탄소중립 정책 이행을 위한 주요국 지식재산 전략 및 신사업 창출 분야 연구

2024. 7.

특  허  청

황  영  은
목    차

Ⅰ. 연구의 배경 및 목적	4

Ⅱ. 주요국 탄소중립 정책	6

1. 탄소중립이란	6

2. 주요국 탄소중립 정책	8

Ⅲ. 수소산업 및 IP 기술경쟁력	11

1. 수소산업	11

2. 수소산업 시장규모	11

3. 수소 벨류체인	11

4. 기술개발 동향 및 IP관점에서의 특허기술경쟁력	11

Ⅳ. 우리나라 및 주요국의 지식재산 전략	35

1. 우리나라 지식재산 전략	35

2. 주요 국가의 지식재산 전략	47

Ⅴ. 탄소중립 관련 신산업 창출 분야	51

1. 신기술	51

2. 신기술에 의해 야기되는 권리침해 대응	65

Ⅵ. 결론	94

<국외훈련 개요>

1. 훈련국 : 미국

2. 훈련기관명 : H.C.Park & Associates, PLC

3. 훈련분야 : 지식재산권 창출

4. 훈련기간 : 2023. 7. 29. ~ 2024. 7. 28.

<훈련기관 현황>

명 칭	Washington International Patent Academy(WIPA), LLC
소 재 지	1952 Gallows Rd. Suite 200, Vienna, Virginia, 22182, USA
홈페이지	http://www.wipa.us
설립목적	○ 미국 특허법 등 지식재산권 제도에 대한 전문적 교육, 지재권 전략 연구 ·조사분석 및 특허기술 평가 ·이전 서비스 제공 등을 위해 「Greenblum & Bernstein, P.L.C」의 협력기관인 ‘Paul’s Patent Academy’를 모체로 설립
조 직	○ (대내) IP 교육, IP 전략연구, IP 조사 분석, IP 거래의 4개 조직으로 구성 ○ (대외) LRK Patent Law Firm, McGuireWoods, 국내지식재산연수원을 포함한 다양한 국내외 기관들과 글로벌 네트워크 형성
주요기능 및 연구분야	○ 지식재산 교육(IP training) ∙ IP 전문가, 비즈니스 기관, 연구기관 등을 대상으로 다양한 지식재산 교육 및 훈련 프로그램 운영 ○ 지식재산 전략연구(IP strategy Research) ∙ 연구개발의 초기 단계에 국내외 지식재산 전략 및 특허 분석을 통해 가치 있고 경쟁력 있는 특허창출 도모 ○ 지식재산 조사 분석(IP search & Analysis) ∙ 특허가능성 조사, 특허의 침해·비침해 분석, 특허트렌드 분석, 경쟁특허 분석 등 제공 ○ 지식재산 거래(IP transaction) ∙ 특허 라이센싱 및 기술거래, 특허기술가치 평가 및 포트폴리오 분석 등 제공
주요인사 인적사항	○ Christopher P. Mitchell - 미국 특허변호사, 특허분쟁전문 - The University of Akron School of Law, JD ○ Krystyna Colantoni - 미국 특허변호사, 특허분쟁전문 - The Catholic University Columbus School of Law, JD
교섭창구	Technical Advisor
	전화	+1 703 854 1331	FAX	+1 703 854 1332
	E-mail	paultslee@yahoo.com
훈련경비	$18,000/2년

Ⅰ. 연구의 배경 및 목적

2015년 파리기후변화협정 이후 세계 각국은 기후변화에 따른 탈(脫) 화석연료로 에너지 패러다임 전환을 통해 탈탄소 사회로의 변화를 모색하고 있는데, 이는 크게 태양광, 풍력과 같은 자연의 힘을 이용하여 전기를 생산하는 재생에너지와 수소를 사용하여 전기를 생산하는 두 가지 형태로 진행되고 있으며, 특히 친환경 에너지원으로서 수소가 주목받고 있다.

수소는 잉여 에너지를 수소의 형태로 저장하여 필요할 때 전기로 변환하여 사용할 수 있어 태양광이나 풍력 등 신재생에너지가 일조량 등 자연환경의 조건에 따라 전기생산량이 일정하지 않은 전력공급의 ‘간헐성’을 보완할 수 있게 해준다.12) 또한, 수소는 액체나 고압가스로도 저장할 수 있고 단위 부피당 출력이 높아 초대형 트럭 등 고출력을 요하는 운송수단에 적합하고, 수소차의 경우 전기차에 비하여 연료의 재충전 시간이 짧으며 한번의 충전으로 장거리를 운행할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 수소연료전지발전의 경우 소규모 분산발전이 가능하여 거대한 송전망 시설이 필요없고 전기와 함께 열이 발생하므로 이를 난방에도 사용할 수 있으며, 우주항공이나 드론 등 첨단산업에서 연료로 활용될 수 있는 등 다양한 가능성을 지니고 있어 향후 미래 에너지원으로 기대되고 있다.

우리나라는 현재 에너지의 95%를 수입에 의존하고 있으며, 이와 같은 탄소 경제시대에 원유와 천연가스를 전량 수입하기 때문에 국제가격 변동에 영향을 많이 받고 있다. 하지만 수소경제를 통해 에너지를 일정 부분 자급하게 되면 안정적인 경제성장과 함께 에너지 안보도 확보할 수 있다.

최근 우리 정부도 2040년까지 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약을 목표로 한 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 2019년 발표하고, 수소경제(hydrogen economy)5)를 추진하고 있다.

따라서 주요국의 탄소중립 정책 이행을 위한 수소정책을 살펴보고, 수소산업 분야별 핵심기술 및 지식재산전략을 살펴보고, 관련 산업 분야에서 미래 성장 동력이 될 신산업 분야를 다루고자 한다.

Ⅱ. 주요국 탄소중립 정책

1. 탄소중립의 정의 및 추진 배경

1) 탄소중립의 정의

탄소중립(Carbon Neutrality)은 대기중에 배출되는 이산화탄소(Co2)와 같은 온실가스의 양과 이를 흡수하거나 제거하는 양을 같게 만들어서 순 배출량을 “0”으로 만드는 상태를 의미하며, ’넷제로(New-Zero)라고 말한다. 이는 기후변화의 주된 원인인 온실가스 배출을 줄이고 지구 온난화를 막기 위한 중요한 목표로 다양한 방법을 통해 달성될 수 있다.

2) 탄소중립의 추진 배경

국제사회는 인간이 배출한 온실가스에 따른 지구온난화에 대한 심각성을 인식하고, 기후 위기에 대응하기 위한 노력을 하고 있다. 기후변화협약(1992년)을 맺고 교토의정서(1997년)와 파리협정(2015년) 채택을 통해 지구 평균기온 상승 억제를 논의해오고 있다.

기후변화협약(UNFCCC)은 UN 주관의 기후변화에 대한 선언적 국제연합 기본 협약으로 강제사항이 없으며, 가입 당사국들은 각각 자국의 실정에 알맞은 온실가스 배출량 감축을 위한 국가 정책을 수립하고 시행

교토의정서(Kyoto Protoco): 온실가스의 실질적인 감축을 위해 과거 산업혁명을 통해 온실가스 배출의 역사적 책임이 있는 선진국만을 대상으로 법적 구속력을 갖는 온실가스 감축의무를 설정하고 있으며, 6대 온실가스를 규정, 2005년 발효, 2020년 만료

파리협정(Paris Agreement): 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하는 기후변화 대응을 위한 기후변화협약으로 선진국 중심체제를 넘어 지구촌 모든 국가가 참여하는 보편적 기후변화 체제를 마련, 지구의 평균 온도 상승을 2°C 이하로 유지하고 1.5°C이하로 제한하기 위해 노력해야함을 최초로 명시

파리협정문 제2조 1항에 명시된 파리협정의 목표는 ‘산업화 이전(1850~1900년) 수준 대비 지구 평균 기온 상승을 2℃ 보다 현저히 낮은 수준으로 유지하고, 1.5℃로 제한하기 위한 노력이다. 이러한 지구적 차원의 목표 달성을 이전 교토의정서 체제는 국가별 감축 목표를 하향식으로 부여했다면, 파리협정은 당사국들의 자발적 기여도에 기초한 상향식 접근법을 따른다. 파리협정 제2조 2항은 “상이한 국내 여건에 비추어 형평 그리고 공통적이지만 그 정도에 차이가 나는 책임과 각자의 능력의 원칙을 반영하여 이행될 것이다.”라고 규정한다.

유엔환경계획(UNEP, United Nations Environment Program)은 매년 배출격차보고서(Emissions Gap Report)를 발간한다. 동 보고서는 파리협정 체제의 상향식 국가감축 목표인 NDC(Nationally Determined Contributions)에 따른 전 세계 총 감축량이 실제 2℃ 목표 달성을 위해 필요한 적정 감축량과 얼마나 차이가 있는지에 대한 분석 결과를 담고

UNEP (2020). Emissions Gap Report 2020. Nairobi.

있다. 2020년 배출격차 보고서에 의하면, 국가별 계획대로 2030년 NDC를 모두 달성할지라도, 기온상승을 2℃ 이내로 제한하기 위한 적정 수준의 배출량보다 120~150억 톤 더 많이 배출하게 될 것으로 전망된다.

기후변화 대응 의욕 증진의 필요성에 대한 인식확산과 더불어, 유엔기후변화협약(UNFCCC, United Nations Framework Convention on Climate Change) 당사국 총회 요청으로 작성된 IPCC ‘지구온난화 1.5℃ 특별보고서’는 탄소중립 달성의 필요성을 강조하는 핵심적 역할을 했다. 2018년 10월 인천 송도에서 채택된 동 특별보고서는 지구 기온 상승폭을 2℃가 아닌, 1.5℃ 이내로 제한하는 것이 중요하다는 인식을 전 세계적으로 확산시켰다. 이전 IPCC 평가보고서(Assessment Reports)에서는 지구 기온상승 억제 목표로서 2℃에 중점을 두었다면, 2018년 특별보고서를 계기로 1.5℃를 목표로 삼아야 할 과학적 근거가 마련되었다. 특별보고서는 지구 평균 기온이 2℃ 상승할 때보다 상승폭을 1.5℃로 제한할 경우 생물다양성 및 자연생태계, 건강, 생계, 식량 및 물 공급, 경제성장 등에 대한 영향과 위험 수준이 대폭 경감한다는 과학적 분석 결과를 제공한다. 또한, 2℃ 이상으로 기온이 상승할 경우 생태계와 인간계가 감당할 수 있는 수준을 넘어서는 매우 심각하고 광범위한 영향과 위험이 초래될 수 있음을 경고한다.

