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수소경제를 실현하기 위해 전략적으로 중요한 그린 에너지인 수소는 널리 주목을 받고 있으며, 시장 성장세를 보이고 있다. 저소음ㆍ제로에미션에다 효율적으로 연료 에너지를 변환할 수 있는 수소 연료전지는 고정 발전소뿐 아니라 자동차, 선박, 열차 등에도 적용이 확대되고 있다.

이미 전 세계적으로 급부상하고 있는 수소 경제의 핵심으로 주목받고 있는 수소자동차는 아직 수소생산 시스템, 수소탱크의 위험성, 미흡한 인프라 등의 선결 과제가 많지만, 향후 친환경차 주도권 경쟁이 하이브리드(HV)→전기차(EV)→수소차(FCEV) 순으로 진행된다는 점에는 그다지 이견이 많지 않다.

수소와 연료전지는 이미 몇몇 분야에서 실용화되었지만, 그 중에서도 특히 자동차 분야에서의 상용화가 빠르게 확대되고 있다. 자동차 산업의 라이프사이클이라는 관점에서 보면, 내연기관 자동차는 성숙기를 맞이했으며, 기존의 완성차 업체는 신에너지 자동차 산업의 육성을 바탕으로 변혁의 속도를 높이고 있다. 대형 자동차 회사 중에는 수소 연료전지 자동차의 개발ㆍ상용화에 주력하는 곳도 증가하고 있다.

2021년(1~8월) 세계 각국에 등록된 수소자동차의 총 판매대수는 전년 동기 대비 91.7% 증가한 1만 1,200여대를 나타냈다. 그중 현대의 수소차 넥쏘가 약 50% 이상의 점유율 차지하며 출시 3년 만에 누적 판매 대수 1만대의 실적을 달성하기도 했지만, 2021년에는 토요타의 미라이 2세대 신모델이 시장 성장세를 이끌었다고 평가되고 있다.

이에, 현대차는 가격과 부피는 낮추고 내구성과 출력을 크게 올린 수소연료전지시스템을 선보이며, 앞으로 내놓을 모든 상용 신모델은 수소전기차 또는 전기차로만 출시하고 2028년까지 모든 상용차 라인업에 수소연료전지시스템을 적용하겠다는 로드맵을 최근 발표한 바 있다.

우리 정부도 오는 2040년까지 수소전기차 620만 대(글로벌 누적 합계) 보급을 목표로 설정했다. 이를 위해 수소전기차와 연료전지를 양대 축으로 삼고, 수소 생태계를 구축할 예정이다. 수소전기차 활성화를 위한 핵심 과제인 수소충전소 구축도 2040년까지 전국에 1,200개소로 확대한다는 로드맵을 발표했다.

이를 뒷받침하기 위해 정부는 전극의 백금 손실 최소화, 전해질막 두께 저감 등을 통해 에너지손실 저감 개발 등을 육성하여 이미 확보하고 있는 세계 최고 수준의 성능(스택 효율)을 5%p 향상시키고, 고내구성ㆍ장거리주행이 요구되는 글로벌 상용차시장 선점을 위해 수소차 내구성ㆍ주행거리 한계돌파에 선도적으로 도전한다는 전략을 추진하고 있다.

또한, 우리나라뿐만 아니라 세계 주요국들이 수소연료전지차를 개발하기 위해 민ㆍ관이 대규모의 투자를 아끼지 않고 있다. 이미 국내를 포함한 유럽ㆍ북미 등에서 시장이 창출되어 2025년에는 자동차 시장의 30%까지 증가할 것으로 전망되고 있으며, 이는 수소 경제 활성화의 기반이 될 것으로 기대되고 있다.

이에 IRS글로벌에서는 국내외 수소연료전지차(FCEV)와 수소충전소 관련 기술개발 동향과 비즈니스 현황들을 종합적으로 분석 정리하여 관련 분야에 관심을 갖고 계신 분들께 미력하나마 도움을 드리고자 본서를 기획, 출간하게 되었다.

모쪼록 미력하나마 사업기획과 마케팅전략 수립에 참고 자료로 도움이 되기를 바랍니다.

