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[ 보고서 소개 ]

미래 에너지로 기대를 받으면서도 보급이 거의 되지 않았던 수소 에너지가 최근 몇 년 사이 단숨에 다양한 분야에서 활용 가능성이 높게 평가되고 있다.

이러한 높은 기대치와는 달리 CO2를 배출하지 않는 청정 수소를 사용하는 수소 경제ㆍ수소 사회에 그동안 회의적인 의견이 많았지만, 주요 국가의 적극적인 지원과 기술적인 발전으로 인해 드디어 전환점을 맞이하였다.

수소가 클린 에너지로 주목받게 된 1970년대부터 반세기가 지나, ‘수소 패권’을 둘러싼 각국의 경쟁이 시작되었다. 그 배경에는 세계적인 규모의 기후변화로 인한 위기감과 러시아의 우크라이나 침공으로 인한 안전 보장 의식의 고조 등을 들 수 있다.

그중에서도 세계적으로 탈탄소화의 비장의 카드로 지목되고 있는 것이 바로 ‘그린 수소’다. 오로지 물만 배출하고 CO2를 배출하지 않는 궁극의 ‘탄소 프리’ 에너지이다.

‘그린수소’의 개발과 시장까지 모든 분야에서 앞서나가고 있는 것은 재생에너지가 많이 보급되고 있는 유럽이다. 미국도 최근 ‘수소 대국’을 지향하는 쪽으로 방향을 잡고 ‘인플레이션 감축법’ 중 에너지ㆍ기후변화 대책에 4000억 달러(약 543조 원) 정도를 투하할 것이라는 방침이 포함되어 있으며 이는 대부분 그린 수소를 대상으로 한다.

EU와 미국은 실제로 러시아-우크라이나 전쟁으로 인한 에너지 안전 보장 정책의 일환으로 수소 전략을 강화하고 있으며, 그중 EU는 2030년까지 역내 그린 수소 제조량을 연간 1000만 톤, 역외 수입량은 연간 1000만 톤으로 만들겠다는 목표를 설정했다.

중국도 참전하여, 2022년 3월에는 그린 수소를 중심으로 하는 ‘수소 에너지 산업 발전 중장기 계획(2021~2035년)’을 책정했고, 2060년에 ‘탄소 중립’을 실현하기 위해 일단 2025년까지 연료전지차의 보유 대수를 약 5만 대로 증가시킴과 동시에 연간 10~20만 톤을 생산하는 그린수소 제조 체제를 구축할 것이라는 목표를 내세우고 있다.

그외 중동과 남미 국가들은 지리적 이점을 살려 수소 에너지의 대규모 생산 전략을 추진하고 있다.

한편, 그린 수소의 경우, 풍력, 태양광발전 등의 재생에너지를 그대로 사용하지 않고 수소를 제조하는 데 운용하기 때문에 얼핏 효율이 좋지 않은 것처럼 보인다. 하지만 자연에서 유래한 재생에너지는 남거나 부족하기도 하여 발전량이 고르지 못하다.

그런데 재생에너지의 잉여 전력을 효과적으로 활용하여 수소를 제조한다면, 액화하여 저장할 수 있고 운송도 할 수 있다. 탈탄소화를 위해서는 재생에너지와 재생에너지를 가지고 만든 수소의 ‘양립’ 체제가 갖추어져야 한다.

하지만, 탄소 프리인 데다 저장도 할 수 있는 장점과는 반대로, 고비용이라는 큰 단점이 존재한다. 앞으로 본격적으로 보급하려면 규모를 확대하고 기술을 쇄신하여 비용을 낮추어야 한다.

블룸버그NEF의 자료에 따르면, 수소 생산 비용은 2030년부터 최소비용이 그린수소가 가장 저렴해지고, 2050년에는 최소부터 최대값까지 그린수소(0.54~1.57$/kg)가 가장 값싼 수소가 될 것으로 예측되고 있다.

또한, 수소 연료전지의 비용이 지난 10년간 약 60%가 떨어졌다는 전례가 있는 만큼, 수소 발전 역시 재생에너지의 비용을 낮추고 기술을 발전시켜 충분히 비용을 낮출 수 있다는 예측도 존재한다.