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change) : 기후변화에 관한 정부 간 협의체.. Global Warming of 1.5°C. October 2018

특히, 특별보고서는 1.5℃에 상응하는 전 지구적 배출 경로를 제시함으로써, 2030년 감축 목표의 상향 조정 및 2050년경 탄소중립 도달의 필요성을 촉구했다. 지구온난화 추세는 지금까지 누적된, 그리고 앞으로 누적될 온실가스 배출 총량에 의해 결정되기 때문에, 지구 기온상승을 제한하기 위해서는 반드시 누적 배출 총량을 제한해야 함을 강조한다. IPCC는 지구적 배출 총량이 얼마나 남았는지(즉, 잔여 탄소 예산)에 대한 추정치를 바탕으로 1.5℃ 달성을 위한 배출 경로를 제시한다. 구체적으로, 전 세계는 2030년까지 2010년의 절반 수준으로 배출량을 줄여야 하며, 2050년까지는 탄소중립(Net Zero)에 도달해야 함을 보여준다. 기후변화와 관련한 국제적으로 가장 공신력 있는 IPCC에서 제시한 상기 과학적 근거들은 전 세계가 탄소중립 사회를 향해 나아가도록 촉진한 기폭제 역할을 했다고 볼 수 있다

2. 주요국의 탄소중립 정책 추진 현황

2015년 파리협정이 체결될 당시만 해도 전 세계는 지구의 평균기온 상승을 산업화 이전 대비 2℃ 이내로 유지하는 것을 궁극적인 목표로 삼

았다. 하지만 전 세계는 기후변화에 따른 폭염, 홍수, 가뭄과 산불, 태풍 등 이상기후 현상의 빠른 증가를 경험하며 기후변화의 심각성에 대해 위기감을 느끼기 시작했고, 온실가스 배출의 극적인 감축이 필요하다는 인식이 확산되었다. 이러한 흐름 속에, 기후변화 대응에 있어 정치적 모멘텀을 확보하고자 하는 유엔과 EU 중심의 주요 선진국들은 2050 탄소중립 달성의 필요성을 강력히 주창하고 나섰다.

기후변화의 피해가 가장 심한 최빈개도국은 이들의 탄소중립 달성 주장을 적극 지지했다. 탄소중립 선언에 대한 국제적 압박 속에 전 세계 60%가 넘는 국가가 21세기 중반 탄소중립 달성이라는 정치적 선언에 동참했다. 2020년 한국판 그린뉴딜 계획 등을 통해 기후위기 대응의 필요성을 강조해왔던 우리나라 정부 또한 2020년 10월, 2050년 탄소중립 달성에 대한 의지를 밝혔다.

세계 각국의 탄소중립 선언과 구체적 계획 수립을 촉발한 첫 번째 계기는 2019년 9월 미국 뉴욕에서 열린 유엔 기후행동정상회의(UN Climate Action Summit)이다. 동 정상회의에서 유엔 사무총장은 각국 정상에게 2050년 탄소중립 달성을 촉구하고, 그에 맞춘 강화된 NDC 수립 계획을 제출토록 요구했다. 이에 총 65개 국가 및 지역 정부가 2050 탄소중립 달성을 약속했다. 이어서, 같은 해 12월 스페인 마드리드에서 열린 제25차 기후변화 당사국총회(COP25)에서 결성된 ‘기후목표상향동맹(Climate Ambition Alliance)’을 통해 탄소중립에 대한 더욱 강력한 모멘텀이 형성되었다. 유엔기후변화협약의 총 197개 당사국 중 60%에 해당하는 120개국이 기후목표상향동맹에 참여했다.

<도 1.1 주요국 탄소중립 달성 로드맵, 2022>

<표 1-1. 파리협정 당사국 중 장기저탄소발전전략 LEDS 제출 현황>

임정민, 글로벌 탄소중립 선언의 배경 및 주요국 추진 동향, 에너지경제연구원 부연구위원, 2021

<표 1-2. 주요국 탄소중립 달성 목표 법제화 추진 현황>

임정민, 글로벌 탄소중립 선언의 배경 및 주요국 추진 동향, 에너지경제연구원 부연구위원, 2021

많은 국가가 탄소중립 달성에 대한 의욕을 내비쳤지만, 실질적인 국가 계획 수립과 제도화를 통해 이행력을 확보한 국가는 일부에 불과하다. 특히, 파리협정은 2020년까지 모든 당사국이 장기저탄소발전전략(LEDS, Long-term low greenhouse gas Emission Development Strategies)을 유엔사무국에 제출할 것을 요구했으나(파리협정 제4조 19항), 해당 기한까지 LEDS를 공식 제출한 국가는 오직 28개국이다

1) 미국의 탄소중립 전략

미국은 2021년 파리협정에 재가입하고 2030년까지 순 온실가스 배출량을 최고 배출량 수준보다 50~52% 낮추기 위해 새로운 국가 결정 기여(Nationally Determined Contributions, 이하 NDC)를 제출했다. 이는 미국의 2005년 수준보다 2020년 배출량을 17% 줄이겠다는 이전의 약속을 준수하고 있다. 2025년에는 2005년 수준보다 26~28% 줄인다는 계획이다. 바이든 행정부는 2021년 11월 장기 전략 보고서를 제출하면서 새로운 NDC에 따라 2050년까지 미국 온실가스 배출량을 순 제로로 줄이기 위한 전략을 제시했다.

미국의 최고 배출량은 2005년에 발생했으며, 미국의 모든 NDC 목표에서 기준으로 사용

된다.

https://unfccc.int/process/the-paris-agreement/long-term-strategies

<도 1-2. 미국의 2030년 국가 결정 기여 및 2050년 장기 전략 목표에

따른 온실가스 배출량 및 예상>

THE LONG-TERM STRATEGY OF THE UNITED STATES Pathways to Net-Zero Greenhouse Gas Emissions by 2050, 2021.11

미국의 현재 및 역사적 기후정책 전략은 경제의 각 주요 배출 부문에서 탈탄소화를 가속화하기 위한 일련의 부문별 정책에 달려 있다. 2020년 배출량은 운송(27%), 전기(25%), 산업(24%)의 3개 부문에서 각각 발생했으며 나머지는 상업용 및 주거용 건물(13%) 및 농업(11%)에서 발생했다. 바이든 행정부나 현재 검토 중인 의회 법안 중 경제 전반에 걸친 배출권거래제 및 탄소세 도입의 요구는 없다. 그 대신 바이든 행정부가 제시한 현재의 정책 비전과 의회 입법에는 공공 투자 및 보조금, 세금 공제 및 규정을 포함한 다양한 부문별 조치가 포함된다.

운송 부문은 현재 미국에서 온실가스를 가장 많이 배출하는 부문으로 2020년 미국 GHG 배출량의 약 27%를 차지하며 자동차, 픽업트럭 및 SUV와 같은 경량 차량의 배출량이 가장 크다.  규제 표준 배기관 배출 및 연료 효율성에 대한 것은 운송 부문의 주요 배출 감소 정책이었다.

<도 1-3. 1990~2020년 미국 운송 부문 온실가스 배출량의 원천별 추이>

전력 부문에 있어서 바이든 행정부는 앞으로 2035년까지 100% 탄소 무공해 전력을 목표로 설정했지만, 아직까지 이를 의무화하는 정책이나 규정은 없다. 미국의 2030 NDC는 “오염을 줄이기 위한 인센티브 및 표준”을 전력 부문의 배출 감소에 기여하기 위한 중심 정책으로 지정했다.

<도 1-4. 1950~2020년 전력원별 연간 미국 전력 생산>

주로 공간 및 물 난방을 위한 건물 부문의 직접 연료 연소는 미국 온실가스 배출량의 13%를 차지한다. 그러나 전기의 배출량이 최종 사용자에게 귀속되는 경우 주거 및 상업 부문은 미국에서 가장 큰 배출량 부문이 되며 2020년 배출량의 31%를 차지하며 산업계(30%)를 앞서게 된다.건물 부문의 배출 감소를 위한 주요 연방 정책에는 기기 효율성 표준, 저소득 건물의 내후화(weatherization)를 위한 자금 조성, 에너지 효율성 프로그램의 개발과 구현을 촉진하기 위해 하위 국가 행위자에게 제공되는 블록 보조금이 포함된다.

https://www.epa.gov/ghgemissions/sources-greenhouse-gas-emissions

산업부문은 미국 온실가스 배출량의 거의 4분의 1(전기 배출량이 최종 소비자에게 할당되는 경우 30%)을 차지하지만 지금까지 정책적으로 가장 관심도가 낮았다. 탈탄소화를 위한 지원정책은 에너지 생산 및 효율성의 개선, 산업 공

정 열의 전기화, 저탄소 연료, 공급원료 및 화학 반응물의 사용, 탄소 포집 및 저장의 조합을 통해 제공할 수 있다. 탈탄소 발전은 산업 공정을 위해 구매한 전기에서 배출을 저감하는 효과가 있다.

바이든 행정부의 2030 NDC는 미국이 “저탄소 및 제로 탄소 산업 공정 및 제품의 연구, 개발, 시연, 상업화 및 배치를 지원할 것”이라고 명시하고 있다. 행정부는 탄소 포집 및 청정수소 생산을 장려하는 계획과 연방정부 조달 권한을 사용하여 이러한 초저탄소 및 무탄소산업 제품의 초기 시장을 지원하는 계획을 구체적으로 포함할 계획이다.

https://unfccc.int/sites/default/files/NDC/2022-06/United%20States%20NDC%20April

%2021%202021%20Final.pdf

2) EU의 탄소중립 전략

유럽연합(EU)의 온실가스(Green House Gas, 이하 GHG) 배출량은 탄소가격정책 등에 힘입어 지난 20~30년 동안 감소해 왔다. 1990년 말, 회원국 사이에 2000년까지 EU 이산화탄소배출량을 1990년 수준으로 안정화하는 것을 목표로 한 합의가 이루어졌다.

초기 EU의 온실가스 저감 목표는 모호했고 목표의 구속력 또한 없었다. 그럼에도 불구하고 그 후 10년 동안 일부 회원국은 온실가스 감축을 위한 정책을 신속하게 추진했다. 시간이 지나면서 온실가스 감축정책에 대한 지지가 EU 내에서 확대되었으며 2001년에는 1997년 교토의정서에 따라 EU가 약속한 온실가스 저감 목표를 달성하기 위해 유럽 집행위원회가 다음과 같은 세 가지 ‘정책(이니셔티브)’을 시작했다(Jordan and Rayner, 2010).

∙ 2002년 5월 의정서 비준, 회원국 간 집단 EU 목표를 재분배하는 부담 분담 협정

∙ 다양한 분야에 걸쳐 새로운 정책을 개발하고 제안하려는 위원회의 의도를 알리는 커뮤니케이션

∙ 유럽 배출권 거래 시스템(EU ETS) 도입 제안

이후 몇 년 동안 다양한 정책이 도입되었으며, 온실가스 저감뿐만 아니라 EU의 에너지 안보 확보를 목표로 ‘에너지 효율성’이나 ‘상품 표준’에 관한 기존 대부분의 법률을 통합하고 강화했다(Jordan and Rayner, 2010).

