◎ 도서소개

유엔기후변화협약(UNFCCC) 파리 협정으로 인해 저탄소화ㆍ탈탄소화를 추진해 나가기 위해 온실가스를 대폭으로 감소해야 한다. 이를 위하여 혁신적인 기술이 반드시 요구되어 왔으며, 그 옵션 중 하나로서 수소가 주목을 받고 있다.
수소는 온실가스 배출을 실질적으로 절감하기 위해 발전 분야뿐만 아니라 교통ㆍ산업ㆍ민생 분야 등 다양한 분야에서의 근본적인 탈탄소화에 공헌할 수 있는 옵션으로서 주목을 받게 되었다.
탈탄소 사회를 구축하기 위해 CO2-free 수소를 대량으로, 그리고 경제성을 가진 상태에서 제조ㆍ공급하기 위한 접근 방법으로 재생에너지로부터 수소를 제조하는 Green Hydrogen이 주목을 받고 있다. 특히 풍력발전, 태양광발전의 발전 비용 절감이 세계적인 관심을 받고 있는 상황 속에서, 그 재생에너지를 사용하여 수소를 제조하는 것은 재생에너지의 공급이 간헐적이라는 문제에 대한 대책으로서도 또한 잉여 전력을 활용한다는 관점에서도 큰 의의를 가진다.
또한, 최근 석탄에 대한 역풍과 석유 수요의 피크를 둘러싼 의논이 지속되는 와중에 화석연료를 통해 수소를 제조하고 그때 발생하는 CO2를 CCS 기술로 회수ㆍ저장함으로써 CO2-free 수소로서 활용하고 수출하는 콘셉트가 의미를 가지게 되었다.
하지만, 수소가 근본적인 탈탄소화에 크게 공헌할 수 있게 되기까지 극복해야 하는 문제ㆍ장벽들이 존재한다. 공급 비용을 대폭으로 줄이고, 필요한 인프라를 적절하게 정비해야만 한다. 기술적ㆍ경제적ㆍ사회적인 장벽도 높아서, 그것을 극복하는 데에는 많은 시간과 노력이 필요하다.
한편, 해외 주요국들에서는 수소를 주된 에너지원으로 활용하면서 수소의 전주기(제조, 저장ㆍ운송, 활용)가 도시 내 생태계로 구축된 ‘수소도시’ 구축을 위하여 정책적으로 적극 추진하고 있다.
일본에서는 정부차원에서 로드맵을 구축하고 직접 도시에 인프라를 구축하는 등 적극적으로 지원하고 있으며, 대표적으로는 기타큐슈에 수소 타운을 실증한 바 있다. 유럽은 다양한 신재생에너지와 수소 생산의 결합을 통해 구현하는 것을 목적으로 추진하는 사례가 많다. 네덜란드에서는 1MW 용량의 태양광 에너지를 활용하여 연간 27만 톤의 수소 생산 시설 구축과 해상풍력, 천연가스 개질 등을 통해 대량으로 수소를 생산하여 가격경쟁력을 확보하겠다는 전략이다.
우리나라도 2019년 12월에 ‘수소 시범도시’를 선정하고 안정성 등을 검증할 계획이다. 수소 시범도시에는 한 곳 당 수소 친화 도시계획(MP) 수립비와 연료전지ㆍ파이프라인ㆍ수소 통합운영센터 등 핵심인프라 구축비 등 총 사업비 290억원을 한도로 이중 국비 50%를 지원한다.
수소도시의 교통 요소 중 중요한 수소차는 상용화하기엔 아직 수소탱크의 위험성, 미흡한 인프라 등의 선결과제가 많지만, 향후 친환경차 주도권 경쟁이 하이브리드→전기차→수소차 순으로 진행된다는 점에는 그다지 이견이 많지 않으며, 미래 친환경 모빌리티 시대의 핵심으로 주목받고 있다.
이에, 수소차 주도권 경쟁에서 우위를 차지하기 위하여 글로벌 완성차 업체들은 이미 합종연횡에 나서고 있다. BMW는 도요타와 수소차 기술을 공동 개발하기로 했고, GM은 혼다와 수소전기차 엔지니어링팀을 통합하였고, 독자적인 기술력으로 수소차를 완성한 현대기아차도 에어리퀴드(Air Liquide, 산업용 가스회사),  넬(Nel, 수소 충전 설비회사), 니콜라(Nikola, 수소전기트럭), 쉘(Shell, 에너지 및 석유), 도요타(Toyota)와 상용 수소전기차의 대용량 고압충전 표준 부품 개발을 위한 글로벌 컨소시엄 구성 및 양해각서(MoU)를 체결했다. 해당 컨소시엄은 상용 수소전기차의 확산 가속화와 대용량 수소충전 기술의 표준화를 위해 대응한다는 계획이다.
또한, 주요 글로벌 업체들은 이러한 수소차뿐만 아니라, 선박 및 철도, 드론 등 다양한 운송 분야에서 수소모빌리티 관련 활발한 연구 및 개발을 진행하며 수소의 가능성을 찾고 있다.
이러한 수소가 가진 역할에 대한 관심과 기대가 세계적으로 높아지고 있는 와중에, 장기적인 관점에서 일관된 정책ㆍ전략을 실시하는 것이 더욱 중요해지고 있다. 정부와 민간이 힘을 합쳐 국제적인 협력 하에서 보완해나가야 한다.
이에 IRS글로벌에서는 수소산업ㆍ수소도시ㆍ수소모빌리티(수소차, 수소선박, 수소드론, 수소열차) 관련 기술개발 동향과 비즈니스 현황들을 종합적으로 분석 정리하여 관련 분야에 관심을 갖고 계신 분들께 미력하나마 도움을 드리고자 본서를 기획, 출간하게 되었다.
모쪼록 미력하나마 수소 관련 사업기획과 마케팅전략 수립에 참고 자료로 도움이 되기를 바랍니다.

