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2050 탄소중립 계획에 빠지지 않는 것이 수소의 활용이다. 각국 정부나 글로벌 기업들은 앞다투어 수소연료전지를 활용한 수소자동차, 수소발전 계획을 내놓고 있다. 수소자동차는 전기차에 비해 긴 주행거리와 짧은 충전시간에 이점이 있고, 연료전지를 활용한 발전은 높은 발전효율과 공간효율성으로 분산전원으로도 활용이 가능하기 때문에 주목을 받고 있다. 

 우드맥킨지 등에 의하면 글로벌 연료전지 시장은 2020년 약 1,000MW에서 연평균 30%로 고성장하여 2030년 27GW까지 시장이 확대될 것으로 예상된다. 이에 따라 달러기준 시장 규모도 2020년 40억 달러에서 2030년 200억 달러까지 확대될 전망이다. 한편 후지경제는 전 세계 연료전지 시스템 시장이 2021년도 3,734억 엔에서 2035년 12조 5,813억 엔으로 46.7배 성장할 것으로 내다봤다. 특히 미국과 한국을 중심으로 한 산업·업무용 연료전지 시장의 규모가 가장 큰 것으로 나타났다.

 이에 미국은 수소경제 로드맵뿐만 아니라 수소 프로그램 계획 등으로 수소와 연료전지 산업의 장기 비전과 이를 달성하기 위한 정책을 제안하고 있으며, 블룸에너지를 필두로 연료전지를 개발·보급하고 있다. 일본은 수소·연료전지 전략 로드맵 달성을 위한 대응현황을 발표하며 로드맵의 진척상황을 점검하고 에네팜 보급과 도요타를 중심으로 한 수소자동차 개발에 힘쓰고 있다. 

 우리나라 정부 또한 수소경제 이행을 효과적으로 추진하기 위해 수소경제 활성화 로드맵, 제1차 수소경제 이행 기본계획을 발표한 바 있다. 연료전지 발전설비 보급을 확대하고, 수소차 생산능력을 확보해 수소 모빌리티 세계시장을 선도한다는 방침이다. 또한 연료전지 업체들은 해외의 업체들과 합작회사를 설립하는 등 협력을 바탕으로 연료전지 시장에서 경쟁력을 제고하고 있다. 

 궁극적으로 탄소배출 제로를 실현하기 위해서는 연료전지에 사용되는 수소가 탄소배출이 없는 그린수소여야 한다. 이에 연료전지 업체뿐만 아니라 수소 인프라 업체들은 그린수소 생산 및 공급에도 힘쓰고 있다. 플러그파워는 그린수소 플랜트를 구축해 그린수소 생산량을 확대할 계획이며, 세레스파워도 SOEC 기술을 토대로 그린수소를 생산할 방침이다. 

 한편 암모니아는 액화수소보다 수송이 용이해 수소의 운반체로 고려되고 있으며, 직접 연소를 통한 에너지원으로도 연구되고 있다. 일본은 재생에너지를 이용하여 수전해 수소를 생산하고 이를 연계한 그린 암모니아 합성 기술을 연구개발중이며, 두산퓨얼셀도 암모니아 연료전지를 개발할 계획이다. 

 이에 당사는 수소연료전지를 중심으로 수소자동차 및 고정형 연료전지 발전시장 동향과 전망, 관련산업 기술개발 현황 및 정책, 기업 동향을 종합적으로 조사 정리하였으며 수소의 생산·저장·운송·충전 기술에 관해서도 소개하였다. 모쪼록 본 보고서가 수소, 연료전지 산업뿐만 아니라 관련 분야에 종사하시는 분들의 업무에 미력하나마 도움이 되길 바란다. 