2007년에 EU 위원회는 2020년까지 달성할 세 가지 목표를 발표하고 승인했다. 세 가지 목표는 다음과 같다.

∙ GHG 배출량의 20% 감소(1990년 배출량 기준)

∙ 최종 에너지 소비의 20%를 재생 가능 에너지로 충족

∙ 경제 전반의 에너지 집약도3) 20% 감소

이러한 정책 방향은 교토의정서에 명시된 기후 목표뿐만 아니라 에너지 안보 목표를 달성하기 위해 제시되었으며, 혁신 및 산업전략과 관련된 목표도 반영된 것이다. 이를 위해 2008년 EU는 3개의 핵심 정책을 도입했다. 첫 번째 정책은 ‘기후 및 에너지 패키지’로 EU ETS 지침(수정판)에 해당한다. 두 번째 정책은 ‘노력 분담 결정(Effort Sharing Dec ision, 이하 ESD)’으로 배출권거래제가 적용되지 않는 대부분의 부문에 대해 각 회원국에 구속력 있는 연간 GHG 배출 목표를 설정하도록 하는 내용이다. 세 번째는 2020년까지 재생에너지가 충족해야 하는 최종 에너지 소비에 대한 각 회원국의 구속력 있는 목표를 설정한 ‘재생에너지 지침(Renewable Energy Directive, 이하 RED)’이다. 이 중 세 번째 재생에너지 지침은 모든 회원국에 적용되는 것으로 2020년까지 수송 부문 에너지 수요의 10%를 재생에너지로 공급하는 내용이다. 각 회원국은 RED나 ESD 목표를 달성하는 방법에 대해 상당한 재량권을 가지고 있지만, 앞서 언급된 ‘EU 이니셔티브’나 세 가지 목표 등 EU 차원에서 추진되는 목표에 의해 통제된다.

일례로 2012년에 채택된 에너지 효율 지침(Energy Efficiency Directive, 이하 EED)은 2020년 에너지 효율 목표 달성을 위해 회원국이 지켜야 할 다양한 요구 사항을 포함하고 있다. 만약 회원국에 에너지 관리 시스템이 구현되어 있지 않은 경우해당 국가의 모든 대기업은 4년마다 에너지 효율에 대한 감사를 받아야한다는 내용이 이 지침에 포함되어 있다.

2009년 유럽 이사회는 코펜하겐 회의를 앞두고 2℃ 기후목표를 반영해 2050년까지 EU 배출량을 1990년 배출량 기준 80~95% 감축하는 목표에 동의했다. 2011년에 발표된 「경쟁력 있는 저탄소 경제를 위한 로드맵」에는 40~60% 감축이라는 잠정 목표를 포함시켰으며 ‘2050년 저감 목표’ 달성을 위한 비용 효율적인 감축 경로를 도출해 포함시켰다.

<도 1-5. 경쟁적 저탄소 경제 로드맵하의 EU 배출 궤적 및 당시 ‘현재 정책’하의 궤적>

정은미ㆍ이재윤ㆍ이상원, 2050 탄소중립 산업전략 종합연구, 산업연구원, 2022

2014년에는 2015년 파리에서 열리는 COP21에 앞서 「2030년 기후 및 에너지 프레임워크」가 채택되었다. 이 프레임워크는 3개의 2020년 목표를 2030년까지 연장하여 2005년 대비 GHG 배출량 40% 감축, 재생에너지 점유율 27%, 에너지 효율성 27% 개선 등을 목표로 했다.

GHG 감축 목표는 배출권거래제 적용 부문과 비적용 부문에 대해 다르게 책정되었다. EU ETS 적용 부문의 경우 2005년 배출량 대비 43% 감축 목표가 설정된 반면, 비ETS 부문에서 이보다 낮은 30%의 감축 목표가 설정되었다. 이에 따라 EU ETS에 대한 제도 개선이 추진되었고, 비ETS 부문에 대한 2030년 국가 목표가 설정되었다. 앞 ‘2009년 기후 및 에너지 패키지’와는 대조적으로 ‘2030년 재생에너지 목표’는 EU 수준에서 구속력을 가지고 있다.

이에 비해 에너지 효율 목표는 지표로서만 제시되었다. 이 목표를 달성하는 정책에 대해서는 회원국의 재량권이 상당 수준에서 인정되었지만 회원국들은 목표 달성을 위해 어떤 정책과 수단을 사용할지에 대한 내용을 담은 ‘국가 에너지 및 기후 계획’을 EU에 제출해야 했다(European Commission, 2014).

2014년 선거에 의해 선출된 신임 EU 집행위원회 의장은 10가지 지침을 우선순위를 설정해 발표했다. 그중 세 번째는 ‘에너지 연합 패키지 (Energy Union Package)’의 일부인 ‘미래지향적 기후변화 정책을 갖춘탄력적인 에너지 연합(a resilient Energy Unition with a forward-looking climate change policy)’을 만드는 것이었다.

2015년 2월에 위원회는 ‘가정 및 기업 소비자에게 안전하고 지속가능하며 경쟁력 있고 저렴한 에너지를 제공’하는 것을 목표로 ‘에너지 연합’안을 발표했고 이 안은 그해 3월 이사회에서 채택되었다. 동 제안을 통해 서로 연관된 다음의 5가지 의제가 선택되었다; (1) 에너지 안보, 연대 및 신뢰, (2) 유럽 에너지 시장의 완전한 통합, (3) 에너지 효율성 제고를 통한 수요 관리에의 기여, (4) 경제 전반의 탈탄소화, (5) 연구, 혁신 및 경쟁력이다(European Comꠓmission, 2015).

2030년 목표에 대한 정책 프레임워크를 강화하고 목표를 이행하기 위해 EU 위원회는 2016년 8개의 입법 항목으로 구성된 ‘청정에너지 패키지’를 시작했다. 이 패키지에는 2018년 개정될 재생에너지 지침과 에너지 효율 지침을 확장ㆍ강화하는 안이 포함되어 있다. 이에 따라 재생에너지 및 에너지 효율에 대한 2030년 목표는 각각 최소 32%, 32.5%로 높아졌다. 이를 통해 2030년까지 ‘GHG 배출량 45% 감축’ 목표를 달성할 예정이었는데, 이는 기존의 공식 목표인 40%보다 상향된 것이다(European Commission, 2019).

또한, 이 패키지는 회원국에 10년 단위로 국가 기후 및 에너지 계획(National Energy and Climate Plan, 이하 NECP)을 수립할 것을 요구했으며, 그 첫 번째 계획을 2020년 1월까지 제출하도록 했다. NECP는 회원국이 2050년 장기 목표를 포함해 ‘에너지 연합’의 5가지 목표를 달성하는 방법을 간략하게 설명하는 것으로, 2022년 5월까지 EU 27개 회원국가 중 21개 국가가 NECP를 제출했다.

유럽 기후법 및 ‘Fit for 55’ 패키지(2021)

그린 딜에 따라 제안된 유럽 기후법은 2021년 4월에 합의되어 2021년 7월에 채택되었다. 2030년 감축 목표를 55%로 상향하고 2050년 이후 음의 순배출(net-negative)을 달성한다는 비전을 명시했다. 감축 목표 진행 상황은 파리 협정이 정한 글로벌 기준에 따라 5년마다 검토하기로 했다.

2021년 7월 위원회는 상향 조정된 2030 NDC와 2050 넷제로 달성을 위해 기존 8개의 이니셔티브를 강화하고 5개의 새로운 이니셔티브를 도입하기 위한 제안 패키지인 ‘Fit for 55’을 발표했다(European Commisꠓsion, 2021). 여기에는 EU ETS 강화 및 확대, 도로 교통 및 건물에 대한 ETS 도입, 탄소국경조정제도(Carbon Border Adjustment Mechanism, 이하 CBAM) 도입 및 에너지 과세 지침 개정 제안이 포함되었다.

다른 제안으로는 2005년 대비 EU 전체 비ETS 배출 감축 목표를 40%로 설정하기 위한 노력 분담 규정 개정, 2030년 목표를 32%에서 40%로 늘리는 재생에너지 지침 개정, 2030년까지 기존의 입법 체계에 따른 예측과 비교하여 EU 전체 에너지 소비를 9% 줄이는 개정 에너지 효율지침 개정 등이 있다(European Commission, 2021).

- REPowerEU(2022)

2022년 2월 러시아의 우크라이나 침공으로 악화된 유럽의 에너지 가격 상승에 대응하여, 2022년 3월 위원회는 초기 전략을 제안했다. 동 전략에 의하면 유럽연합(EU)은 2030년 이전에 러시아 화석연료에 대한 의존도를 낮추고, 2022년 말까지 러시아 가스 사용을 3분의 2로 줄이기로 했다. 이를 달성하기 위한 가장 중요한 전략은 저탄소 전환을 가속화하는 것이다(European Commission, 2022). 이후 2022년 5월에 세부 계획이 발표되었으며, 여기에는 다음과 같은 4가지 조치가 제안되었다.

∙ 다음을 통해 에너지를 절약한다: ① 자발적이고 즉각적인 에너지 절약을 유도한다. 에너지 절약 활동은 회원국 정부가 주도하지만 EU 수준에서의 지원도 병행한다는 계획이 제시되었다. ② 2030년 감축 목표를 9%에서 13%로 상향하고 이에 맞춰 부문별 계획을 재검토하도록 이사회와 의회에 제안하는 안이 제시되었다.

∙ 가스, 액화천연가스(LNG) 및 수소의 자발적 공동구매를 위한 EU 에너지 플랫폼 구축을 통해 에너지원을 다양화한다.

∙ 다양한 조치를 통해 청정에너지 전환을 가속화한다. 재생 가능 에너지의 채택을 촉진하기 위해 2030 재생 가능 목표를 40%에서 45%로 늘리고, 2025년까지 320GW 이상의 새로운 태양광 PV 설치를 목표로 하는 EU 태양광 전략을 채택한다. 수소 채택을 가속화하기 위해 2030년까지 국내 생산과 수입 모두 1천만 톤이라는 목표를 설정하고 다양한 지원 조치를 설정한다. 특히 산업에서 전기화와 수소 사용을 지원하기 위해 탄소차액계약제도(Carbon Contract for Difference, 이하 CCfD)의 적용을 가속화하고 더 넓은 혁신 기금의 사용을 촉진하며, 전력 구매 계약(PPA) 사용에 대한 지침을 발표한다.

∙ 현명한 투자. 위원회는 REPowerEU 계획에 2027년까지 2,100억 유로의 투자가 필요할 것으로 추정하고 있으며, ‘Fit for 55’에 따라 필요한 조치를 추가한다. REPowerEU 목표에 대한 투자를 장려하기 위해 다양한 EU 기금에 대한 수정안이 도입될 것이며 회원국 기금이 이러한 목적에 효과적으로 사용될 수 있도록 국가 지원 규정에 대한 추가분석이 착수될 것이다.