Ⅰ. 수소경제를 견인할 수소자동차

1. 주요국별 수소경제 대응 전략

  1-1. 탄소중립(Net-Zero)

    1) 탄소중립(Carbon Neutral) 개념

    2) 탄소중립정책(시장기반) 추진 동향

      (1) 탄소배출권거래제

      (2) 탄소세

      (3) 탄소국경조정세

    3) 탄소중립정책(非시장기반) 추진 동향

      (1) 직접 규제

      (2) 공공투자

    4) 탄소중립과 수소경제

  1-2. 수소경제 개요

    1) 수소경제의 개념

    2) 수소경제의 주요 의미

      (1) 에너지 체계의 변화

      (2) 수소 공급체계의 다원화

      (3) 기술혁신 촉진과 신산업의 창출

    3) 수소 경제 전망

  1-3. 주요국별 수소경제 대응 전략

    1) 미국

      (1) 바이든 정부의 수소 경제

      (2) 주요 기업별 수소경제 사례

    2) 일본

      (1) 수소연료전지 전략 로드맵

      (2) 수소 서플라이체인 구축전략

    3) 유럽연합(EU)

      (1) 수소 기술의 실용화와 보급을 위한 전략 발표

      (2) 저탄소 수소도 투자 대상

      (3) 수소 전략을 추진하기 위해 관민 협동 플랫폼 설립

      (4) 예산 및 투자지원 계획

    4) 독일

      (1) 생성 방법에 따른 수소의 4가지 분류

      (2) 국가 수소 전략

      (3) 보다 야심적인 시책을 요구하는 산업계

      (4) 진행되고 있는 주 정부의 시책

      (5) 기업에 의한 수소 사업 추진 가속

    5) 프랑스

      (1) 정부의 목표ㆍ방침

      (2) 정부의 파일럿 프로젝트

      (3) 가속화되는 지방자치체의 시책

      (4) 수소 보급을 위한 시책에 대한 평가

    6) 스웨덴

      (1) 건설 분야에서의 수소 기술 활용

      (2) 태양광발전의 전력으로 인해 수소를 제조

      (3) FCEV 보급 동향

    7) 중국

      (1) 수소 사회를 위한 대응

      (2) 지역별 발전 계획

      (3) 수소 에너지 도시 경쟁력 랭킹 발표

    8) 호주

      (1) 수소 관련 정책 및 규제

      (2) 수소 산업 지원을 위한 펀드 설립

  1-4. 국내 수소 경제 대응 전략

    1) 수소경제활성화 로드맵(’19.1.17.)

      (1) 수소 모빌리티

      (2) 에너지 분야

      (3) 수소 생산

      (4) 저장ㆍ운송

      (5) 전주기 안전관리 체계 확립 및 수소산업 생태계 조성

    2) 수소법 제정(‘20.02.04)

    3) 2차 수소경제위원회(‘20.10.15)

      (1) 수소 발전 의무화 제도 도입

      (2) 추출수소 경쟁력 확보방안

      (3) 수소시범도시 기본계획 및 ‘수소도시법’ 제정방안

      (4) 제1차 수소경제위원회 후속조치 추진현황

      (5) ‘수소법’ 하위법령 제정 추진현황

    4) 3차 수소경제위원회(‘21.03.02)

      (1) 수소경제 민간투자 계획 및 정부 지원방안

      (2) 2021년 수소경제 전담기관 사업계획

      (3) 서울 수소 체험박물관 건립계획

    5) 수소경제 성과 및 수소선도국가 비전

      (1) 수소경제 성과

      (2) 수소선도국가 비전

2. 수소 밸류체인별 기술 동향

  2-1. 제조 분야

    1) 수전해

    2) 부생가스 정제

    3) 개질 정제

  2-2 저장ㆍ운송

    1) 압축 수소

    2) 배관 운송

    3) 액화 수소

    4) 수소 저장 합금

    5) 유기 하이드라이드

  2-3. 공급

    1) 정치형 압축 수소 스테이션

    2) 주유소 병설형 수소 스테이션

  2-4. 애플리케이션

    1) 정치형 연료전지

    2) FC 모빌리티

3. 수소자동차ㆍ수소충전소 기술개발 동향

  3-1. 수소자동차 기술 개요

    1) 개념

    2) 분류

    3) 주요 특징

      (1) 장점

      (2) 단점

    4) 구조

      (1) 스택(Stack)