Ⅰ. 수소경제와 연료전지 활용 동향

1. 수소경제 개요 및 밸류체인 동향

  1-1. 수소경제 개요

    1) 수소경제의 의미

    2) 주요국 수소 전략

      (1) 미국

      (2) EU

      (3) 중국

      (4) 일본

      (5) 호주

      (6) 영국

      (7) 스페인

      (8) 칠레

      (9) 국내

    3) 국내외 수소시장 동향

      (1) 글로벌 수소시장 현황 및 전망

      (2) 국내 수소시장 현황 및 전망

    1-2. 수소경제 밸류체인 구성과 동향

    1) 수소 생산

      (1) 수소 생산 개요

      (2) 수소 생산 동향

    2) 수소 저장

      (1) 수소 저장 개요

      (2) 수소 저장 동향

    3) 수소 운송

      (1) 수소 운송 개요

      (2) 수소 운송 동향

    4) 수소 충전

      (1) 수소 충전 개요

      (2) 수소 충전 동향

    5) 수소 활용

      (1) 수소 활용 개요

      (2) 수소 활용 동향

2. 연료전지 개요 및 주요 활용 동향

  2-1. 연료전지 개요 및 연구개발 동향

    1) 연료전지의 정의 및 시스템 구성

    2) 연료전지의 종류 및 특징

      (1) 전해질 종류에 따른 연료전지 분류

      (2) 용도별 연료전지 분류

      (3) 연료전지 특징

      (4) 차세대 연료전지

    3) 연료전지 산업 특징 및 구조

    4) 연료전지 연구개발 동향

      (1) 해외 연료전지 연구개발 동향

      (2) 국내 연료전지 연구개발 동향

  2-2. 수소연료전지 자동차 개요 및 시장 동향

    1) 수소자동차 개요

      (1) 수소자동차 정의 및 특징

      (2) 수송부문 수소자동차 역할

      (3) 수소자동차 가치사슬

    2) 국내외 수소자동차 시장 동향

      (1) 글로벌 수소자동차 시장 동향

      (2) 국내 수소자동차 시장 동향

  2-3. 기타 수소연료전지 모빌리티 개발 동향

    1) 수소연료전지 선박

      (1) 수소연료전지 선박 개요

      (2) 국내외 수소연료전지 선박 개발 동향

    2) 수소연료전지 열차

      (1) 수소연료전지 열차 개요

      (2) 국내외 수소연료전지 열차 개발 동향

    3) 수소연료전지 드론

      (1) 글로벌 드론 시장 동향

      (2) 국내외 수소연료전지 드론 개발 동향

    4) 수소연료전지 건설기계

      (1) 수소연료전지 건설기계 개요

      (2) 수소연료전지 건설기계 개발 동향

  2-4. 연료전지 발전 개요 및 시장 동향

    1) 연료전지 발전 개요

    2) 국내외 연료전지 발전 시장 동향

      (1) 글로벌 연료전지 발전 시장 동향 

      (2) 국내 연료전지 발전 시장 동향

  2-5. 고정형 연료전지 시스템 특성 및 보급 현황

    1) PEMFC 특성 및 보급 현황

      (1) PEMFC 특성

      (2) PEMFC 시스템 보급 현황

    2) SOFC 특성 및 보급 현황

      (1) SOFC 특성

      (2) SOFC 시스템 보급 현황

    3) MCFC 특성 및 보급 현황

      (1) MCFC 특성

      (2) MCFC 시스템 보급 현황

    4) PAFC 특성 및 보급 현황

      (1) PAFC 특성

      (2) PAFC 시스템 보급 현황

Ⅱ. 국내외 연료전지 시장 및 정책 동향

1. 글로벌 연료전지 시장 및 정책 동향

  1-1. 글로벌 연료전지 시장 동향

    1) 글로벌 연료전지 시장 현황 및 전망

      (1) 연료전지 시스템 시장 전망

      (2) 연료전지 스택 시장 전망

      (3) 용도별 연료전지 시장 전망

      (4) 지역별 연료전지 시장 전망

      (5) 기업별 연료전지 시장 전망

    2) 글로벌 연료전지 산업 동향

  1-2. 주요국 연료전지 시장 및 정책 동향

    1) 미국

      (1) 미국 연료전지 시장 동향

      (2) 미국 연료전지 관련 정책 동향

    2) 중국

      (1) 중국 연료전지 시장 동향

      (2) 중국 연료전지 관련 정책 동향

    3) 일본

      (1) 일본 연료전지 시장 동향

      (2) 일본 연료전지 관련 정책 동향

    4) 독일

      (1) 독일 연료전지 시장 동향

      (2) 독일 연료전지 관련 정책 동향

      (3) 독일 연료전지 프로젝트 동향

    5) 영국

      (1) 영국 연료전지 시장 동향

      (2) 영국 연료전지 관련 정책 동향

      (3) 영국 연료전지 프로젝트 동향

    6) 프랑스

      (1) 프랑스 연료전지 시장 동향

      (2) 프랑스 연료전지 관련 정책 동향

    7) 호주

      (1) 호주 연료전지 시장 동향

      (2) 호주 연료전지 관련 정책 동향

      (3) 호주 연료전지 프로젝트 동향

2. 국내 연료전지 시장 및 정책 동향

  2-1. 국내 연료전지 시장 동향

    1) 국내 연료전지 시장 현황 및 전망

    2) 국내 연료전지 산업 동향

  2-2. 국내 연료전지 관련 정책 동향

    1) 그린수소 생산 실증 지원

    2) 제1차 수소경제 이행 기본계획

      (1) 비전 및 전략

      (2) 주요 추진과제

    3) 2050 탄소중립 시나리오안

      (1) 2050 탄소중립 시나리오 개요

      (2) 부문별 감축 방향

    4) 수소 발전 의무화 제도(HPS)