- 탄소국경조정 메커니즘(CBAM)

EU의 탄소국경조정 메커니즘(CBAM)은 2021년 7월 ‘Fit for 55’ 패키지의 일부로 제시되었으며 “2050년까지 기후 중립적인 EU 목표를 달성하기 위한 EU 정책수단의 필수 요소”로 제시되었다. 무상 할당 및 간접 탄소 비용 보상을 통해 탄소 누출을 방지하는 현재 EU ETS의 접근 방식은 누출을 성공적으로 방지했지만 주요 산업부문이 직면한 인센티브를 상당히 약화시킨다. 국내 산업을 보호하는 것과 함께 CBAM은 “해외 생산자와 EU 수입자가 탄소배출량을 줄이도록 동기를 부여”하기 위한 것임을 명시하고 있다(European Commission, 2021).

과도한 보호를 피하고 세계무역기구(WTO) 규칙을 준수하기 위해 CBAM은 시간이 지남에 따라 무료 할당 및 간접비용 보상의 사용을 대체한다. 위원회는 6가지 세부 설계 옵션을 검토했으며 CBAM이 제안한 설계는 다음과 같다(European Commission, 2021m, 2021).

∙ CBAM은 2023년부터 보고 시스템과 함께 단계적으로 도입될 예정이며, 2026년부터 전면 운영될 예정이다. 처음에는 발전과 함께 탄소 누출 위험이 높은 것으로 확인된 제한된 수의 제품(철강, 시멘트, 비료 및 알루미늄)에 적용된다.

∙ 제3국에서 생산된 제품의 수입자는 ‘CBAM 인증서’를 구입하여 제출해야 한다. 인증서는 수입 제품의 구체적인 CO2 배출 강도를 기준으로 한다.

∙ CBAM 인증서는 병렬 메커니즘19)에서 작동하며 EU ETS 내에서 거래할 수 없다. CBAM 인증서의 가격은 EUA 가격과 일치하며 주간 평균 경매 가격을 기준으로 설정된다.

∙ 수입업체는 연간 기준으로 적절한 수의 CBAM 인증서를 제공한다. 의무사항은 특정 제품에 대한 기본 CO2 강도 값 또는 확인된 배출물에 기초할 수 있다. 수입업체는 생산에서 이미 지불된 탄소가격을 기준으로 의무를 줄일 수 있다. 전기의 경우, 수출국의 전기 혼합물의 탄소 배출 계수에 따라 기본값이 설정된다.

∙ 적어도 EU ETS와 동등한 탄소가격을 부과하거나 EU ETS와 직접 연결된 동일한 제품에 탄소가격 시스템을 적용하는 국가(예: 스위스)는 CBAM에서 면제된다.

∙ 무상할당의 단계적 폐지는 2026년에 시작되어 연간 10% 포인트 감소하여 2030년까지 50% 감소하고 2035년 이후에는 완전히 철폐된다. CBAM은 2026~2035년에 EU 벤치마크에 따른 실제 배출량과 배출량 비율의 차이에 적용되며 무료 할당 범위에 포함되어 해당 수입품은 사실상 국내 생산자와 같은 수준의 할당을 받는다.

∙ CBAM의 수익은 EU 일반 예산에 할당될 것이다.

∙ 위원회는 과도기 말(2025년)까지 제도를 다른 재화 및 배출로 확대하는 등 제도의 기능을 개선하기 위한 변화를 도입하는 방안을 제안할 수 있다.

3) 중국의 탄소중립 전략

중국 온실가스(GHC) 배출의 대부분은 이산화탄소(CO2)가 차지하고 있으며, 특히 에너지 관련 CO2 배출은 총 CO2 배출량(LULUCF 제외)의 80% 이상, 총 GHG의 70% 이상을 차지한다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2019년 중국의연료 연소로 인한 CO2 배출량은 99억 톤으로 전년 대비 1.7% 증가하여, 상대적으로 완만하게 증가하고 있다. 에너지 믹스의 관점에서 보면 2019년 전기 및 열 생산, 제조 산업 및 건설, 운송 그리고 건물의 배출량은 각각 총 배출량의 53%, 28%, 9%, 5%를 차지하고 있다. 2020년에는 코로나19로 인해 세계 경제가 위축되면서 전 세계 CO2 배출량이 5.8% 감소했다.

<도 1-6. 1990년부터 2019년까지 연료 연소로 인한 중국의 CO2 배출량>

정은미ㆍ이재윤ㆍ이상원, 2050 탄소중립 산업전략 종합연구, 산업연구원, 2022

Duan Hongbo와 Wang Shouyang은 중국 에너지-경제-환경 시스템통합 모델(CE3METL)을 기반으로 중국이 이산화탄소 배출량 2030년까지 정점을 찍고, 2050년에는 약 70억 톤이 되고, 이후 2060년에는 20억톤으로 급격히 감소할 것이라고 결론지었다. 1.5℃ 목표에 따라 2025년까지 탄소배출량을 20억~40억 톤으로 대폭 줄이고, 2060년경에는 거의 제로에 가깝게 줄여야 한다. 칭화대 기후변화 지속가능발전연구소가 10여 개 연구기관과 공동으로 2020년 중국의 장기 저탄소 발전전략 및 전환 경로에 대한 프로젝트를 진행했다. 2℃ 이하 및 1.5℃ 시나리오에서는 2050년 중국 화석연료 연소로 인한 탄소배출량이 각각 약 29억 톤과 15억 톤이 될 것으로 전망했다.

칭화대 에너지환경경제연구소는 중국~글로벌 에너지 모델(C-GEM)을 사용하여 탄소중립 목표하에서 중국의 에너지 경제 전환 경로를 연구했다. 또한, 다양한 기간의 주요 배출량 감소 조치의 기여도와 필요한 정책 개입을 정량적으로 평가했다. 에너지 경제 전환 경로의 주요 특성에 대한 분석을 시행한 결과, 중국이 2060년까지 탄소중립 목표를 달성하기 위해서는 에너지 사용 효율을 더욱 개선하고 에너지 집약도를 현재보다 75% 이상 줄여야 한다는 연구 결과가 나왔다. 중국은 주로 새로운 에너지원을 통해 에너지 믹스 최적화를 지속적으로 추진해야 하며,

2060년까지 1차 에너지 소비에서 비화석연료 비중을 80% 이상으로 가동시켜야 한다. 전력 시스템의 전기화와 관련 깊은 탈탄소화를 강력하게 촉진하고 최종 사용 에너지 소비량에서 전기 비중을 증가시켜야 한다. 2060년까지 70% 이상, 2050년 이후 전기 공급에서 비금속 전기의 비율을 90% 이상으로 증가시키고, 2045년과 2050년 사이에 전력 시스템에서 탄소 순 배출량을 0으로 달성할 것이다.

4) 일본의 탄소중립 전략

2020년 일본 정부는 EU 및 기타 주요국에 이어 2050년까지의 탄소중립 목표를 발표하였다. 이는 2016년 아베 총리가 발표한 이전 목표인 80% 감축 목표에서 큰 진전을 이뤘다. 2021년 4월 스가 총리는 일본이 2030년 온실가스 배출량을 2013년 대비 46%를 감축하겠다고 발표하였다. 2030년까지 26% 감축이라는 이전 목표보다 훨씬 더 높은 수준이다.

<표 1-3. 일본의 온실효과가스 배출삭감 목표>

三井住友銀行(2021.11.),「グラスゴー気候協定の概要と今後の展望」

일본 정부는 산업부문과 협력하여 에너지 믹스 계획과 경제성장 및 탄소중립 계획을 동시에 달성하기 위한 계획을 수립하였다. 이러한 맥락에서 일본 정부는 ‘2050년 탄소중립 달성을 통한 녹색성장 전략’을 발표하였고, 이 새로운 계획을 바탕으로 일본 정부는 기후정책에 대한 관점을 바꾼 것으로 보인다. 그때까지 정부는 기후정책과 탄소 배출완화를 경제성장을 위한 비용으로 간주하였다. 그러나 기후변화의 위험에서 벗어날 수 없고 세계 경제는 탄소중립적이어야 하므로 지금을 경제성장의 기회로 여기고 있다.

정부 발표에서 보듯이 암모니아 사용을 포함하여 재생에너지와 수소 발전의 중요성을 인식하고 있다. 또한 일본이 당분간 어느 정도 화력 발전에 의존해야 하므로 탄소 포집, 사용 및 저장(CCUS)을 탄소중립의 중요한 요소로 고려하였다. 또한 스가 총리는 탄소가격제가 필수적인 정책 수단이며, 경제성장에 기여한다면 도입을 고려해야 한다고 밝혔다.

2050년 탄소중립 에너지 전망이 2021년에 발표되었다. 에너지 사용은 전력과 비전력의 두 가지 유형으로 분류할 수 있다. 전력의 약 50~60%가 재생 가능한 소스에서 나올 것으로 예상된다. 동시에 정부는 열에너지원을 배제하지 않을 것이며, CCUS가 있는 화력발전이 원자력발전과 결합된 전력원의 30~40%를 제공할 것이라고 예상했다. 또한 수소와 암모니아는 전력원의 10%를 차지할 것이다.

2050년에는 전기가 아닌 에너지원에서도 전기화가 중요하다. 2050년까지 전력이 탈탄소화될 것으로 예상됨에 따라 현재 비전력에 대한 많은 수요가 예상된다. 이러한 현상의 대표적인 예가 전기차 확산이다. 실제로 정부는 2050년까지 전력 수요가 30~50% 증가할 것으로 예측한다. 동시에 정부는 일본이 수소, 메탄, 합성 연료 및 바이오매스를 사용하여 많은 양의 비전력 수요를 충당할 것이라고 가정한다. 마지막으로, 정부는 일부 화석 연료 사용이 제거되지 않을 것으로 예상하기 때문에 조림과 직접 공기 탄소 포집 및 저장(DACCS)을 포함한 CCUS에 의존할 것이다.

<도 1-7. 일본의 2050 탄소중립 에너지 전망>

일본 경제산업성(METI) 웹페이지, 2022

탄소중립을 실현하기 위해서는 일본 정부와 경제가 다양한 정책을 추진해야 한다. 이 장에서는 일본 경제가 탄소중립에 대처한 방안을 검토한다. 먼저 탄소가격제 정책을 검토한다. 둘째, 탄소중립의 맥락에서 국제무역에 관한 일본의 입장, 특히 유럽연합(EU)의 탄소국경조정제도(CBAM) 도입에 대한 일본의 민감도를 자세히 설명한다. 셋째, 재생에너지 정책을 설명하고 수소, 암모니아, CCUS에 대한 정책을 포함하는 일본의 산업전략에 대해 논의한다.