◎ 목차

Ⅰ. 온실가스 현황과 주요국별 수소 비즈니스 대응 동향

1. 온실가스 감축을 위한 국내외 대응 동향 및 추진 전략
  1-1. 기후변화와 국내외 대응 동향
    1) 글로벌 이상기후 현상
      (1) 지구 온실가스 농도 증가
      (2) 평균 기온 상승 지속
      (3) 기상재해로 사회ㆍ경제적 피해액 증가
    2) 주요국별 기후변화 대응 동향
      (1) 보편적 신기후ㆍ대응체계(파리협정) 출범
      (2) 주요국의 기후변화 대응 동향
    3) 온실가스, 기후변화 국내 대응 동향
      (1) 국내 온실가스 배출 현황
      (2) 국내 기후변화 대응 경과
      (3) 주요 성과
  1-2. 글로벌 연비 규제 및 개선 동향
    1) 주요국 연비와 CO₂배출 규제
      (1) EU
      (2) 미국
      (3) 중국
      (4) 일본
    2) 국내 연비 기준 및 정책 동향
      (1) 주요 연비ㆍ배출가스 정책
      (2) 자동차 평균에너지소비효율기준 및 온실가스 배출허용기준
    3) OEM별 연비 개선 현황
  1-3. CO2 포집 및 처리기술(CCS)
    1) CCS 기술
      (1) 기술 개요
      (2) 국내 CCS 기술, 시장동향
      (3) 해외 CCS 기술, 시장동향
    2) CO₂ 포집기술
      (1) 기술개요
      (2) 국내 CO2 포집 기술, 시장동향
      (3) 해외 CO2 포집 기술, 시장동향
    3) CO2 수송 및 저장기술
      (1) 기술개요
      (2) 국내 CO2 수송 및 저장 기술, 시장동향
      (3) 해외 CO2 수송 및 저장 기술, 시장동향

2. 수소에너지 개요 및 비즈니스 현황과 전망
  2-1. 수소의 개요
    1) 개념과 특징
    2) 용도
    3) 공급과 수요
    4) 제조 기술 동향
    5) 수소에너지 가능성에 대한 기대
    6) 수소에너지 상용화에 따른 변화
      (1) 에너지 절약 및 환경부하 감소
      (2) 연관 산업 육성
  2-2. 수소의 제조ㆍ저장ㆍ운송 방법의 종류
    1) 제조
      (1) 석유, 천연가스 등 화석연료로 제조
      (2) 물의 광분해나 전기분해로 제조
      (3) 바이오매스로 제조
      (4) 제철소, 화학공장 등의 부산물
    2) 저장
      (1) 저온에서 액체화하여 저장
      (2) 고압으로 압축하여 저장
      (3) 금속 등에 흡장(吸藏)ㆍ흡착시켜 저장
    3) 운송
    4) 활용
  2-3. 수소에너지의 비즈니스 동향
    1) 국내외 수소 시장
    2) 중국 수소 비즈니스 동향
      (1) 개발 준비 시기
      (2) 실험 시기
      (3) 성장기
      (4) 국가 표준
      (5) 수소 에너지 이용에 관한 세금, 보조금 정책