      (1) 수소에너지·인프라 보급제도 현황

      (2) 수소에너지·인프라 보급제도에 관한 평가

      (3) 수소 발전 의무화 제도 신설방안

Ⅲ. 연료전지 기술 특허 동향 및 기술로드맵, 연구개발테마

1. 연료전지 2050 탄소중립 에너지기술 로드맵

  1-1. 공용기술 기반 육상 수소 모빌리티 시장 확대

    1) 승용차용 연료전지 가격저감 및 시스템 효율향상 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    2) 상용차용 연료전지 내구수명 향상 및 연비 증대 기술 확보

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    3) 수소철도차량용 고출력 연료전지시스템 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    4) 수소건설기계 운영환경에 적합한 연료전지 기술 확보

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    5) 수소개인이동수단용 컴팩트 연료전지시스템 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

  1-2. 액체수소 기반 해상 수소 모빌리티 확대

    1) 선박용 연료전지시스템 대용량화를 위한 패키지 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    2) 전기추진(전동화) 패키지 및 국산화 기반 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    3) 수소선박 보급 확대를 위한 벙커링 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

  1-3. 장거리 비행 가능한 초경량·고출력 연료전지 플랫폼 구축

    1) 사용처 다변화(농업용, 물류운송, 안전사고 감시용) 수소드론제품 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    2) 온보드 액화수소 저장·공급시스템 개발 및 실증

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    3) UAM용 고출력 연료전지 파워팩 시스템 개발 및 상용화

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

  1-4. 시스템 대용량화 및 효율 극대화를 통한 연료전지 발전 경제성 확보

    1) 초고효율 복합발전 구현을 위한 기반 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    2) 청정수소 기반 고효율 열병합 시스템(지역난방 열 및 스팀 공급)

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    3) 연료전지 시스템 고효율화를 위한 핵심 BOP 및 시스템 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    4) 차세대 전력망 대응 연료전지 전력변환 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

  1-5. 재생에너지 연계 연료전지시스템 가동률 극대화

    1) 전력변동 대응 고응답성 연료전지 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    2) 시스템 가동률 극대화를 위한 전기/온열/냉열 활용 시스템 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    3) 예지 및 건전성 관리(PHM) 기반의 연료전지 시스템 강건화 기술 개발

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

  1-6. 연료전지 산업분야 저탄소 공정전환 핵심 기술

    1) 고탄소 산업구조의 연료전지 제조 산업분야 저탄소 공정 전환 핵심기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    2) CCUS 일체형 연료전지 시스템 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

    3) 무탄소 연료를 적용한 ZERO 배출 연료전지 시스템 기술

      (1) 기술개요

      (2) 핵심기술 목표

2. 수소연료전지 관련 기술 특허 동향 및 기술로드맵

  2-1. 수소연료전지 관련 기술 특허 동향

    1) 수소 연료전지시스템 특허 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    2) 고효율 수소생산시스템 특허 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

    3) 연료전지 폐열을 활용한 수소생산 및 온실가스 감축 특허 동향

      (1) 연도별 출원동향

      (2) 국가별 내·외국인 출원현황

      (3) 주요 출원인 분석

  2-2. 수소연료전지 관련 중소기업형 기술로드맵

    1) 수소 연료전지시스템 기술로드맵(2022-2024)

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    2) 고효율 수소생산시스템 기술로드맵(2022-2024)

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

    3) 연료전지 폐열을 활용한 수소생산 및 온실가스 감축 기술로드맵(2022-2024)