2050년까지 탄소중립 목표를 달성하기 위한 일본의 전략은 기존 탄소가격 체계 계획 및 재생에너지 촉진 정책으로 온실가스 배출 감소의 핵심이지만 현재의 탄소중립을 달성하기에는 불충분하다. 이에 일본은 에너지세 제도를 강화하고 국가 ETS 도입을 검토하고 있다. 동시에 목표로 하는 R&D 계획은 아직 부족한 해상 풍력과 같은 재생에너지를 촉진하는 데 사용되고 있다. 탄소가격 체계 및 재생에너지 정책 외에도 일본은 수소, 암모니아 및 CCUS 기반 기술의 광범위한 사용을 촉진하기 위한 산업정책에 중점을 두었다.

- 재생에너지 보급 계획

일본은 2011년부터 재생 가능 에너지 보급을 적극적으로 추진해 왔으며 지속적으로 온실가스 배출량을 줄이고 에너지 자립도를 높이는 것을 목표로 하고 있다.

Sunshine Plan은 1974년에 수립되었으며, R&D에 대한 광범위한 보조금을 사용하여 녹색 에너지(태양광, 지열, 수소, 청정 석탄, 풍력, 소규모 수력 및 바이오매스) 개발을 목표로 했다(NEDO, 2014). 이 계획은 2002년까지 지속되었고, 총 예산은 1조 엔(90억 달러)이며 특히 태양 에너지에 중점을 둔다(NEDO, 2014). 1978년과 1993년 사이에 계획은 새로운 단계(“Moonlight Plan”)에 진입했으며 앞서 언급한 에너지원 외에 에너지 효율 기술의 촉진을 포함했다.

2003년 Sunshine Plan은 2011년까지 지속된 재생 가능 포트폴리오 계획(RPS)으로 대체되었다. RPS는 전기 소매업체가 매년 재생 가능 소스에서 생성된 16YWh의 전기를 사용하도록 규정하고 있다. 이 계획은 태양열, 바이오매스, 풍력 발전에 대해 추진되었지만, 재생에너지 설치는 2011년 이후에 급증하기 시작하였다. 전반적으로 일본 RPS 계획에 대한 평가는 부정적이며, 이는 야심찬 목표의 제시가 부족한 점에서 기인한다(Chen et al., 2014). 2012년에는 태양열, 풍력, 지열, 소규모 수력, 바이오매스를 대상으로 하는 국가적 대규모 FIT 정책이 도입되었다.

<도 1-8. 재생에너지 설치용량 추이

5) 한국의 탄소중립 전략

파리협정, UN 기후정상회의 등을 거치면서 2050년 탄소중립이 국제적 흐름이 됨에 따라 우리 정부 역시 2020년 10월 ‘2050 탄소중립’ 목표를 선언하였다. 한국은 국제사회와 협력을 강화하는 동시에 기후위기 대응 시대에서 선도적인 역할을 할 것임을 약속하였다. 이에 정부는 같은해 12월 탄소중립 추진전략, 정책 방향, 주요 과제 등을 포함한 「2050 탄소중립 추진전략」을 발표하였다.

정부는 비전 달성을 위한 ‘3+1 실행전략’을 제시하였는데, 이는 경제 전 영역에서의 저탄소화 추진(적응), 신유망 저탄소 산업생태계 조성(기회), 공정한 전환을 통한 전 국민 참여(공정), 탄소중립 인프라 확충(기반)을 주요 내용으로 한다. 특히, 탄소중립 이행으로 직접적인 영향을 받게 될 산업부문의 정책 방향과 과제가 다수 포함되었다.

기존 산업부문의 높은 화석연료 의존도를 낮추고, 재생에너지로의 전환을 가속화하기 위한 노력이 강조되었다. 석탄, LNG 발전 등 화석연료 중심에서 해상풍력, 바이오 등 신재생에너지로 산업 생산의 주 에너지원을 전환한다는 계획이다.

2022년 5월 윤석열 정부가 출범하였고, 이전 문재인 정부에서 제시하였던 탄소중립 추진전략을 더 구체적이고 효율적인 방향으로 수정하고자 노력하였다. 장기적인 관점에서 탄소중립ㆍ녹색성장을 위한 기반을 구축해 나가는 한편, 정책의 구체성, 체계적인 이행관리, 이해관계자 및 국민 참여 확대 등을 보완해 나갈 방침이다.

2023년 4월 정부는 중장기 온실가스 감축목표를 포함한 ‘탄소중립ㆍ녹색성장 국가전략 및 제1차 국가 기본계획’을 발표하였다. 실현 가능한 탄소중립 이행을 위해 부문별 구체적이고 효율적인 정책 수립이 필요함을 강조하였다. 중앙정부 주도 중심이 아닌 민간 및 지자체 등 협력적 거버넌스 체계 강화와 기술ㆍ과학 기반의 탄소중립ㆍ녹색성장을 추진한다는 계획이다.

정부는 “2050년까지 탄소중립을 목표로 하여 탄소중립 사회를 이행하고, 환경과 경제의 조화로운 발전을 도모”라는 새로운 국가 비전하에 “탄소중립ㆍ녹색성장, 글로벌 중추 국가로의 도약”이라는 전략목표를 설정하였다. 책임있는 실천, 질서있는 전환, 혁신주도 탄소중립ㆍ녹색성장등 3대 정책방향과 함께 4대 전략 및 12대 과제를 제시하였다.

경제ㆍ사회 전 부문에서 책임 있는 탄소중립 실현을 강조하며, 온실가스 배출의 주요 원인이 되는 전환, 산업, 수송, 건물 등 부문별 기술개발 지원 확대와 법제도 개선을 통해 탄소중립 이행을 유도할 것이다. 현실성 없는 목표 제시가 아닌 실현 가능한 성과로 이어질 수 있는 목표 설정과 체계적인 모니터링 시스템 구축으로 지속 가능한 평가 체계를 마련할 계획이다.

원전 확대 및 재생에너지와의 조화를 내세우며, 이전 정부의 에너지 정책과는 달리 원전을 활용한 효율적 방식의 온실가스 감축을 강조한다. 세액공제, 녹색금융 등 대대적 지원을 통해 산업부문의 공정 및 순환경제 활성화를 추진한다. 제품생산에서 연ㆍ원료 투입부터 재활용에 이르는 전 과정에서 탄소중립을 실현한다는 계획이다.

주요 부문별 감축 방향을 살펴보면, 전환부문에는 석탄발전의 감축, 원전 및 재생에너지 등의 에너지 전환, 전력 계통망 기반 구축, 합리적에너지 요금체계 개편 등이 포함된다. 산업부문의 경우 온실가스 다배출 공정 개선 및 대체 연ㆍ원료 확보, 기업 투자 부담 완화, 배출권거래제 개선을 통한 자발적 감축활동 유도 등이 제시되었다. 수송부문의 전기ㆍ수소차 보급 확대, 건물부문의 에너지효율 강화, 폐기물부문의 고부가가치 재활용 확대 등이 정부의 주요 감축 방향이라 할 수 있다.

<표 1-3. 탄소중립ㆍ녹색성장 4대 전략과 12대 과제>

산업부문의 경우 앞서 언급한 바와 같이 우리나라는 무역의존도가 높은 편이며, 탄소 순수출국으로 분류되어 국제적 탄소 규범 대응이 시급하다. 이에 국내 산업부문은 신속한 저탄소 전환이 필요한 상황이다. 산업부문의 온실가스 배출 완화를 위한 정부의 핵심 과제로 탄소중립 실현 핵심기술 확보, 기업 리스크 분담 및 신속한 지원, 배출권거래제 고도화, 소통을 위한 업계-정부 거버넌스 체계 구축 등에 초점을 둔다.

<표 1-4. 한국의 2050 탄소중립을 위한 부문별 감축정책>

중장기 감축 목표

정부가 2015년 6월 최초로 ‘2030 국가 온실가스 감축목표(NDC)’를 수립한 이후 여러 차례 수정작업이 이루어졌다. 2019년 12월 감축목표의 표기 방식을 기존 BAU 방식에서 절대치 방식으로 변경하면서 감축 의지를 표명하였다. 정부의 탄소중립 선언 이후 2021년 10월 2030 NDC 상향안을 마련하면서 2018년 배출량 대비 2030년에 40% 감축 목표로 상향 수정하였다. 최근 2023년 월 탄소중립기본법에 따라 부문별ㆍ연도별 감축경로가 제시되었다.

2030년 국가 목표 배출량은 4억 3,660만 톤으로, 2018년도 배출량 대비 40% 감축을 나타낸다. 전환부문은 청정에너지 전환 가속화로 45.9% 감축, 산업부문은 에너지 전환, 공정배출 감축 등으로 11.4% 감축을 목표로 한다. 산업부문의 경우 2021년 10월 2030 NDC 상향안 작업 시14.5% 감축이 제시되었으나 기술개발 상용화 시기 등 현실적인 상황을 고려해 11.4% 감축으로 재수정되었다. 또한 연도별 감축목표에 대해서는 감축정책 시행 이후 실질적인 효과를 보기까지의 시차를 고려하여 설정되었다.

<표 1-5. 한국의 2030 NDC 부문별 목표 배출량>

Ⅲ. 수소경제 및 IP 기술경쟁력

1. 수소경제로의 이행

- 수소경제 정의 및 수소 경쟁력

수소경제(hydrogen economy)는 수소를 주요 에너지원으로 사용하는 경제산업구조를 말한다. 즉 화석연료 중심의 현재 에너지 시스템에서 벗어나 수소를 에너지원으로 활용하는 자동차, 선박, 열차, 기계 혹은 전기발전, 열 생산 등을 늘리고, 이를 위해 수소를 안정적으로 생산, 저장, 운송하는 데 필요한 모든 분야의 산업과 시장을 새롭게 만들어내는 경제시스템이다.

수소는 원자번호 1번으로 우주물질의 75%를 차지할 정도로 풍부하다. 이처럼 수소는 지역적 편중이 없는 보편적 에너지원이며 장기간 대용량의 저장이 가능하다는 특징이 있다. 또한 수소는 에너지 효율이 높다. 수소의 질량당 에너지 밀도는 142kJ/g으로 휘발유의 4배, 천연가스의 3배, 비해리튬이온배터리에 서도 100배가량 커서, 수소는 저장 탱크에 저장될 수 있고, 저장된 수소는 파이프라인을 통하거나, 트럭, 배 등의 운송 수단에 실어먼 거리로 이동이 가능하다.

<도 3-2. 연료별 부피 및 무게당 밀도 비교>

미국에너지부(2019)

또한 수소는 산소와의 화학반응으로 열과 전기를 생산한 이후 생성되는 부산물이 물(H2O)밖에 없어 환경친화적인 자원이라고 할 수 있다.

수소는 기존의 화석연료를 대체하여 저탄소 에너지원으로 활용되어, 재생에너지의 지역별, 계절별 수급 불균형을 해소할 수 있다. 그동안 생산 가능한 에너지 중 30~40% 정도만 전력계통에 연계되고 고 나머지 60~70%의 에너지를 회수하는데 곤련 하였으나, 이렇게 계통연계가 불가능 전력을 수전해 방식을 통해 수소(그린수소)를 생산하여 대용량으로 장기간 저장할 수 있기 때문이다.