3. 주요국별 수소 관련 안전기준과 도입을 위한 대응 동향
  3-1. 주요국별 수소 관련 안전기준
    1) 독일
    2) 영국
    3) 미국
    4) 일본
  3-2. 주요국별 수소 도입을 위한 대응 동향
    1) 독일
      (1) 통괄기관 설치로 연구개발 촉진
      (2) 지방자치체 지원
      (3) 연료전지 생산 확대
    2) 중국
      (1) 수소 생산 대국
      (2) 수소연료전지차
      (3) 장강 델타의 발전 계획
    3) 유럽
    4) 미국
    5) 호주
      (1) 화석연료에서 수소로 전환
      (2) 수소 이용ㆍ수출 구상

Ⅱ. 수소산업ㆍ수소도시 국내외 추진 동향과 시장 분석

1. 수소의 제조ㆍ저장ㆍ수송 기술 동향 및 국내 기술 수준
  1-1. 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
  1-2. 수소 이송ㆍ저장 기술 분야
    1) 고압가스 수소이송
    2) 액화수소이송
    3) 유기하이드라이드
    4) 파이프라인 이송
    5) 암모니아
    6) 수소흡장합금
    7) 메탄화
  1-3. 수소 충전 기술 분야
    1) 수소 충전소 종류
    2) 충전기술
    3) 계량 관리
    4) 품질 관리
  1-4. 수소 관련 국내 기술 수준 및 활성화 추진 방안
    1) 생산 분야
      (1) 국내 기술 수준
      (2) 활성화 추진 방안
    2) 저장ㆍ이송 분야
      (1) 국내 기술 수준
      (2) 활성화 추진 방안
    3) 활용 분야
      (1) 국내 기술 수준

2. 수소 도시 주요국별 조성 사례와 추진 전략
  2-1. 수소도시 개요
    1) 개념과 향후 모습
      (1) 일반 개념
      (2) (국내) 개념 및 추진 방향
      (3) 미래 모습
    2) 수소도시의 구성 요소
      (1) 기본 요소
      (2) 특화 요소
    3) 수소도시의 생태계
    4) 수소 발전 현황
      (1) 개요
      (2) 발전용 연료전지
      (3) 신ㆍ재생 에너지와의 관계
      (4) 입지조건
      (5) 일본 현황
      (6) 국내 현황
  2-2. 해외 수소도시 개발 및 추진 사례
    1) 유럽
      (1) 덴마크 롤란드 섬
      (2) 네덜란드
      (3) 영국
      (4) 독일
    2) 일본
      (1) 홋카이도(北海道)
      (2) 미야기현(宮城県)
      (3) 후쿠시마현(福島県)
      (4) 후쿠이현(福井県)
      (5) 효고현
      (6) 가나가와현
      (7) 롯카쇼무라
    3) 중국
      (1) 청두(成都)
      (2) 우한(武漢)
    4) 호주
  2-3. 일본 수소사회 실현을 위한 현황과 추진 계획
    1) 수소사회 실현을 위한 방침
    2) 수소사회 실현을 위한 현황
      (1) 고정용 연료전지의 보급 확대
      (2) 연료전지를 사용한 운송기기 보급 확대
  2-4. 국내 수소도시 추진 계획
    1) 제약요인과 목표
      (1) 제약요인
      (2) 비전ㆍ목표 및 세부 추진전략
    2) 추진 전략
      (1) 시범도시 부처 연계 지원
      (2) 시범도시 안전성 강화
      (3) 시범도시 지원내용
      (4) 시범도시 선정기준 및 일정
    3) 수소도시 확산방안
      (1) 주민수용성 제고
      (2) 점진적 확산
      (3) 추진체계 정비
    4) 추진 일정