딜로이트 자료에 따르면, 청정수소 경제 규모는 2030년에 연간 6,420억 달러(830조 원)에서 2050년에는 연 1조 4,000억 달러(1,810조 원) 규모까지 성장하며, 2050년에 그린수소는 전체 수소의 85%, 세계 수소교역량의 20%를 각각 차지할 것으로 전망되고 있다.

한편, 저장과 수송이 어렵다는 수소의 ‘캐리어(Carrier)’로 ‘암모니아’가 주목받고 있다. 액화수소 대비 수소 저장･에너지 밀도가 1.7배 높으며, 액상으로 취급하기 용이하다. 또한 기존 구축된 암모니아 저장･수송 인프라를 수소 저장･운송으로 활용이 가능하다.

또한 발전 분야에서는 무탄소 연료로 화력발전소의 탈탄소화를 촉진, 수송 분야에서는 내연기관에 암모니아를 연료로 활용하는 방안까지 연구가 추진되고 있다.

이에 IRS글로벌은 수소의 생산, 저장, 운송, 활용 등의 전주기별 기술개발 동향, 국내외 시장 동향과 전망, 주요국별 서플라이체인, 국내외 정책 및 선도기업의 전략뿐만 아니라, 수소 캐리어(Hydrogen Carrier)로서 활용 가치가 높은 암모니아 동향까지 다양한 정보를 종합적으로 조사, 분석하였다.

모쪼록, 본 보고서가 (그린)수소·암모니아 산업 종사자뿐만 아니라 관련 분야에 관심을 갖고 계시는 모든 분들의 업무에 미력하나마 도움이 되길 바란다.

[ 목차 ]

Ⅰ. 수소경제 실현을 위한 수소산업 전주기별 개발 동향과 시장 전망

1. 수소산업 전주기별 기술개발 동향

  1-1. 수소 에너지 기술 개요

    1) 수소 개념

    2) 수소에너지의 활용 의의

      (1) 에너지 소비량 감소

      (2) 연료의 저탄소화

      (3) 재생가능에너지 도입 촉진

    3) 수소의 애플리케이션

      (1) 고정형 연료전지

      (2) 연료전지(FC) 모빌리티

    4) 수소에너지 상용화에 따른 변화

      (1) 에너지 절약 및 환경부하 감소

      (2) 연관 산업 육성

  1-2. 수소산업 전주기별 기술 동향

    1) 수소 제조 기술

      (1) 화석연료 개질

      (2) 수전해

      (3) 부생수소

      (4) 바이오매스

      (5) 물의 열분해

      (6) 메탄 열분해

      (7) 광촉매

    2) 암모니아 제조 기술

      (1) 하버-보쉬법

      (2) 암모니아 전해합성법

      (3) 광촉매

      (4) 금속 착체 촉매

      (5) 플라즈마법

    3) 수소 저장ㆍ수송ㆍ공급 기술

      (1) 압축수소

      (2) 액화수소

      (3) 수소 흡장 합금

      (4) 유기 하이드라이드

      (5) 메탄, 메탄올

      (6) 암모니아

    4) 수소 연소이용 기술

      (1) 연소이용 개요

      (2) 용적형 내연기관

      (3) 속도형 내연기관

      (4) 열원

    5) 연료전지 기술

      (1) 수소연료전지

      (2) 암모니아 연료전지

      (3) 연료전지 연구개발의 논점

  1-3. 수소경제 추진 현황과 과제

    1) 개념

    2) 주요 의미

      (1) 에너지 체계의 변화

      (2) 수소 공급체계의 다원화

      (3) 기술혁신 촉진과 신산업의 창출

    3) 주요국별 수소 경제 추진 동향

      (1) 미국

      (2) 독일

      (3) 일본

      (4) 중국

      (5) 호주

    4) 국내 수소 경제 현황과 과제

      (1) 추진 현황

      (2) 향후 과제

2. 글로벌 수소 시장 동향과 전망

  2-1. 글로벌 수소 시장 현황과 전망

    1) 세계 수소 및 수전해 시장 동향과 전망

      (1) 세계 수소 수급 동향과 전망

      (2) 세계 수전해 시장 현황과 전망

      (3) 수소에너지 가능성

    2) 주요국별 수소 시장 동향과 전망

      (1) 미국

      (2) EU

      (3) 독일

      (4) 일본

      (5) 중국

      (6) 호주

  2-2. 글로벌 수소 거래 흐름 현황과 전망

    1) 개요

      (1) 배경

      (2) 분석 개요

    2) 수급의 지역적인 미스매치

      (1) 수소 공급망

      (2) 청정 수소(Clean hydrogen)