<도 3-2. 2030년 태양광, 풍력에 의한 수소가격>

Global Hydrogen Review 2021, IEA

수소가격($/kgH₂)

이러한 특성으로 수소는 꽤 오랜 시간 동안 미래 에너지 패러다임을 바꿀 이상적인 에너지원으로 손꼽혀왔으나, 수소를 활용하기 위해서는 높은 기술력이 필요해 폭넓은 상용화가 지연되었고, 항공우주 등 특정 산업 영역에서만 일부 사용되었다.

2003년 미국 부시 행정부에서 수소연료 이니셔티브(Hydrogen Fuel Initiative)를 통해 수소를 국가 에너지 정책으로 추진하기도 했으나, 경제성과 활용 측면에서의 기술적 한계로 오바마 행정부에서 사실상 폐기된다.

그러나 최근 10여년간 연료전지 발전시스템의 고도화와 수소전기차의 상용화로 수소의 활용 범위가 크게 확대되면서, 수소에 대한 기대가 다시 한번 고조되고 있다. 특히 코로나19 팬데믹 이후, 주요국의 경제재건 정책으로 그린뉴딜과 수소산업이 채택되면서, 이제 정부와 기업 모두 앞다퉈 수소경제로의 이행을 외치고 있다.

수소경제라는 용어가 등장 한지는 지금으로부터 약 50년 전인 1970년대로 거슬러 올라간다. 수소경제는 1970년 미국 자동차 기업 GM의 기술센터 강연에서 텍사스 A&M 대학교 교수인 존 보크리스(John O’M Bockris)가 ‘수소가 석유를 대체하여 에너지 수요를 충족시키는 에너지시스템 및 경제’라는 의미로 처음 언급했다. 그리고 1973년 미국 가스기술협회의 그레고리(D. P. Gregory) 박사가 ‘The Hydrogen Economy’라는 제목의 칼럼을 사이언티픽 아메리칸(Scientific American)에 게재하면서 수소경제라는 용어가 본격적으로 사용하게 된다.

이후 수소경제는 경제학자이자 미래학자로 잘 알려진 제레미 리프킨이 2002년 발간한 저서인 ‘The Hydrogen Economy’를 통해 대중화된다. 제레미 리프킨은 이 저서를 통해 수소경제란 ‘산업화 시대 초기 석탄과 증기 기관이 새로운 경제 패러다임을 마련했듯이, 수소에너지가 기존의 경제, 정치, 사회를 근본적으로 바꾸는 것’으로 보았다.

2004년 미국 공학한림원(National Academy of Engineering, NAE)은 수소경제를 밸류체인 관점에서 보다 체계적이고 구체적으로 설명했는데, ‘수소경제란 석탄, 천연가스, 원자력, 신재생에너지를 이용하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 운반·저장하는 인프라를 구축하며, 수소를 직접 연소하거나 연료전지를 이용하여 전력을 생산하여 최종적으로 소비하는 에너지 수급 시스템에 기반한 경제’로 정의했다.

<도 3-3. 탄소경제 VS 수소경제>

수소생산에서 활용까지,수소경제에서 찾는 기회, 삼정KPMG 경제연구원, 2021

수소경제를 기존의 탄소경제와 비교하면, 탄소경제는 석유, 석탄, 가스 등 탄소를 배출하는 화석 연료 자원이 중심이 되며 97% 이상을 해외 수입에 의존하고 있다. 반면 수소경제는 탄소 배출이 거의 없는 수소를 중심으로 활용하여 국내 생산이 가능하다. 또한, 에너지 공급구조 측면에서는 탄소경제의 경우 대규모 투자가 필요한 중앙집중형 에너지 수급구조를 띄며, 입지적 제약이 크다. 반면, 수소경제는 소규모 분산형 에너지 수급구조를 갖고 입지적 제약이 상대적으로 적다. 시장경쟁 측면에서 탄소경제는 자원개발과 에너지 확보 경쟁이 치열한 반면, 수소경제는 기술경쟁력 확보와 규모의 경제가 관건이다.

- 수소시장 규모

글로벌 컨설팅회사 맥킨지는 2020년부터 발전, 수송, 건물 및 산업 에너지 부분에서 수소의 활용이 시작되고, 2030년부터 수송 분야를 시작으로 본격적인 수소 사회가 도래할 것으로 예측하고 있다. 수소경제를 주도하는 글로벌 기업들이 조성한 수소위원회(Hydrogen Council)에 따르면 2050년 전 세계 수소 소비량은 5억 4,600만 톤(78EJ)으로 ’15년 대비 약 10배 증가하고, 전 세계에너지 소비량의 18%는 수소에너지*가 차지하며, 수소시장 규모는 2050년에 약 2조 5,000억 달러로 성장하고, 3,000만 명의 고용효과가 예상된다.

<도 3-4. 세계 수소 수요 전망>

출처: Hydrogen scaling up, 수소위원회&맥캔지, 2017

<도 3-5. 미국 수소 저장 방식별 시장 규모 전망>

출처: Grandviewersearch

IEA는 미국의 수소저장방식별 시장규모는 약 6%의 연평균 성장률(CAGR)로 성장할 것으로 전망하고 있다.

맥킨지의 ‘한국 수소산업 로드맵’에 따르면, 2050년 국내에서만 연간 약 70조 원의 경제효과 및 약 60만 명의 고용창출 효과가 있을 것으로 전망된다. 정부 역시 수소 경제 로드맵을 통해 2040년 연간 약 43조 원의 경제효과 및 약 42만 명의 고용창출 효과가 있을 것으로 전망하고 있다

<도 3-6. 한국 수소경제 전망>

월간수소경제 홈페이지

2. 주요국 수소경제 이행 계획

전 세계적으로 많은 국가 및 기업들은 에너지 안보 위기 및 에너지 정책 변화에 대응하여 프로젝트별 또는 신규사업으로 CCUS 및 신재생 에너지 투자 및 개발에 참여하고 있다.

세계수소위원회 2021년 보고서에 따르면 전 세계에서 359개 수소 관련 각종 프로젝트가 진행 중이다. 2030년까지 투자금액은 총 5,000억 달러로 추정되며, 분야별로는 대규모 생산(28건), 산업용 원료(141건), 운송(96건), 융합형 사업(56건), 인프라(88건)으로 구성된다. 지역별로는 유럽(EU)이 신규 프로젝트의 80%를 차지하며 수소경제를 주도하고 다른 지역들 또한 빠르게 성장(‘20 1월(총 228건) 대비 75% 증가)하며 수소 생태계를 형성해가고 있다.

수소 공급망을 둘러싸고 국가 간 및/또는 기업간 다양한 협력 플랫폼 확산, 합종연횡을 통해 국가 간 자원-기술 협력파트너를 찾는 움직임이 활발하다. 특히 수소산업에 있어 핵심 기술에해당하는 수전해 및 액화수소 저장·이송 분야 핵심 기술력을 보유한 소수의 기업들은 과도한 경쟁보다 수소경제 활성화를 바탕으로 수소 산업 선점을 위해 협업을 통해 수소 밸류체인 전반에 걸쳐 경쟁력을 강화하는 등의 시너지를 높이는데 주력하고 있는 것으로 보인다. 자원-기술 협력을 통해 기술선진국은 자원보유국을 통해 수소를 확보하고, 자원보유국은 반대로 수소 생산·저장·운송·활용 기술을 획득하려고 한다.

<도 3-7. 글로벌 수소에너지 분야 프로젝트 추진 현황>

Hydrogen Insights 2021.7

<도 3-8. 국가간 수소에너지 공동 개발에 관한 양자 협력, 2019-2021>

1) 미국의 수소경제 이행 계획

미국 2030년까지 수소 자급률 100% 달성을 목표로,

미국은 일찍부터 수소경제의 가능성에 주목했다. 1992년 제정된 미국의 ‘에너지 정책법 (Energy Policy Act)’은 수소에 대한 정책을 최초로 명시한 국가 입법이었다. 이후 수소차와 연료전지에 대한 기술과 시장성에 대한 비관적 견해로 관련 예산이 대폭 삭감되기도 하였으나,

재생에너지 보급 확대와 관련 기술발전 및 단가하락으로 효율성이 개선되면서 수소경제에 대한 시장의 관심이 살아나고 있다.

기업들로 구성된 전국 단위 민간단체인 연료전지 및 수소에너지협회(Fuel Cell and Hydrogen Energy Association, FCHEA)는 2010년에 조성되어 2020년 ‘미국 수소경제로의 로드맵’을 통해 연간 7,500억 달러 수익과 340만 개 일자리 창출을 목표로 2050년까지의 수소경제 구축을 위한 정책을 제안했다. BMW, 토요타, 보쉬, 퓨어셀 등이 참여하고 있으며 2021년 7월 기준 현대차, 두산중공업도 회원이다. 또한, 미국 정부는 민관 협력단체인 H2USA를 2013년 조직하여 수소경제로의 이행을 위해 ‘H2@Scale’ 프로젝트를 2019년에 발표했다. 동 프로젝트는 2050년 탄소중립 목표를 이행하고 경제를 활성화하는 전략으로 수소산업을 집중적으로 육성하는 것이 핵심이다.

미국의 수소 정책은 주 마다 상이하지만, 그중에서도 캘리포니아가 가장 적극적이다. 캘리포니아는 민관 협력단체 CaFCP(California Fuel Cell Partnership)을 결성하고, 2004년부터 수소 고속도로(Hydrogen Highway) 사업을 통해 충전소 보급을 확산 해왔으며, 그 결과 2019년 기준 북미 지역 수소 충전소의 65%가 캘리포니아에 소재해 있다. 또한, 캘리포니아 포함 11개 주에서는 환경오염, 배출량, 주행거리 등을 고려하여 자동차 제조사에 벌금을 부과하는 ZEV(Zero Emission Vehicle) 크레딧 제도를 통해 수소차 확산을 촉진하고 있다.

2) EU의 수소경제 이행 계획

EU : 독일을 중심으로 2050년까지 대규모 생산체계 도입

EU 차원에서 수소경제에 대한 공동 노력은 2004년 ‘수소경제 구축을 위한 중장기 로드맵’을 발표한 것이 시초라고 할 수 있다. 이후에는 2008년에 유럽 유일 공공 및 민간 협력기구인 FCH-JU(Fuel Cells and Hydrogens-Joint Undertaking)을 설립하여 초기 수소시장 조성을 지원해왔다. 또한, H2ME(Hydrogen Mobility Europe) 사업을 통해 수소차 확산을 견인했으며 이에 2019년 기준 유럽에서 운영 중인 수소 충전소는 177개소로 늘어났다.