3. 수소 관련 국내외 표준화 현황과 로드맵
  3-1. 최근 현황
    1) 모빌리티
      (1) 수소차
      (2) 충전소
      (3) 선박ㆍ열차ㆍ드론ㆍ기계 등
    2) 에너지
      (1) 연료전지
      (2) 수소가스터빈
    3) 수소 공급ㆍ계량
      (1) 수소 공급ㆍ생산
      (2) 수소 계량
  3-2. 문제점
    1) 모빌리티
    2) 에너지
    3) 수소 공급
  3-3. 기관 및 국가별 국제표준화기구 동향
    1) 기관별 표준화 동향
      (1) ISO : 수소 기술위원회
      (2) IEC : 연료전지 기술위원회
      (3) 글로벌 컨소시엄 : 수소상용차 연합
    2) 주요 국가별 표준화 동향
      (1) 미국 (연료전지 지게차 등 적용 확대, 충전 프로토콜 표준 주도)
      (2) 일본 (R&D의 국제표준 연계 체계 강점, 연료전지 응용 국제표준화 주도)
      (3) 유럽 (수소충전소 등 인프라 확대 역점, 수소열차 표준화 제안)
      (4) 중국 (수소차ㆍ충전소 등 확대 정책 수립, 국제표준화 활동 강화)
  3-4. 국내 표준화 대응전략과 로드맵
    1) 추진 과제
      (1) 국내 선도기술의 국제표준화 제안 시스템 구축
      (2) 수소 제품ㆍ서비스의 품질ㆍ안전 확보
    2) 로드맵
      (1) 수소 모빌리티
      (2) 수소 에너지
      (3) 수소 공급 및 계량

Ⅲ. 연료전지 국내외 기술개발 동향과 시장 분석

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. 글로벌 연료전지 시장 동향과 전망
    1) 세계 연료전지 시장 동향과 전망
      (1) 생산ㆍ판매 실적 규모
      (2) 용도별 시장 규모 전망
      (3) 지역별 시장규모 전망
      (4) 종류별 시장 전망
  2-2. 주요국별 수소ㆍ연료전지 활용 동향
    1) 독일
    2) 미국
    3) 중국
  2-3. 국내 연료전지 시장 동향과 전망

3. 주요국별 연료전지 촉매 개발동향 비교 분석
  3-1. 주요국별 최근 동향
  3-2. 주요 분야별 개발동향
    1) 코어 셸 촉매
    2) 합금촉매
    3) 카본계 촉매
    4) 금속산 질화물
      (1) PEFC용 전해질막
      (2) PEFC용 확산층
      (3) SOFC
  3-3. 핵심 기술 과제
  3-4. 주요국별 연구 현황 비교
    1) 일본
      (1) 기초 연구
      (2) 응용연구 및 개발
    2) 미국
      (1) 기초 연구
      (2) 응용연구 및 개발
    3) 유럽
      (1) 기초 연구
      (2) 응용연구 및 개발
    4) 중국
      (1) 기초 연구
      (2) 응용연구 및 개발
    5) 한국
      (1) 기초 연구
      (2) 응용연구 및 개발

Ⅳ. 수소 모빌리티 국내외 기술개발 동향과 시장 분석

1. 수소연료전지차(FCEV) 기술 개요
  1-1. 개념
  1-2. 분류
  1-3. 주요 특징
    1) 장점
      (1) 高 에너지 효율
      (2) 無 공해
      (3) 무한 연료
    2) 단점
      (1) 고가의 차량 가격
      (2) 수소공급 인프라
      (3) 차내 수소 저장
      (4) 내연기관 부재
      (5) 백금 사용
  1-4. 구조
    1) 스택(Stack)
    2) 운전장치
    3) 전장장치
    4) 수소저장장치
  1-5. 구동원리
  1-6. 안전성
    1) 안전관리가 확보된 분야
    2) 안전성
      (1) 수소차
      (2) 수소충전소

2. 주요국별 수소연료전지차(FCEV) 관련 정책 추진 동향
  2-1. 중국
    1) 연료전지 정책 추진 동향
    2) 수소연료전지차(FCEV) 시장
    3) 수소 공급 인프라의 보급
    4) 승용차 시장으로 확대
    5) 해외 기업과의 협업 및 기대
  2-2. 일본
    1) 그간의 정책 추진 동향
    2) 수소ㆍ연료전지 전략 로드맵(3차)
      (1) 연료전지 자동차
      (2) 수소 스테이션
      (3) 기타 모빌리티
  2-3. 미국
    1) 수소차 관련 정책 및 시장 동향
    2) 수소에너지 관련 정책 및 시장 동향
      (1) 주요 동향
      (2) 주요 프로젝트
  2-4. 유럽
    1) EU 정책 추진 동향
      (1) 수소경제 관련 정책
    2) 수소버스 도입 프로그램
      (1) 개요
      (2) JIVE
      (3) JIVE2
      (4) JIVE, JIVE2 공통
    3) 주요국별 정책 및 시장 동향
      (1) 독일
      (2) 영국
      (3) 프랑스
  2-5. 한국
    1) 그간의 정책 추진 동향
    2) 수소경제 활성화 로드맵
      (1) 수소 모빌리티
      (2) 에너지 분야
      (3) 수소 생산
      (4) 저장ㆍ운송
      (5) 전주기 안전관리 체계 확립 및 수소산업 생태계 조성
    3) 수소버스 도입 및 지원