      (2) 운전장치

      (3) 전장장치

      (4) 수소저장장치

    5) 구동원리

    6) 안전성

      (1) 안전관리가 확보된 분야

      (2) 안전성

    7) 수소차와 전기차 비교

  3-2. 주요 업체별 개발 동향

    1) 현대자동차 수소차 전략

      (1) 주요 계획

      (2) NEXO FCEV 기술

      (3) 생산 확대 및 제휴 동향

      (4) 상용차에 수소전기차 모델을 배치

    2) 토요타 수소차 전략

      (1) 토요타의 수소 엔진차

      (2) EV 전환에 대한 위기감

      (3) 수소 엔진의 장점

      (4) 수소 엔진을 보급하기 위한 토요타의 전략

  3-3. 수소충전소 기술 개요

    1) 개념과 분류

      (1) 개념

      (2) 분류

    2) 수소 저장 기술

    3) 수소버스용 충전소

Ⅱ. 수소자동차 국내외 시장 전망과 정책 추진 현황

1. 수소연료전지차 관련 시장 동향과 전망

  1-1. 수소연료전지차 시장 동향과 전망

    1) 글로벌 시장 동향과 전망

      (1) 제조사별 판매 현황

      (2) 지역별 판매 현황

      (3) 수소자동차 트렌드

      (4) 수소 경쟁력

      (5) 시장 전망

    2) 수소 상용차 시장

      (1) 시장규모

      (2) 지역별 시장 및 개발 동향

      (3) 주요업체별 경쟁 구도

    3) 중국 시장 동향과 전망

      (1) 연료전지 상용화 추진

      (2) 시장 규모

      (3) 해외 업체들의 중국 시장 진출 현황

    4) 국내 내수 및 수출 동향

      (1) 내수

      (2) 수출

  1-2. 수소충전소 국내외 구축 동향

    1) 글로벌 수소충전소 동향

    2) 주요국별 구축 및 정책 동향

      (1) 일본

      (2) 미국

      (3) 유럽

      (4) 중국

    3) 국내 수소충전소 구축 현황

      (1) 시도별 구축 현황(2021년)

