용 연료전지
      (2) 수송용 연료전지
    3) 독일
    4) 중국
      (1) 수송용 연료전지
    5) 인도
      (1) 최근 동향
      (2) 연료전지 종류별 개발 동향
  2-3. 국내 연료전지 시장 동향과 전망
    1) 생산 및 보급 동향
      (1) 연료전지 생산량
      (2) 연료전지 발전량
      (3) 연료전지 보급용량
    2) 산업 동향
      (1) 기업체 현황
      (2) 고용 인원 현황
      (3) 매출 현황
    3) 연료전지차 판매 동향
    4) 가정용 연료전지 동향
    5) 서울시 연료전지 보급 동향
 
3. 국내외 수소ㆍ연료전지 관련 정책 추진 동향
  3-1. 일본
    1) 연료전지 육성 정책
      (1) 정치용 연료전지
      (2) 수송 분야에 대한 수소의 이용ㆍ활용
    2) 육성정책 추진현황
      (1) 정치용(定置用) 연료전지
      (2) 수송 분야에 대한 수소의 이용 및 활용
  3-2. 미국
    1) 분산발전용 연료전지 분야
      (1) 캘리포니아
      (2) 매사추세츠
      (3) 뉴저지
      (4) 뉴욕
      (5) 펜실베니아
      (6) 로드아일랜드
    2) 연료전지차 및 수소 공급 인프라 분야
      (1) 캘리포니아 (ZEV MOU)
      (2) 코네티컷 (ZEV MOU)
      (3) 매사추세츠 (ZEV MOU)
      (4) 뉴욕 (ZEV MOU)
      (5) 콜로라도 (NON-ZEV-MOU)
      (6) 네브라스카 (NON-ZEV-MOU)
      (7) 펜실베니아 (NON-ZEV-MOU)
      (8) 워싱턴 (NON-ZEV-MOU)
    3) 연료전지 버스 분야
  3-3. 유럽
    1) 유럽 연합(EU)
      (1) FCH-JU(Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking)
      (2) Super Credits 제도
    2) 주요국별 수소연료전지차ㆍ수소 인프라 추진 동향
      (1) 독일
      (2) 영국
      (3) 프랑스
  3-4. 중국
    1) 에너지 기술 혁명의 혁신 행동 계획(2016~2030년)
      (1) 중점 분야
      (2) 목표
    2) 수소차 육성 정책
  3-5. 인도
    1) 연료전지
      (1) 실행 및 재무 계획
      (2) 연료전지 개발 일정 및 재무계획표
    2) 수소연료전지차
      (1) 실행 및 재무 계획
  3-6. 한국
    1) 연료전지 분야
      (1) 발전용 연료전지
      (2) 건물용ㆍ가정용 연료전지
    2) 수소연료전지차 분야
      (1) 수소차 보급 및 시장 활성화 계획(2015.12.)
      (2) 전기차ㆍ수소차 발전전략
      (3) 수소버스 보급 추진(2016.03.)
 
Ⅲ. 수요분야별 연료전지 개발동향과 실증사례 분석
 
1. 수송용 연료전지 분야 개발동향과 실증사례 분석
  1-1. 수소연료전지차 개발동향과 시장전망
    1) 수소연료전지차(FCEV)의 기술 개요
      (1) 개념
      (2) 분류
      (3) 구조
      (4) 구동원리
      (5) 특징 및 장단점
    2) 수소연료전지차(FCEV)의 시장동향과 전망
      (1) 글로벌 시장 동향과 전망
      (2) 주요국의 수소연료전지차 경쟁
      (3) 국내 시장 동향과 전망
      (4) 수소연료전지차(FCEV)와 순수전기차(BEV) 비교
    3) 주요 모델별 수소연료전지차 개발 동향
      (1) Hyundai – TUCSON ix Fuel Cell
      (2) Toyota – MIRAI
      (3) Honda - Clarity
      (4) Daimler - B-Klasse F-Cell FCEV
      (5) Audi - h-tron quattro concept
    4) 국내외 수소충전소 구축 동향
      (1) 수소충전소 개요
      (2) 글로벌 수소충전소 동향
      (3) 국내 수소충전소 동향
  1-2. 연료전지 버스
    1) 특징 및 최근 동향
    2) 국내외 주요업체별 개발 및 출시 동향
      (1) 토요타자동차
      (2) 현대자동차
    3) 국내외 주요 실증 사례 분석
  1-3. 연료전지 포크리프트(지게차)
    1) 원리와 특징
    2) 글로벌 포크리프트(지게차) 시장규모
      (1) 세계 주요 지게차 시장 규모
      (2) 세계 주요 지게차 메이커 매출 규모 추이
    3) 개발 동향과 도입 사례
      (1) 토요타 자동직기ㆍ이와타니산업
      (2) Kalmar