최근 EU 집행위원회는 2020년 7월 ‘EU 수소전략’을 발표했다. 이는 팬데믹으로 침체된 경제를 살리기 위한 그린 딜의 연장선에서 새로운 일자리 창출, 세계 수소 산업에서의 주도권 확보를 목적으로 하고 있다. 2050년까지 에너지 소비 중 청정 수소의 비중을 23%까지 확대하고 연간 매출 6,300억 유로의 수소경제를 달성하겠다는 것이 주 목표이다. 특히, 유럽의 수소경제를 견인하고 있는 독일은 2020년 6월 2050년 온실가스 배출 제로를 목표로 ‘국가수소전략’을 발표했다. 기존 에너지원을 수소로 대체하기 위해 90억 유로를 투자하여 수소 인프라를 구축할 예정이다.

3) 중국의 수소경제 이행 계획

중국 : 해외 기업 간 파트너십 체결과 수소도시 건설

미세먼지 등의 국가적 문제로 탈화석 연료를 외치고 있는 중국은 에너지 자립도를 높이고 저탄소 에너지 활용을 확산시키기 위해 최근 들어 적극적인 수소산업 육성 정책을 펼치기 시작했다. 중국 정부가 추진하고 있는 수소경제 정책의 핵심은 수소차 및 수소 충전소의 보급, 부품

국산화, 수소 생산 기반 구축, 정부 지원금 확충 등으로 구성된다. 중국 내 수소 수요는 2050년까지 5,000만 톤을 목표로 하고 있으며, 최종 에너지에서 차지하는 비중을 10% 수준으로 높일 계획이다. 수소차 보급목표는 2020년 5,000대, 2025년 5만 대, 2030년까지 1,000만 대로 수소 충전소는 2020년 100개소, 2030년 1,000개소로 설정하고 보조금을 확대하고 있다.

또한, 중국은 기술 약점을 극복하기 위해서 외국 기업과의 파트너십도 적극적으로 맺고 있다. 2019년 중국 디젤엔진기업 웨이차이는 연료전지 기술을 가진 영국의 세레스(Ceres Power)와 캐나다의 발라드(Ballard Power) 지분을 인수하여 글로벌 수소 기업으로 성장했다. 한편, 중국은 수소경제 활성화를 위하여 유럽과 같이 수소 시범 도시를 조성하였다. 주요 시범도시는 루가오, 타이저우, 원푸로 꼽히는데, 이는 제조부터 활용까지 전체 수소 가치사슬을 한 도시에 배치하여 수소를 핵심 산업으로 발전시킨 도시이다. 특히, 수준 높은 수소 시스템이 안착된 루가오는 다른 지역에도 적용가능한 수소 도시 모델로 중국의 수소경제 발전을 주도하고 있다.

4) 일본의 수소경제 이행 계획

일본 : 민관협력을 통한 프로젝트 진행과 국제 수소 공급망 구축

후쿠시마 사고 이후 일본은 자립형 에너지 공급을 위하여 수소경제를 집중육성 해왔다. 에너지안보에 구조적 취약성을 가지고 있는 일본은 1차 에너지 공급 구조를 다각화하여 강력한 저탄소화를 실현하는 수단으로 수소 에너지를 지목하고 있다. 일본 정부는 2014년 제4차 에너지기본 계획에서 수소 사회를 추진할 것이라고 선언하고, 2017년에는 세계 최초로 수소 사회 실현 목표를 향한 전략 로드맵인 ‘수소 기본 전략’을 발표했다. 이에 따르면 수소 사회 실현을 위한 발전 단계를 3단계로 구분하고 단계별 목표와 중점 과제를 별도로 설정하고 있는데, 2030년까지 30만 톤의 수소를 확보하겠다는 목표를 제시했다. 해당 수치 자체는 타국의 목표 대비 높지 않지만, 다양한 해외 생산 프로젝트를 주도하며 기술을 선도적으로 축적해 단순히 수입국이 아닌 장기적으로 수소 공급자 지위를 선점할 전략이다. 일본 정부의 수소 정책에서 눈에 띄는 것은 정부 기관과 민간 기업의 활발한 협력으로 수소 사업이 진행되고 있다는 점으로 2050년까지 민관협동을 통해 활발한 R&D 및 해외 프로젝트를 계획하고 있다.

한편, 로드맵에 따르면 공급 측면에서는 호주 갈탄 등 저렴한 해외 미이용 에너지를 활용하여 조달 및 공급 비용을 절감한 국제 수소 공급망을 구축하는 것을 계획하고 있다. 활용 측면에서는 발전단가를 17엔/kWh까지 낮춰 2030년에는 수소 발전을 상용화하고 발전 용량을 15~30GW까지 늘리는 것을 목표로 하고 있다. 공급망 구축을 위한 수요 확보 차원에서는 수소 모빌리티를 확산시키고자 수소차 80만 대, 수소 버스 1,200만 대, 수소 충전소 900개소 확대를 계획하고 있다. 그 외에는 2030년 530만 대 도입을 목표로 가정용 연료전지인 에네팜(Enefarm) 등 가정용 수소 공급체인 개발에도 주력하고 있다.

5) 호주의 수소경제 이행 계획

호주 : 3대 수소 수출국 달성과 수소허브 조성

호주는 2018년에 ‘국가 수소로드맵’을 발표하며 지속가능한 수소산업으로 가는 방향을 제시했다. 해당 로드맵은 호주 수소산업의 전 밸류체인에 걸친 기술개발, 시장 현황 및 전망, 그리고 투자 관련 정보를 담고 있다. 이후 2019년에는 ‘국가 수소전략’을 발표하면서 2025년 전후를 기반 구축과 실증 시기, 대규모 시장 활성 시기로 구분하여 각 시기에 맞는 수소경제 구축 전략을 제시했다. 호주는 한국, 일본, 싱가포르 등 국가간 양자협력을 중점적으로 추진하고 있는 가운데, 아시아·태평양 지역에 대한 3대 수소 수출국 달성과 같은 목표도 수립했다.

호주의 수소 전략 핵심은 ‘수소허브(Hydrogen Hub)’ 조성이라고 말할 수 있는데, 대규모 수소 유통 중심지로서의 수소허브를 구축하여 공간적 집약을 통해 효과적인 인프라 개발, 규모의 경제 확보, 기술혁신 촉진, 부문간 융합을 통한 시너지 창출 등의 효과를 도모하는 것이다.

호주가 수소경제를 구현하고자 하는 이유는 먼저, 풍부한 천연자원과 전문인력 등을 보유하고 있어 생산여건이 양호하고 수출상품으로서 수소의 잠재력을 높이 평가하기 때문이다. 호주 정부는 기술개발 등으로 수소산업 가치사슬 전반에 걸쳐 경제성 개선이 더욱 가속화될 것으로 보고, 수소 생산비용은 2030년까지 1kg 당 2.14~2.74 호주달러를 목표로 하고 있다. 호주는 다른 국가들 대비 수소경제 관련 목표가 구체화되어 있지 않지만 2021년 5월 발표한 연방 예산안에서 보다 구체적인 실행방안을 제시했으며 수소의 국내 소비와 해외 수출을 동시에 추진 중이다. 이러한 관점에서 수소 생산 잠재력과 생산비용에 대한 투자가 활발하다는 점이 눈에 띈다.

6) 한국의 수소경제 이행 계획

한국은 2019년 수소경제 로드맵을 수립하고 후속 대책 6건 수립, 핵심기술 개발 등에 약 3,700억 원을 집중적으로 지원해 왔는데, 그 결과 글로벌 수소 시장을 빠르게 선점하고 있다. 먼저, 수소차는 2020년 기준 연간 전 세계 수소차 판매량이 6,500여 대로 2019년 대비 약 35.3%의 성장률을 보이면서 전 세계 수소차 시장점유율이 70%에 육박하는 것으로 나타났다.

향후에도 유럽 등을 중심으로 수출국이 확대되면서 해외 시장 개척 성과가 더욱 가속화될 것으로 보인다. 수소 트럭은 현대자동차가 세계 최초로 양산체계를 갖추고 2025년까지 10톤 급 수소 트럭 1,600대를 스위스에 수출하는 계약을 체결하기도 했다. 수소경제 확산의 핵심 인프라인 수소 충전소는 2021년 7월 기준 총 100개소가 설치되어 있지만, 2022년 목표치인 310개소를 달성하려면 충전소 설치 속도가 아직은 미흡한 상황이다. 한편, 연료전지의 경우 발전량이 2019년 기준 408MW로 우리나라가 글로벌 보급량의 40%를 보유하며 1위를 차지했다.

한편, 민간 투자도 활성화되고 있다. 정부의 수소 정책에 호응하여 기업들이 약 47조 원 수준의 투자를 계획하고 있다. SK, 현대차, 포스코, 롯데케미칼, 한화, 효성 등 6개 기업이 그린 및 청색 수소 등 생산 분야에 약 15조 원, 액화플랜트 등 저장 및 유통에 8조 원, 발전수소차 등 활용분야에 24조 원을 투자할 예정이다. GS칼텍스, 현대오일뱅크, 에스오일 등 정유 기업들도 미래 신산업 차원에서 수소경제 비전을 발표했다는 점이 돋보인다.

멕켄지에 따르면 글로벌 수소 시장 5위 규모인 한국의 2020년 수소 수요는 444만 톤에 달한 것으로 보이며 이 가운데 86%가 정유 부문에서 발생한 것으로 파악된다. 또한 블룸버그에 따르면 글로벌 에너지 수요 중 한국의 수요가 2.1%를 차지한다는 가정 하에 국내에서 수소에 대한 강력한 정책이 지속될 경우 2050년 14.6MMT 수요가 발생할 것으로 예측된다.

이처럼 우리나라는 지형·지리적 여건상 그린수소 가격 경쟁력이 2.25$/kg로 낮으며, 신재생에너지도 부족하여 2050년 기준 국내 수소 수요(연간 2,790만 톤)의 60% 이상을 해외로부터 도입할 필요가 있어 해외 수소 수입을 위한 안정적인 공급체계를 구축할 필요가 있다.

<도 3-9 국내 수소수요 자급률(계획)>

수소경제이행계획, 2021.11

한국의 수소경제는 2005년에 수립한 수소경제 이행을 위한 마스터플랜에서 시작한다. 마스터플랜에서는 2040년까지 최종 에너지 중 수소 비중을 15%를 목표로 수소경제 구축을 위한 단계별 개발 및 보급, 연료전지 산업화, 인프라 구축 방안을 제시했다. 이후 2017년에는 H2KOREA를 창립했는데 이는 유럽의 FCH-JU, 미국의 H2USA와 같이 수소 보급 활성화를 위한 민관협의체로 총 70개 기관 회원이 가입되어 있다. 2019년에 이르러서는 수소경제 활성화를 위한 수소 생산·저장·운송·활용 전 분야의 목표 및 전략을 담고 있는 ‘수소경제 활성화 로드맵’이 발표됐다. 로드맵에서는 2022년까지 수소경제 준비기, 2030년까지 수소경제 확산기, 2040년까지는 수소경제 선도기로 구분하고 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약이라는 구호 아래 ①수소차 및 연료전지 세계시장 점유율 1위 달성, ②화석 연료 자원 빈국에서 녹색 수소 산유국으로의 진입을 주요 비전으로 제시했다.