      (2) 향후 목표 및 실적

      (3) 수소 공동구매 시범사업

2. 수소차 관련 주요 참여업체의 사업 추진 동향과 전략

  2-1. 현대자동차

  2-2. 현대모비스

  2-3. 현대제철

  2-4. 현대글로비스

  2-5. 현대로템

  2-6. SK E&S

  2-7. SK가스

  2-8. 포스코

  2-9. 포스코인터내셔널

  2-10. 두산퓨얼셀

  2-11. 효성첨단소재

  2-12. 효성중공업

  2-13. 롯데케미칼

  2-14. 한국가스공사

  2-15. 일진하이솔루스

  2-16. 상아프론테크

3. 국내외 수소차 보급 및 시장 활성화를 위한 정책 및 참여업체 동향

  3-1. 국내 정책 추진 동향

    1) 수소자동차

      (1) 그간 추진 동향

      (2) 수소경제활성화 로드맵 이후

    2) 수소충전소

      (1) 수소경제 활성화 로드맵

      (2) 미래자동차 확산 및 시장선점 전략

      (3) 제4차 친환경자동차 기본계획

      (4) 수소버스용 충전소 실증사업

  3-2. 미국 

    1) 수소차ㆍ수소 스테이션 현황

    2) 참여업체 주요 동향

    3) 수소열차

  3-3. 중국

    1) 수소차

    2) 참여업체 주요 동향

    3) 해외 기업과의 파트너십 동향

    4) 수소연료전지차 모델 도시군

  3-4. 일본

    1) 수소차

    2) 수소충전소

  3-5. 독일

    1) 참여업체 주요 동향

    2) 수소버스ㆍ수소철도

  3-6. 네덜란드

    1) 수소차

    2) 수소선박

    3) 수소철도

  3-7. 프랑스

    1) 수소차

    2) 정책 및 협업 관련 현황

  3-8. 스웨덴

    1) 참여업체 주요 동향

      (1) PowerCell Sweden AB

      (2) Cell Impact AB와 나카니시 금속제작소의 MoU

      (3) Impact Coatings AB와 현대자동차의 공동 개발

  3-9. 영국

    1) 연료전지 광산용 트럭 개발

    2) 수소버스

  3-10. 오스트리아

Ⅲ. 수소자동차ㆍ수소충전소의 연구개발 및 특허 동향

1. 주요 분야별 기술개발 동향

  1-1. 수소 연료전지 시스템

    1) 개요

      (1) 개념

      (2) 분류

    2) 국내외 시장 동향과 전망

      (1) 세계 시장

      (2) 국내 시장

      (3) 주요 이슈

    3) 주요 기술개발 동향

      (1) 수소차

      (2) 기타 수소 모빌리티

  1-2. 전력공급 및 저장시스템

    1) 기술 개요

    2) 시장 동향과 전망

    3) 주요 기술개발 동향

    4) 국내 기술 수준과 연구개발 방향

  1-3. 수소충전용 장비 및 부품

    1) 기술 개요

    2) 국내외 시장 규모

      (1) 글로벌 시장

      (2) 국내 시장

    3) 주요 기술개발 동향

      (1) 실시간 수소충전시스템 모니터링

      (2) 수소가스 압축ㆍ액화수소 기술

      (3) 수소 충전용 장비ㆍ자재

      (4) 액체수소 저장탱크 개발

    4) 국내외 주요 업체별 개발 동향

      (1) 해외

      (2) 국내

  1-4. 수소차 부품 국산화 동향

    1) 기술 개요

      (1) 개요

      (2) 기술 분류

      (3) 필요성

    2) 관련 산업 동향

    3) 국내 연구 동향

      (1) 수소전기차용 고성능 고내구 가스켓용 탄성소재 및 적용기술 개발

      (2) 5kW급 모듈형 PEMFC 스택 및 시스템 국산화 기술개발

      (3) 듀얼 컨버터 방식의 25kW급 모듈형 연료전지 전력변환시스템 개발

      (4) FCEV 수소저장시스템 주변장치(Balance Of Tank) 수소누설 최소화 기술 개발

      (5) 수소 에너지 기반 전력 어플리케이션 활성화를 위한 고성능 연료전지 기술 개발

      (6) 수소연료전지용 가스켓 원천소재 및 부품/스택 연계 기술 개발

      (7) 알칼라인 하이드라진 연료전지 MEA용 100% 비귀금속 촉매 기술 개발

2. 수소자동차 관련 국내 로드맵 및 R&D 추진 동향

  2-1. 수소자동차 분야 중소기업형 기술 로드맵(2021-2023)