2. 발전용 연료전지 분야 개발동향과 실증사례 분석
  2-1. 개관 및 최근 동향
  2-2. 주요 업체별 개발 동향
    1) FuelCell Energy
    2) 포스코에너지
  2-3. 주요 실증사례 분석
    1) 미국 롱아일랜드섬
    2) 영국 Protos 산업단지
    3) 경기그린연료전지발전소
    4) 노을연료전지발전소
 
3. 건물용ㆍ가정용 연료전지 분야 개발동향과 실증사례 분석
  3-1. 가정용 연료전지 분야
    1) 개관 및 최근 동향
    2) 주요 업체별 개발 동향
      (1) 파나소닉
      (2) 아이신정기
  3-2. 건물용 연료전지 분야
    1) 개관 및 최근 동향
    2) 주요 업체별 개발 동향
      (1) 교세라(Kyocera)
      (2) 미우라공업(주)
      (3) Bloom Energy
      (4) AFC Energy
    3) 주요 실증사례 분석
      (1) 미니스탑 - 교세라의 업무용 SOFC로 실증 실험
      (2) 포라이트(주) - 제조업에서 연료전지 도입
      (3) Hartford - 마이크로그리드
      (4) Trinity College – 교내 전력과 스팀 공급
      (5) Bridgeport University
 
4. 최근 국내외 수소ㆍ연료전지 관련 연구개발 동향
  4-1. 주요국별 연료전지 촉매 연구개발 동향
    1) 일본
      (1) 기초연구 개발동향
      (2) 응용연구 개발동향
    2) 미국
      (1) 기초연구 개발동향
      (2) 응용연구 개발동향
    3) 유럽
      (1) 기초연구 개발동향
      (2) 응용연구 개발동향
    4) 중국
      (1) 기초연구 개발동향
      (2) 응용연구 개발동향
    5) 한국
      (1) 기초연구 개발동향
      (2) 응용연구 개발동향
  4-2. 최근 국내외 주요 연구개발 사례 분석
    1) 해외
      (1) 일산화탄소로 발전하는 연료전지 촉매 개발(일본)
      (2) 암모니아로 연료전지용 수소 제조(일본)
      (3) 하수오니를 이용한 수소 제조(일본)
      (4) 폐플라스틱에서 제조한 수소 공급(일본)
      (5) 수소분리형 고성능 대형 탄소막 모듈 개발(일본)
      (6) 발전효율 65% 고효율화 기술 개발(일본)
      (7) 오줌을 원료로 한 저렴한 연료전지 개발(영국)
      (8) 미생물 연료전지 개발(미국)
      (9) 메탄을 이용한 미생물 연료전지 개발(미국)
    2) 국내
      (1) 가역 연료전지(나노 사이즈 촉매 개발)
      (2) 플렉시블 연료전지
      (3) 고체 산화물 연료전지(SOFC)용 연료극 소재 개발
      (4) 소형 고체산화물 연료전지 개발
      (5) 고체산화물 수전해전지(SOEC) 개발
      (6) 수소이온 세라믹 연료전지를 개발
      (7) ‘바이오 수소’ 생산
 
Ⅳ. 국내외 주요 업체 개발 동향과 사업 전략
 
1. 연료전지 분야 주요업체별 개발 동향과 사업전략
  1-1. 해외
    1) Panasonic(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
      (3) 해외 진출 동향
    2) Kyocera(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    3) Aisin Seiki(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
      (3) 해외 진출 동향
    4) Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd.(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    5) FuelCell Energy(미국)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    6) Bloom Energy(미국)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    7) Plug Power(미국)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    8) Ballard Power System(캐나다)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    9) PowerCell AB(스웨덴)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    10) Proton Motor(독일)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    11) AFC Energy(영국)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
  1-2. 국내
    1) 포스코에너지
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    2) 두산퓨얼셀
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    3) 에스퓨얼셀
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    4) 미코
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    5) 경동나비엔
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    6) STX중공업
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    7) 엘티씨
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    8) 코오롱인더스트리
      (1) 기업개요
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    9) 시노펙스
      (1) 기업개요
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
 
2. 수소연료전지차 분야 주요업체 개발 동향과 사업전략
  2-1. 해외
    1) Toyota(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    2) Honda(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
  2-2. 국내
    1) Hyundai
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
 
3. 수소 분야 주요업체 개발 동향과 사업전략
  3-1. 해외
    1) Iwatani Corporation(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    2) Kawasaki Heavy Industries(일본)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    3) Hydrogenics(캐나다)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    4) ITM Power(영국)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
    5) Nel Hydrogen(노르웨이)
      (1) 일반 현황 및 실적 추이
      (2) 개발 및 사업 추진 현황
  3-2. 국내
    1) SPG케미칼/SPG산업
    2) 덕양