3. 수소연료전지차(FCEV)의 시장전망과 개발동향
  3-1. 국내외 수소연료전지차(FCEV) 시장 동향과 전망
    1) 글로벌 수소연료전지차(FCEV) 시장 동향과 전망
    2) 수소차와 전기차 비교
    3) 국내 수소연료전지차(FCEV) 보급 동향과 목표
      (1) 수소승용차
      (2) 수소택시
      (3) 수소버스
      (4) 수소트럭
  3-2. 국내외 수소연료전지차(FCEV) 개발 동향
    1) TUCSON ix Fuel Cell (현대차)
    2) NEXO (현대차)
    3) MIRAI (토요타)
    4) Clarity (혼다)
    5) h-tron quattro concept (아우디)
    6) TOYOTA Fine Comfort Ride (토요타)
  3-3. 국내외 수소충전소 구축 동향
    1) 수소충전소 개요
      (1) 개념
      (2) 분류
      (3) 수소 저장 기술
    2) 글로벌 수소충전소 동향
    3) 국내 수소충전소 현황 및 계획
      (1) 2018년
      (2) 2019년 계획
      (3) 2022년 계획
      (4) 보급 계획

4. 수소차 이외 수소 모빌리티 기술개발 동향과 활성화 추진 동향
  4-1. 수소 선박
    1) 개요
      (1) 개념
      (2) 구성
      (3) 장점
      (4) 도입의 필요성
    2) 국내외 시장 동향과 전망
      (1) 세계 조선업 동향
      (2) 주요국별 환경과 특성
      (3) 수소추진선박 시장 현황과 전망
    3) 주요국별 수소선박 정책 및 추진 동향
      (1) EU
      (2) 독일
      (3) 일본
      (4) 중국
      (5) 미국
    4) 수소선박 주요 개발 사례
      (1) 스위스 ABB
      (2) 미국 에너지성 등
      (3) 노르웨이의 Borealㆍ핀란드의 Wärtsilä
      (4) 이탈리아의 RINA
      (5) Hexagon Lincoln
      (6) 캐나다 Hydrogenics
      (7) 스위스의 ABBㆍ캐나다의 Ballad
      (8) 도요타 유럽
      (9) 미국 Bay Ship
      (10) 제로 에미션 선박 개발 컨소시엄‘FELMAR’
      (11) 미국의 Red and White Fleet
      (12) 미국 Sandia 국립 연구소
    5) 국내 수소선박 정책 추진 동향
      (1) 기술 현황
      (2) 개발 방향
      (3) 수소연료선박 R&D 플랫폼
    6) 국내 주요업체별 개발 동향
      (1) 삼성중공업
      (2) 현대자동차
      (2) 한국선급
  4-2. 수소 드론
    1) 수소연료전지 드론의 개요 및 구성요소
    2) 수소연료전지 드론의 니즈 예측
      (1) 산업용 드론의 일반적인 사용
      (2) 산업용 드론의 장시간 비행에 대한 니즈
    3) 주요국별 수소드론에 대한 대응
    4) 국내외 드론 시장 동향과 전망
      (1) 글로벌 시장 동향과 전망
      (2) 드론 시장 관련 주요 데이터
      (3) 미국 시장
      (4) 중국 시장
      (5) 일본 시장
      (6) 국내 시장
    5) 수소연료전지드론 주요 개발 사례
      (1) Alaka’i Technologies
      (2) Project RACHEL
      (3) Intelligent Energy
      (4) AGLㆍNittoㆍHishida
    6) 국내 수소드론 정책 추진 동향
      (1) 필요성
      (2) 기술 현황
      (3) 개발 방향
  4-3. 수소열차
    1) 개요
    2) 해외 개발 및 상용화 현황
    3) 주요국별 수소열차 개발 사례
      (1) 독일
      (2) 일본
      (3) 중국
      (4) 프랑스
      (5) 영국
      (6) 한국
    4) 국내 수소열차 정책 추진 동향
      (1) 필요성
      (2) 기술 현황
      (3) 개발 방향