      (3) 수소 및 파생품의 지역별 수요와 미스매치

      (4) 수입과 자국내 생산의 비교

    3) 탈탄소화를 위한 효율적인 수소 무역

      (1) 주요 수소 산지와 비용

      (2) 청정수소 수송의 향`후 거래 트렌드

    4) 세계의 수소 투자

      (1) 2030년 및 2050년 전망

      (2) 수소와 파생상품 무역을 통한 투자비용 절약

    5) 투자 시나리오 분석

      (1) 케이스별 시나리오 검증

      (2) 시나리오별 수소 무역 루트

      (3) 시나리오별 공급비용 예상

    6) 실현가능요소에 의한 시사점

      (1) 지역별 역할

      (2) 국경을 초월한 글로벌 수소 상품 시장

3. 글로벌 수소 프로젝트 사례 분석

  3-1. 세계 수소 프로젝트 현황

  3-2. 세계 지역별 수소 프로젝트 사례

    1) 수소 프로젝트 분석

    2) 수소 프로젝트의 세부 내용

      (1) 츄부국제공항(일본)

      (2) FH2R(일본)

      (3) H2-YES(일본)

      (4) 장자커우의 연료전지 버스(중국)

      (5) JIVEㆍJIVE2(유럽)

      (6) REFHYNE(독일)

      (7) Lyon-Saint Exupéry Airport(프랑스)

      (8) 택시회사 hype의 수소 프로젝트(프랑스)

      (9) BIG HIT(영국)

      (10) GREEN HYSLAND(스페인)

      (11) H2Future(오스트리아)

      (12) Heavenn

      (13) Port of Amsterdam(네덜란드)

      (14) ZEROKYST(노르웨이)

      (15) Tranzero initiative(스웨덴)

      (16) H2 green steel(스웨덴)

      (17) Antwerp-Bruges항(벨기에)

      (18) H2 HAUL(벨기에, 프랑스, 독일, 스위스)

      (19) HyPErFarm(독일, 덴마크, 벨기에, 스위스)

      (20) Shore-to-Store 프로젝트(미국)

      (21) Edomonton Hydrogen Hub(캐나다)

  3-3. 대규모 수전해 프로젝트 사례 분석

    1) Becancour Plant(캐나다)

    2) FH2R(일본)

    3) REFHYNE(독일)

    4) H2Future(유럽)

    5) Energiepark Mainz(독일)

Ⅱ. 주요국별 수소산업 밸류체인 개발 전모와 사업화 전략

1. 글로벌 수소산업 이슈

  1-1. 그린 수소와 블루 수소가 중심

  1-2. 수소 생태계 구축 가속화

  1-3. 그린ㆍ블루 수소 제조

2. 아메리카 주요국별 수소산업 밸류체인 개발 전모와 사업화 전략

  2-1. 미국

    1) 국내 생산력 강화

    2) 제조 비용 목표 : 1kg당 1달러

    3) 클린수소 허브 거점 정비

    4) 주 정부 및 지자체의 독자적인 대응책

    5) 수소 제조 및 모빌리티 분야의 활용

    6) 차기 대통령 선거의 영향

  2-2. 캐나다

    1) 수소를 다양하게 활용하려는 연방 정부

      (1) 연방 정부의 수소 전략 수립(2020년 12월)

