□ 개요
- 수소를 에너지로 이용하는 가정용 연료전지, 업무·산업용 연료전지, 연료전지 자동차, 수소를 공급하는 수소 스테이션에 대해 다양한 개발이 진행되고 있음. 이 보고서에서는 이것들의 개발 동향에 대해, 또한 수소 수요 공급 밸런스, 수소 비용, 규제 상황에 대해 설명함.
□ 수소 시장 전망
- 수소 에너지 시장은 현재는 가정용 연료전지 시스템 등의 고정용 연료전지가 중심이며, 연료전지 자동차의 도입과 수소 스테이션 정비에 의해 초기 시장이 형성됨.
- 수소 에너지 시장은 일본에서는 2030년에 1조 엔 정도, 2050년에 8조 엔 정도임. 또한, 닛케이BP 그린테크연구소는 세계 수소 인프라 시장규모는 2020년에는 10조 엔을 넘어서고, 2030년에는 40조 엔 정도, 2040년에는 80조엔, 2050년에는 160조 엔이 될 것으로 예측함.
□ 고정용 연료전지
○ 가정용 연료전지
- 가정용 연료전지를 패키지화는 움직임이 1990년경부터 왕성해져 1990년대 전반에 당시 산요전기에서 수소흡장 합금 내장 탱크를 활용한 250W 인산형 연료전지(PAFC) 휴대용 시스템, 수소 봄베를 탑재한 1kW 고체고분자형 가반 전원 시스템이 개발됨.
- 1990년대 후반에는 전기 메이커(산요전기, 마쓰시타전기산업, 마쓰시타전공, 도시바)가 중심이 되어 가정용 연료전지 시스템의 패키지화 개발이 진행됨.
- 1999년부터는 NEDO 조성사업에 의해 실증 운전이 시작됨. 가스사업자가 중심이 되어 패키지 시스템 운전 평가를 실시함.
- 고체고분자형 연료전지(PEFC) 시스템에 관해서는 2002년부터 실증연구, 2005년부터는 총 3,307대에 의한 대규모 실증시험이 이루어짐. 그 결과, 2009년 1월에 가정용 연료전지 ‘에네팜’으로서 고체고분자형 연료전지(PEFC) 시스템 판매가 시작됨.
- 고체산화물형 연료전지(SOFC) 시스템은 2007년부터 2010년에 걸쳐 교세라, 도요타자동차 등에서 실증연구가 이루어짐. 이 성과를 토대로 2011년에 세계 최초의 가정용 고체산화물형(SOFC) 시스템이 발매됨.
- 지금까지 에네팜은 단독주택용이었지만, 도쿄가스와 파나소닉은 아파트용 에네팜을 공동으로 개발해 2014년 4월에 발매를 시작함.
- 2013년 에네팜 출하대수는 고체고분자형 연료전지(PEFC) 시스템이 32,431대, 고체산화물형 연료전지(SOFC) 시스템이 1,434대로 2014년 9월에는 10만 대를 돌파함.
- 가정용 연료전지 시스템은 2020년에 140만 대, 2030년에 530만 대를 보급시키는 것이 일본 정부의 목표임.
- 가정용 연료전지 시스템은 일본 시장이 세계를 이끌고 있지만, 향후 유럽에서도 시장이 창출될 것으로 기대되어 2025년에는 전 세계에서 약 1.1조 엔의 시장이 될 것으로 보임.
○ 업무·산업용 연료전지
- 업무·산업용 연료전지로서 인산형 연료전지(PAFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC)가 검토되고 있음.
- PAFC는 후지전기가 1998년에 100kW 시스템의 판매를 시작해 지금까지 42대가 도입됨. SOFC는 2013년 11월에 상업빌딩에 설치되어 운전이 시작됨. 현재 총 3대가 도입됨. MCFC는 일본에서 아직 상품화되지 않았지만, 한국에서는 국가의 정책 하에 도입이 진행되고 있음.
- 업무·산업용 연료전지는 이미 실용화된 인산형 연료전지에 이어 2017년에는 발전효율이 비교적 높은 고체산화물형 연료전지의 시장 투입을 지행하고 있음.
- 업무·산업용 연료전지 세계 시장은 북미에서 시장이 먼저 확대되고, 국가 정책으로서 연료전지에 의한 발전사업을 추진하는 한국이 그 뒤를 잇고 있음. 업무·산업용 연료전지의 2025년 시장 규모는 일본에서 226억 엔이 예상되는 한편, 해외에서는 약 7,000만 엔으로 예상됨.