    1) 수소 연료전지 시스템

      (1) 핵심기술 리스트

      (2) 중소기업 기술개발 전략

      (3) 기술개발 로드맵 

    2) 수소차 부품 국산화

      (1) 핵심기술 리스트

      (2) 중소기업 기술개발 전략

      (3) 기술개발 로드맵 

    3) 전력공급 및 저장시스템

      (1) 핵심기술 리스트

      (2) 중소기업 기술개발 전략

      (3) 기술개발 로드맵 

    4) 수소 저장ㆍ운반용 복합 소재

      (1) 핵심 기술 리스트

      (2) 중소기업 기술개발 전략

      (3) 기술개발 로드맵

  2-2. 수소자동차 관련 국내 R&D 동향

    1) 수소트럭용 액체수소저장시스템 기술개발 기획연구

    2) 탄소중립합성연료(eFuel) 차량적용 기술개발 기획연구

    3) 극저온 단열소재의 액체수소 저장용기 적용 기술 개발

    4) 수소상용차 운행 환경을 고려한 극저온 단열소재 및 저장용기 적용성 평가 기술 개발

    5) 수소상용차 액체수소 저장용기용 극저온 단열소재 기술개발

    6) 수소상용차 액체수소 저장용기용 극저온 단열 소재 및 용기 적용 평가기술 개발

    7) 대형 상용차 수소저장시스템용 고압 대유량 요소부품 기술 개발

    8) 대형 상용차용 연료전지 스택 내구성 확보 운전기술 개발

    9) 수소자동차 연료전지 Stack을 위한 300kPa 이하급 결로 환경용 센서 ECU및 모듈 상용화 기술 개발

    10) 수소전기자동차용 16bar 레귤레이터를 위한 30bar급 내구력을 갖는 압력센서 통합형 체 및 모듈 상용화 기술 개발

    11) 수소 전기 자동차용 온도압력 복합 센서 처리 반도체 및 센서통합 모듈 상용화 기술 개발

    12) 상용 수소전기차용 70MPa급 대형 수소저장용기의 고속충전내화성능 및 생산성 향상 기술 개발

    13) AI 기반 전기차 및 수소차용 전력변환장치 혼류 생산자동화 시스템 개발

    14) 대형 수소상용차 충전시간 단축을 위한 멀티포트 충전기술 개발

    15) 수소전기차용 차세대 연료전지시스템 기술 개발

    16) 수소전기차용 연료전지 스택 고도화 기술 개발

    17) 경량화 대체 소재 기반 고성능 분리판 개발

    18) 연료전지 스택용 체결 및 패키징 부품 경량소형화 기술 개발

    19) 연료전지시스템 효율 향상을 위한 단위 셀 핵심기술 개발

    20) 800Volt 상용 수소 전기차 연료전지 내구성 확보를 위한 열관리 냉각팬 BLDC 모터 및 제어기 개발

    21) 레이저 용접 기술을 활용한 수소전기차용 차세대 금속분리판 제조 공정 기술 개발

    22) 대형 수소특장차 실도로 검증을 위한 운영 및 실증기술개발

    23) 대형 수소트럭 개조용 특장 요소부품 및 차량적용 기술 개발

    24) 비정형 수소저장장치 평가절차 및 검증 기술 개발

    25) 수소전기차용 비정형 수소저장용기 모듈 및 시스템 기술개발

    26) 공항특수차용 연료전지시스템 및 차량장착 기술 개발

    27) 대형 수소트럭 기반 특장차용 요소부품시스템 기술개발 및 실증

    28) 다중 입력 기반 전달토크 18000Nm 이상 다단 동력전달장치 기술 개발

    29) 대형 상용차용 다중모터 기반 400kW급 전기구동장치 기술 개발

    30) 다중 모터 기반 400kW급 고출력 다단 전기구동시스템 수소전기트럭 적용기술 개발

    31) 대형 수소전기트럭용 400kW급 다단 전기구동시스템 및 차량적용 기술 개발

    32) 토우 프리프레그 기반 수소저장용기 고속 와인딩 장비 개발

    33) 중대형 연료전지 상용차용 고전압 부스트 컨버터 기술개발

    34) 초고강도 탄소섬유 적용 경량 수소저장용기 및 고속 와인딩 기술 개발

    35) 수소자동차용 고강도 내취화 특성 동시 구현을 위한 고엔트로피 소재 및 seamless 튜브 제조 기술

    36) 토우프레그 적용 압력용기(700Bar 1400L급)를 활용한 1회 수소운송량 1ton 이상 총 20ton 이하의 튜브스키드 개발

    37) 수소연료전지 차량용 15kW급 터보형 2단 공기압축기 개발

    38) 수소전기차 고압연료시스템 요소부품 평가 검증기술 개발

    39) 대형 수소 및 일반버스의 자율주행기술을 실도로에서 검증하기 위한 실증기술 및 운영시스템 구축

    40) 수소택시 실증기반 수소저장 및 운전장치 요소부품 내구성 검증기술 개발

3. 수소차ㆍ수소충전소 관련 글로벌 연구개발 및 특허 동향 

  3-1. 수소차 연구개발 동향 분석

    1) 분석절차

    2) 연도별 연구 동향

    3) 인용 상위 연구

    4) 주요 단어 및 네트워크 분석

    5) 주제 분석

    6) 연구 주제별 평균 인용 수

    7) 연도별 주요 학술지

    8) 주제별 전망

  3-2. 수소 자동차 특허 동향 분석

    1) 분석절차

    2) 연도별 특허 동향

    3) 국가별 출원 동향

    4) 기업별 출원 동향

    5) 주요 단어 및 네트워크 분석

    6) 주요 특허

      (1) Control method and system for car-mounted fuel reformer

      (2) Production of alcohols from synthesis gases

      (3) Wholly aromatic copolyester

      (4) System for generating hydrogen and oxygen

      (5) Composition for suppressing infiltration of eosinophils

      (6) Condition managing system of storage battery for a movable body

      (7) Environment-protection and combustion-supporting device used on the int of an engine

      (8) Car dry-bright composition

      (9) Device of a micro mobile phone battery charger

      (10) Use of quaternized imidazoles as corrosion inhibitors for non-ferrous met and coolant compositions and antifreeze concentrates comprising them

      (11) Passenger car having a fuel tank mounted between the vehicle seats  method of making and using same

      (12) All electric motor vehicle

      (13) Reciprocating compressor

      (14) Personal renewable-energy fueling and storage station for electric-powered vehicles

      (15) Silane compositions, processes for their preparation and rubber compositi         containing same

      (16) Method for driving hydrogen internal combustion engine car

      (17) Carbon monoxide catalyst

      (18) Reciprocating system with buoyant aircraft, spinnaker sail, and heavy c         for generating electric power

      (19) Apparatus and method for on-board production of fuel for a fuel cell car

      (20) Filter

3-3. 수소 충전소 연구개발 동향 분석

    1) 분석절차

    2) 연도별 연구 동향

    3) 인용 상위 연구433 

    4) 주요 단어 및 네트워크 분석

    5) 주제 분석

    6) 연구 주제별 평균 인용 수

    7) 연도별 주요 학술지

    8) 주제별 전망

  3-4. 수소 충전소 특허 동향 분석

    1) 분석절차

    2) 연도별 특허 동향

    3) 국가별 출원 동향

    4) 기업별 출원 동향

    5) 인용 상위 특허

      (1) Hydrogen fueling with integrity checks

      (2) Method and system for tank refilling using active fueling speed control

    6) 주요 단어 및 네트워크 분석

    7) 주제 분석

    8) 평균 인용 수

    9) 주제별 전망