      (2) 수소 제조 : 지리적 조건 및 지역 특성을 반영

      (3) 수소의 주요 용도

      (4) 이용 확대를 고려한 로드맵

      (5) 수출 전략

      (6) 향후 과제

    2) 주ㆍ준주의 대응 전략

      (1) 앨버타주

      (2) 온타리오주

      (3) 퀘벡주

      (4) 브리티시컬럼비아주

      (5) 캐나다 동부

  2-3. 중남미

    1) 중남미의 수소 동향

      (1) 재생에너지의 잠재력

      (2) 투자 증가 : 그린수소 개발과 공급체인 구축向

    2) 주요국별 수소 사업 추진 동향과 이슈

      (1) 우루과이

      (2) 칠레

3. 유럽 주요국별 수소산업 밸류체인 개발 전모와 사업화 전략

  3-1. EU

    1) 공급 목표와 재정 지원

      (1) 그린수소 공급 목표

      (2) 그린수소와 저탄소 수소

      (3) 투자 목표와 재정 지원책

    2) 그린수소의 공급과 활용

      (1) 그린 수소의 수요 환기책

      (2) 그린 수소의 공급 확대를 위한 법 정비, 인프라 정비

      (3) 그린수소의 수입을 확대하기 위한 정책

  3-2. 독일

    1) 수소 수요 증가 예측

    2) 해외 조달 시스템 구축

    3) 실용화를 위한 실증 프로젝트 추진

  3-3. 영국

    1) 에너지 안전 보장을 위해 수소 생산 목표 인상

    2) 수소 생산은 블루와 그린을 양립

      (1) H2H 솔트엔드(블루 수소)

      (2) 하이그린 티즈사이드(그린 수소)

      (3) 사이즈웰C(원자력발전 유래 수소)