      (1) 핵심 요소기술

      (2) 기술로드맵

      (3) 핵심 요소기술 연구목표

3. 수소연료전지 기술개발사업 연구개발테마

  3-1. 2022년 신규사업 연구개발테마

    1) PEM 수전해 효율 향상을 위한 고분자 전해질막 개발

    2) 650℃ 이하 중저온 작동용 고체산화물 수전해 원천기술 개발

    3) 수소버스 연료전지 하이브리드 최적화 기술개발 및 실증

    4) 분산형 연료전지 시스템 신뢰성 평가 기술 개발

    5) 직접 암모니아 연료용 고체산화물연료전지 개발

    6) 건설 농기계용 스키드 로더급 50kW급 수소 다중 동력 시스템 개발 및 실증

    7) 항공용 수소모빌리티 안정 운용을 위한 핵심기술 개발

    8) 연료전지 선박의 평가, 분류 및 설계 가이던스 개발

    9) 물 흐름 제어를 통한 PEMFC 성능 및 내구성 2배 이상 향상을 위한 혁신기술개발

    10) 고분자전해질(PEM) 전지로부터 저탄소 백금 촉매 원료화 기술개발

    11) (총괄) 수소모빌리티 확대를 위한 개방형 연료전지 시스템 설계 및 검증 플랫폼 기술 개발

    12) (1세부) 연료전지시스템 적용분야 확대를 위한 모빌리티 운행모드 개발

    13) (2세부) 수소모빌리티 확대를 위한 개방형 연료전지시스템 설계/해석 플랫폼 및 활용 기술 개발

    14) (3세부) 개방형 연료전지시스템 설계 플랫폼 적용 및 검증기술 개발

    15) (총괄) 차륜형장갑차 수소연료전지 및 전동화 추진시스템 적용기술 개발

    16) (1세부) 차륜형장갑차 전동화플랫폼 통합설계 및 입증시험 개발

    17) (2세부) 차륜형장갑차용 수소연료전지 기반 동력원 개발

    18) (3세부) 차륜형장갑차용 전동화 추진시스템 개발

    19) (총괄) 친환경 고효율 연료전지용 핵심 소재부품 개발

    20) (1세부) 건물용 PEMFC용 고성능, 장수명 막전극접합체(MEA) 개발

    21) (2세부) 20kW SOFC 시스템용 일체형 개질기 개발

    22) (3세부) 650℃ 이하 구동이 가능한 고강도 고내구성 SOFC 셀 개발

    23) 고분자 전해질 연료전지 촉매용 이성분계 백금합금 상용표준물질 개발 및 보급(3-8세부)

  3-2. 2021년 신규사업 연구개발테마

    1) FC-REEV용 연속출력 60kW급 트레일러형 연료전지시스템 개발 및 실증

    2) 캐스케이드 스택을 활용한 10kW급 고효율 SOFC 시스템 기술개발

    3) SOFC 스택의 신뢰성과 경제성 확보를 위한 밀봉재 및 집전체의 표준화 연계 기술개발

    4) 최대이륙중량 200kg급 비행체용 순정격출력 30kW급 연료전지 파워팩 시스템 개발

    5) 수소연료전지 스택용 금속 분리판 고속 제조 공정 기술 개발

    6) 연료전지 시스템의 스마트설계·제조·운전 오픈 플랫폼 개발

    7) 농업용·물류운송 드론용 순정격출력 15kW급 연료전지 파워팩 시스템 개발

    8) 저온작동용(500℃ 운전) 박막 기반 고체산화물 연료전지 셀·스택 개발

    9) 페라이트계 스테인리스 금속지지체를 기반으로 한 금속지지형 SOFC 셀·스택 개발

    10) 탄소중립 실현을 위한 CO2 포집 연계형 저탄소 건물용 개질기 기술 개발

    11) 항공용 모빌리티를 위한 연료전지 경량화 기술 개발

Ⅳ. 연료전지 핵심 플레이어 사업동향과 전략

1. 해외 업체

  1-1. 연료전지 시스템 제조업체

    1) (미국) Bloom Energy

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    2) (미국) FuelCell Energy

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    3) (미국) Cummins

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    4) (미국) Plug Power

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    5) (캐나다) Ballard Power Systems

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    6) (영국) Ceres Power

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    7) (이탈리아) SOLIDpower

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    8) (일본) Aisin Seiki

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    9) (일본) Panasonic

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    10) (일본) Toshiba

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

  1-2. 완성차 업체

    1) (일본) Toyota

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    2) (독일) Daimler

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    3) (독일) BMW

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    4) (미국) GM

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    5) (프랑스) Renault

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

  1-3. 수소 인프라 업체

    1) (미국) Air Products

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    2) (독일) Linde

      (1) 회사현황

      (2) 수소 관련 사업 동향

    3) (독일) Siemens

      (1) 회사현황

      (2) 수소 관련 사업 동향

    4) (프랑스) Air Liquide

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    5) (프랑스) TotalEnergies

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    6) (일본) Iwatani Corporation

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

2. 국내 업체

  2-1. 연료전지 시스템 및 부품 제조업체 

    1) 두산퓨얼셀 

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    2) 동아화성 

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    3) 상아프론테크 

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    4) 비나텍 

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    5) 에스퓨얼셀

      (1) 회사현황 

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    6) 미코

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    7) SK에코플랜트

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    8) 범한퓨얼셀

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    9) STX에너지솔루션

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    10) Fuel Cell Innovations(FCI)

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

  2-2. 완성차 업체

    1) 현대자동차

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

  2-3. 수소 인프라 업체

    1) POSCO홀딩스

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    2) 두산에너빌리티

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    3) 롯데케미칼

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    4) 한화솔루션

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    5) SK E&S

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    6) 효성중공업

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    7) 덕양

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

    8) 제이엔케이히터

      (1) 회사현황

      (2) 연료전지 관련 사업 동향

Ⅴ. 참고자료