□ 연료전지 자동차
○ 시장 현황
- 현재 일본 내에서는 도요타자동차, 혼다기연공업, 닛산자동차가 연료전지 및 연료전지 자동차를 개발하고 있음.
- 도요타자동차는 1992년에 개발을 시작해 1996년 10월에 연료전지 자동차를 일반에 공개한 후 리스를 시작함. 연료전지의 소형, 고성능화 개량을 꾀해 단위면적당 발전출력 향상을 꾀하고 있음.
- 혼다기연공업은 1999년에 독자 개발한 연료전지를 탑재한 메탄올 개질형 연료전지 자동차와 Ballard Power Systems의 연료전지를 탑재한 수소흡장 합금을 수소 저장재로 이용한 연료전지 자동차를 발표함. 2013년 12월 미국 LA 모터쇼에서 FCEV 콘셉트를 발매함.
- 닛산자동차는 2001년에 Ballard Power Systems의 연료전지를 이용한 직접 수소형 연료전지 자동차를 발매함. 2008년과 2010년에는 성능 향상, 소형화를 꾀한 새로운 연료전지를 발표함.
○ 향후 전망
- 연료전지 자동차 보급 확대의 열쇠가 되는 연료전지 시스템의 비용에 대해 ‘수소·연료전지 전략 로드맵’에서는 2020년 경에 시장에 투입되는 모델에서는 2015년 판매된 것과 비교해 절반, 2025년 경제는 다시 절반으로 줄이는 것을 목표로 함.
- 연료전지 적용 분야 확대를 위해 2016년에는 연료전지 버스가 시장에 투입될 전망임.
- 연료전지 자동차를 포함한 차세대 자동차 보급대수에 관한 일본 정부의 목표는 ‘2030년까지 차세대 자동차가 신차 판매대수에서 차지하는 비율을 50%∼70%로 하는 것’임.
- 연료전지 자동차 세계 시장은 일본과 유럽에서 시장이 형성되어 2020년 이후 급격한 확대가 전망됨. 2025년 시장규모는 일본에서 약 1조 엔, 전 세계에서 약 3조 엔으로 예상됨.
□ 수소 공급 인프라
○ 수소 공급 전망
- 현재 일본의 수소 공급은 150억Nm3 정도이며, 그 대부분은 제유소에서의 탈황 프로세스나 공장 보일러 등의 연료로서 자가 소비되고 있음. 산업 가스로서 외부에 판매되고 있는 수소는 2억Nm3 정도에 머무르고 있음. 2030년 경 추가될 공급 잠재력은 120∼180억Nm3 정도가 될 것으로 예상됨.
- 그러나 수소발전이 현실화되면 더 큰 수소 수요가 발생하게 됨. 2030년까지 신설 혹은 교체되는 LNG 화력 발전에 50%의 수소가 혼합될 경우, 수소 수요는 최대 220억Nm3가 필요하게 되어, 일본의 공급 잠재력을 초과할 가능성이 있음.
○ 수소 비용
- 현재로서는 연료전지 자동차용 수소 비용의 약 60%를 수소 스테이션 정비, 운영비가 차지함. 또한, 수소 스테이션 가동률의 고저에 의해 수소 비용은 크게 변동하므로 시장 초기 가동률이 낮은 기간의 수소 스테이션을 어떻게 뒷받침하고, 어떻게 가동률을 조기에 높일 것인지가 중요함.
- 앞으로 수소 발전 도입에 의해 안정적인 대규모 수소 수요가 발생하고, 이에 대응하기 위한 대규모 수소 서플라이체인이 구축됨으로써 수소 비용이 낮아져 연료전지 자동차 등의 다른 수소 이활용 분야로 효과가 파급될 것으로 기대됨.
□ 수소 스테이션
- 일본에는 현재 4대 도시권을 중심으로 2015년 내에 100군데 정도의 수소 스테이션이 생길 것으로 보임.
- 현재 수소 스테이션 정비비는 4∼5억 원 정도로, 일반적으로 주유소와 비교하면 매우 금액이 비쌈. 기술 개발을 통해 저코스트화를 진행함과 동시에 보다 저렴한 설계와 재료를 사용할 수 있어야 할 것임.
- 일본 수소 스테이션은 2020년에 519군데, 2025년에는 1,169군데가 설치될 전망임. 2025년에 수소 스테이션 수는 일본에 493군데, 일본, 미국, 유럽 합계 3,098군데로 전망됨.