    3) 규제 정비 및 실증 제도

    4) 수송 및 건설기계, 난방용 가능성 모색

    5) 수소 확대를 위한 비용 절감

  3-4. 프랑스

    1) 국가 수소 전략

    2) 10건의 대형 프로젝트에 21억 유로 지원

    3) 탈탄소 수소의 경쟁력 강화

    4) 아르셀로미탈 : 그린 스틸 생산 투자

    5) 젠비아 : 고성능 수전해 장치 제조

    6) 수소 지역 에코시스템

  3-5. 네덜란드

    1) 국가 수소 전략

    2) 수소 인프라 정비

    3) 공급체인 구축 프로젝트

      (1) 생산ㆍ저장ㆍ운송ㆍ이용 : NorthH2

      (2) 생산

      (3) 저장ㆍ운송 : HyStock

      (4) 이용

      (5) 수입

  3-6. 스페인, 포루투칼

    1) 수소 프로젝트

    2) 수소 기가팩토리 & 해상 운송 루트

    3) 수소 파이프라인

    4) 수소 전략의 변화

4. 아시아 주요국별 수소산업 밸류체인 개발 전모와 사업화 전략

  4-1. 중국

    1) 수소 관련 정책 추진 동향

    2) 수소 제조ㆍ운송ㆍ이용 프로젝트

      (1) 운송 : 수소 파이프라인 건설

      (2) 이용 : 수소 에너지와 연료전지차의 산업 공급체인 구축

    3) 중국 수소 시장 전망

  4-2. 호주

    1) 수소 수출국 지향

    2) 그린 수소에 지원 주력

    3) 그린수소의 가격경쟁력

    4) 가스 파이프라인 관련 건설 계획

    5) 수소 프로젝트 현황

    6) 국내 기업 진출

  4-3. 인도

    1) 인도 정부의 목표

    2) 수소 관련 인센티브

    3) 인도 기업의 수소 관련 시책

    4) 수소 사업 환경

  4-4. 싱가포르

    1) 수소 전략

    2) 수소 연소 대응 발전소

    3) 수소 기술의 국제 연계 추진

  4-5. 카자흐스탄

    1) 외국 기업의 수소 개발에 투자

    2) 2060년 탄소중립 목표

    3) 기업은 유럽 수출에 투자

    4) 향후 과제

Ⅲ. 수소 생산을 위한 CCUS 기술 동향과 시장 전망

1. 국내외 CCUS 관련 정책 추진 동향과 시장 전망

  1-1. 국내외 CCUS 시장 동향과 전망

    1) 글로벌 시장 동향과 전망

      (1) 연도별 시장규모 전망

      (2) 분야별 시장 전망

      (3) 지역별 시장 전망

      (4) 최종 사용자 산업별 시장 전망

      (5) CCS 프로젝트 동향

      (6) CCS 포집 비용 동향

      (7) CCS 프로젝트 투자 동향

      (8) 세계 탄소배출권 거래 현황

    2) 국내 시장 동향과 전망

      (1) 시장 규모 전망

      (2) 탄소배출권 시장

      (3) 국내 산업계별 대응 동향

    3) 기술 수준 평가

      (1) 국가별

      (2) 제품군별

  1-2. 주요국별 CCUS 관련 정책 추진 동향

    1) 미국

    2) 유럽

    3) 중국

    4) 일본

    5) 동남아시아

    6) 한국

      (1) 정책 추진 동향

      (2) K-CCUS 추진단

      (3) CCUS 기술 관련 지원 및 정책

      (4) CCS 유망 저장소 발표

      (5) CCUS 관련 법률안 국회 통과

  1-3. CCUS 기술 융합 블루수소 생산 기술과 개발 동향

    1) CCUS 기술 융합 블루수소 생산 방식

    2) 국내외 주요 기업 생산 및 개발 동향

2. CCUS 세부 분야별 연구개발 동향과 향후 과제

  2-1. CO2 포집ㆍ저장(CCS)

    1) 개요

    2) 세부 분야별 주요 개발 동향

      (1) CO2 분리 포집 기술

      (2) CO2 저장 기술

    3) 신기술 개발 및 기술 토픽

      (1) CO2 분리 포집 기술

      (2) CO2 저장 기술

    4) 주목할 만한 주요 프로젝트

      (1) CO2 분리 포집 기술

      (2) CO2 저장 기술

    5) 핵심 과학기술 과제

      (1) CO2 분리 포집 기술

      (2) CO2 저장 기술

    6) 기타 과제

      (1) CO2 분리 포집 기술

      (2) CO2 저장 기술

    7) 주요국별 연구개발 현황 비교

      (1) CO2 분리 포집 기술

      (2) CO2 저장 기술

  2-2. CO2 활용

    1) 개요

    2) 세부 분야별 주요 개발 동향

      (1) CO2 포집 기술

      (2) 고체 촉매에 의한 CO2 전환 기술

      (3) CO2RR

      (4) 인공 광합성(광촉매)

      (5) 생체 촉매

    3) 신기술 개발 및 기술 토픽

      (1) 고체 촉매

      (2) 전기화학 반응

      (3) 인공 광합성

      (4) 생체 촉매

    4) 주목할 만한 주요 프로젝트

    5) 핵심 과학기술 과제

    6) 기타 과제

    7) 주요국별 연구개발 현황 비교

      (1) 일본

      (2) 미국

      (3) 유럽

      (4) 중국

      (5) 한국

Ⅳ. 수소 활용 분야별 기술개발 동향과 시장 전망

1. 수소 발전

  1-1. 수소연료전지 시장 동향과 전망

    1) 연료전지의 개념과 특성

      (1) 정의 및 시스템 구성

      (2) 전해질 종류에 따른 연료전지 분류

    2) 국내외 연료전지 시장 동향과 주요 기업 사업 동향

      (1) 세계 연료전지 시장 동향

      (2) 국내 연료전지 시장 동향

      (3) 연료전지 분야별 핵심 플레이어 동향

    3) 연료전지 산업 주요 이슈와 동향

      (1) 분산에너지법 제정에 따른 수소연료전지 활용 확대

      (2) 기존 주유소 활용 에너지슈퍼스테이션 구축

  1-2. 발전용 수소연료전지 시장 동향과 전망

    1) 발전용 수소연료전지 기술 개요

      (1) 개요

      (2) 활용

    2) 글로벌 발전용 연료전지 시장 전망

    3) 국내 연료전지 발전 동향 및 최근 이슈

      (1) 생산 실적

      (2) 발전량 및 설비용량

      (3) 국내 주요 동향

      (4) 수소발전 입찰시장 개설

  1-3. 수소·암모니아 발전

    1) 수소·암모니아 발전 기술 개요

    2) 글로벌 수소ㆍ암모니아 생산/수급 동향

      (1) 수소

      (2) 암모니아

    3) 수소ㆍ암모니아 가스터빈 발전 동향

    4) 수소ㆍ암모니아 혼소발전 기술 동향

  1-4. 발전용 수소엔진 기술 동향

    1) 소형 수소혼소식 가스엔진 발전기(350kW급 이하)

      (1) 해외 개발 사례

        ① 대형 가스터빈 분야

        ② 중형 가스터빈 분야

        ③ 암모니아 가스터빈

      (2) 국내 개발 사례

        ① 한화임팩트

        ② 두산에너빌리티

        ③ 한국남부발전(주)

        ④ 녹색에너지연구원

        ⑤ 한국기계연구원

    2) 초소형 보조발전용 8kW급 수소엔진

      (1) 해외 개발 사례

        ① 델타호크엔진(미국)

        ② 가와사키모터스, 스즈키, 혼다, 야마하(일본)

        ③ 고출력 수소 엔진

      (2) 국내 개발 사례

        ① 현대중공업그룹

        ② 효성중공업

        ③ 현대두산인프라코어

        ④ HD현대인프라코어

        ⑤ 한국기계연구소

2. 수소자동차

  2-1. 수소연료전지차 개요와 최근 동향

    1) 수소자동차 개념과 특징

      (1) 정의

      (2) 특징

    2) 수송부문 수소자동차 역할과 밸류체인

      (1) 수송부문 수소자동차 역할

      (2) 수소자동차 가치사슬

    3) 수소자동차 보급 확대를 위한 과제

      (1) 충전 인프라 부족

      (2) 높은 가격과 유지비

      (3) 그린수소 생산 방식

      (4) 전기차보다 낮은 에너지 효율

    4) 수소차 시장 확대에 따른 대응전략

      (1) 장거리 상용차에 집중

      (2) PBV 등 세분화된 시장 진입

      (3) UAM, 드론 등 수소 모빌리티로 적용범위 확대

  2-2. 수소자동차 관련 기술 동향과 전망

    1) 수소자동차 기술 개요 및 최신 동향

      (1) 수소자동차 구동원리 및 구성

      (2) 수소자동차 특징과 연비 경쟁력

      (3) 암모니아 활용 수소 모빌리티 기술 전망

      (4) 액화수소 상용차 개발 추진

    2) 수소자동차 기술개발 및 주요 플레이어 동향

      (1) 수소연료전지자동차 기술개발 동향

      (2) 수소 내연기관 자동차 기술개발 동향

  2-3. 세계 수소연료전지차 관련 시장 동향과 전망

    1) 세계 수소자동차 및 관련 시장 동향

      (1) 세계 전동사륜차(xEV) 시장 동향

      (2) 세계 수소차 시장 규모 현황 및 전망

      (3) 2023년 상반기 수소차 판매량 동향

    2) 국내 수소차 및 관련 시장 동향

      (1) 국내 전기ㆍ수소차 보급 현황

      (2) 국내 수소차 시장 규모 현황 및 전망

    3) 수소충전소 시장 개요와 동향

      (1) 수소 충전소 개요

      (2) 국내외 수소충전소 현황

      (3) 주요국 수소차 및 수소충전인프라 보조금 지원 정책

3. 수소 선박 & 수소 항공기

  3-1. 수소 선박

    1) 친환경 선박 개요

      (1) 개요

      (2) 개발 동향

      (3) 친환경 선박연료

      (4) 친환경 선박 발주 현황 분석 및 전망

    2) 수소 선박 개요

      (1) 개념

      (2) 구성

      (3) 장점

      (4) 종류

    3) 국내외 시장 동향과 전망

      (1) 선박 환경 규제

      (2) 수소 선박

    4) 국내외 개발 사례 및 계획

      (1) 글로벌 동향

      (2) 국가별 동향

    5) 국내 정책(2024년 한국형친환경선박 보급시행계획)

      (1) 수소선박 안전기준 개발

      (2) 선박수소연료전지설비 잠정기준 제정

  3-2. 수소 항공기

    1) 개발 이력

    2) 수소의 항공 연료 사용

    3) 상용화 시기 및 전망

    4) 기술 과제

    5) 도입에 발생하는 비용과 주의점

      (1) 항공사

      (2) 공항

      (3) 에너지 공급업체

      (4) 규제기관

    6) 주요 업체별 개발 동향

      (1) 에어버스(Airbus SE)

      (2) 롤스로이스와 이지젯(easyJet)

      (3) 제로아비아(ZeroAvia)

      (4) 영국 항공우주기술연구소(ATI, British Aerospace Technology Institute)

      (5) 플러그 파워(Plug Power)

      (6) H2FLY 

      (7) 일본항공 주식회사(JAL)

      (8) 가와사키 중공업(川崎重工業)

      (9) 중국 공정원(中國工程員) 연구팀

      (10) 한국항공우주산업(KAI)