밸류체인별로 추진목표를 살펴보면 먼저 생산에서는 부생 수소, 추출 수소, 수전해, 해외생산을 모두 합쳐 2040년까지 연간 526만 톤 이상까지 늘리고 kg 당 3,000원까지 가격 경쟁력을 확보하고자 한다. 2019년 수소가격은 1kg 기준으로 미국 13~15달러로, 일본 1,000~1,100엔, 독일 10유로, 한국은 8,000~10,000원 대로 나타난다. 수소 가격은 수요 증가에 따른 생산시설의 대형화뿐 아니라 액화수송 및 파이프라인 활용, 해외로부터의 대규모 수입 등과 같은 도입 방식의 변화를 통해 절감될 수 있다. 정부는 수소 충전인프라가 구축될 때까지 수송용 수소에 대한 비과세를 유지할 것이며, 생산량 증대와 운송비 절감을 위한 기술개발을 지속할 계획이다.

2030년 본격 도입할 해외 수소 활용에 있어서는 대규모 해외 프로젝트를 발굴하고 추진하는 것이 주요 전략이다. 이를 위해 해외 수소 생산 및 도입에 대한 타당성 연구, 비즈니스 모델 개발 등 국제 공동사업 기획 및 투자를 위한 국내 플랫폼을 신설하고자 한다. 또한, 국제 수소

시장을 주도하고 향후 기업들의 적극적인 투자를 유도하기 위하여 초기 타당성 조사부터 관련 국내기업들이 참여하는 공동추진체계를 구축할 계획이다. 이를 통해 수소 생산국과 상호 호혜적인 협력관계를 구축하여 글로벌 수소경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

저장 및 운송 부문에서는 고압기체 외에 고효율 액체, 액상, 고체 등으로 저장방식을 다양화하여 저장 효율성을 제고하고, 수소 파이프라인이나 수소 운반선 등 대규모 유통을 통해 운송비를 절감하고자 한다. 주요 거점별로 수소 저장설비를 구축하여 수소 수급을 안정화하고, 일정한 가격으로 수소 유통 기반을 마련하는 것이 목적이다.

활용 부문에서는 수소차 보급 측면에서 내수와 수출을 포함하여 2040년까지 620만 대 이상을 목표로 한다. 이를 위해 수소차는 차종별로 보조금을 차등 지급하는 한편 향후에는 수소차 가격하락에 맞춰 구매보조금을 단계적으로 축소하고, 내연기관차 수준의 경쟁력 확보 시 보조금을 완전히 폐지할 계획이다. 또한, 수소 상용차의 연료비를 보조하는 가운데 수소 택시는 서울에서의 시범사업 실시 후 전국으로 확대하고, 2022년까지 시내버스 2,000대를 수소 버스로 대체할 예정이다.

한편, 2040년까지 수소 충전소는 누적 1,200개소 이상, 수소 충전가격은 3,000원/kg을 목표로 초기에는 보조금을 지원하지만 점차 민간이 주도하는 시장자율형 충전소를 확대해 나갈 계획이다. 또한, 추출 수소의 대규모 생산을 통하여 생산비용을 줄이고, 액화수소 기술개발을 통한 저장 효율 제고, 수소 파이프라인을 활용한 대규모 운송 등으로 운송비 절감을 가속화할 것이다. 더불어 수소 선박·열차·드론 등 기타 수소 모빌리티 또한 2030년 이전에는 상용화 혹은 수출 프로젝트를 추진하고자 한다.

<표3-2. 벨류체인별 국내 수소경제 활성화 추진방안>

구분	주요 정책내용
생산	ㆍ녹색 수소 경제성 확보를 위한 대규모 수전해 R&D 및 실증프로젝트 지원 ㆍ청색 수소 생산을 위한 CCUS(Carbon Capture Utilization & Storage) 설비투자 ㆍ호주, UAE 등 잠재적 수소 생산국과 해외도입 협력 추진 ㆍ청정 수소 인증제 및 조기 상용화 지원
저장·운송	ㆍ고압기체 외에 저압·고효율 액화·액상 등으로 저장방식 다양화 ㆍ액화수소 관련 안전규정 제정 ㆍ대규모 부생 수소 출하 시점에 액화수소 밸류체인 전반을 일괄 지원 ㆍ액화·액상수소 기술개발을 통해 저장효율 제고 ㆍ부생 수소를 수송용으로 전환 시 탄소배출권 등 인센티브 부여 ㆍ수소 파이프라인 전국망 구축으로 운송비 절감 ㆍ수소 운반선 등 대규모 운송 추진
활용	ㆍ청정 수소발전 의무화제도 입법 추진 ㆍ수소차 가격경쟁력 확보 및 핵심부품 100% 국산화 달성 ㆍ수소 택시, 수소 버스, 수소 선박, 수소 드론 등 대형 모빌리티 활용 확대를 위한 보조금 지급 ㆍ수소 충전소 규제 완화와 운영 보조금으로 전국 충전소 구축 확대 ㆍ발전용 연료전지 보급확대 및 수출산업화 ㆍ수소 혼소 발전 확대
인프라	ㆍ한국판 수소위원회(Hydrogen Council) 결성 지원 ㆍ수소산업 진흥 전담기관 H2Korea 설치 ㆍ수소산업 특성화 대학원 신설 등으로 수소산업 인재 양성 ㆍ수소경제 신기술 세제혜택 확대 ㆍ수소 수급관리 및 거래시스템 구축을 시장가격 안정화

에너지 측면에서 살펴보면 친환경 분산전원을 위한 연료전지는 2040년까지 발전용은 15GW 이상, 가정 및 건물용은 2.1GW 보급할 계획이다. 연료전지는 보급이 확산될수록 규모의 경제가 달성되기 때문에 목표에 따라 2022년 1GW 보급 시 단가 절감이 가능하며, 2040년에는 현재 대비 설치비 35%, 발전단가 50% 수준으로 비용절감이 가능할 것으로 예상된다. 또한, 연료전지 전용 LNG요금제를 신설하고, 연료전지 REC(Renewable Energy Certificate)를 부여하며 보급 확산을 촉진하고 경제성을 확보할 수 있다. 재생에너지 단점을 보완할 수 있는 수소가스터빈은 2030년까지 기술개발을 완료하고 2035년 상용화를 추진하기로 했다. 먼저 대형인 수소 혼소와 소형인 수소 전소를 구분하여 기술개발을 추진하고, 실증 인프라도 동시에 구축할 예정이다.  특히, 2021년 2월에는 세계 최초로 수소법이 시행되어 민간 투자 활성화 및 수소 인프라 구축 지원방안 등이 법제화되었다. 한편, 글로벌 기업들이 조성한 수소위원회를 벤치마킹한 ‘수소경제연합회’ 결성을 지원하여 민·관 협력을 통한 시장 대응 및 ‘수소 혁신 데스크’로 기업별 전담팀을 신설하여 수소 프로젝트 전반을 지원하고 있다.

그 외 정부는 수소안전에 대한 국민 인식을 제고하고 수소 전주기의 안전관리 체계를 확립하기 위한 범부처 기술 로드맵 수립부터, 글로벌 수소 표준 선점, 대기업-중소기업 동반 수출시장 진출, 핵심인력 양성, 촘촘한 밸류체인을 구축 등을 통해 수소 산업 생태계를 조성하고 있다.

3. 수소산업 벨류체인

수소경제 밸류체인은 생산, 저장, 운송, 충전, 활용으로 구성된다. 수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률(수소법) 제 2조에 의하면 ‘수소산업’이란 수소의 생산·저장·운송·충전·판매 및 연료전지와 이에 사용되는 제품·부품·소재 및 장비의 제조 등 수소와 관련한 산업을 말한다. 이를 토대로 수소경제 밸류체인을 구성하면 크게 수소에 대한 생산·저장·운송·충전·활용으로 구성된다. 각각의 원료로부터 수소가 생산되면 기체, 액체, 고체, 액상 화합물 형식으로 저장되고 이를 트레일러나 파이프라인, 탱크로리(액체 저장 탱크)를 통해 충전소 또는 최종 활용처로 운송한다. 수소는 수송용, 산업용, 건물용, 발전용 등 다양한 분야에서 활용되고 있다.

1) 수소 생산: 회색 수소, 청색 수소, 청록 수소, 녹색 수소

수소는 생산 방식과 원료에 따라 회색 수소(Grey Hydrogen), 청색 수소(Blue Hydrogen), 청록 수소(Turquoise Hydrogen), 녹색 수소(Green Hydrogen)로 나누어진다. 이 중 수소가 생산될 때 이산화탄소가 발생하는 것이 회색 수소다. 청색 수소, 청록 수소, 녹색 수소는 생산 과정

에서 발생한 이산화탄소를 포집하여 대기 중에 배출하지 않거나, 생산 과정에서 이산화탄소를 발생시키지 않기 때문에 청정 수소로 볼 수 있다

<도 3-1. 수소 밸류체인>

구체적으로 살펴보면, 회색 수소는 석유화학이나 제철 공정의 부산물로 산출되는 부생 수소와 화석 연료를 활용하여 촉매 반응(수증기 메탄 개질 방식, 석탄과 물로 열분해 방식 등)으로 생성된 추출 수소를 모두 포함한다. 청색 수소는 회색 수소를 생산 시 배출되는 이산화탄소를 포집한 수소를 말한다. 청록 수소는 천연가스를 고온 반응기에 주입해 수소와 고체 탄소로 분해해 생산되는 수소를 의미한다. 녹색 수소는 신재생에너지를 에너지원으로 물을 전기 분해함으로써 생산되는 수소를 일컫는다.

국내 수소 생산량을 살펴보면, 2020년 기준 197만 8,600톤으로 회색 수소(부생 수소, 추출 수소)가 100%를 차지하고 있으며 이 중 대부분이 부생 수소다. 그러나 정부는 탄소중립을 이루기 위하여 부생 수소가 아닌 청정 수소에 주목하고 있다. 이를 위해 연간 수소 공급량을 2022년 47만 톤, 2030년 194만 톤, 2040년 526만 톤으로 확대하는 과정에서 궁극적으로 녹색 수소 비중을 올리겠다는 계획도 발표했다. 구체적으로, 2030년까지 추출 수소 비중을 50%로 증가시킴으로써 부생 수소 비중을 낮추고, 2040년까지 추출 수소 비중을 30%로 낮추면서 녹색 수소 비중을 올리겠다는 계획이다.

2) 수소 저장: 물리적, 화학적 저장 방식

수소 저장 방식은 수소의 물리적 상태(고체, 액체, 기체)와 화학적 변환 방식에 따라 달라진다. 수소가 특정 물리적 상태를 유지하려면 필수적으로 수반되어야 하는 온도와 압력 조건이 있다.

우선, 수소는 상온, 상압에서 기체 상태로 존재한다. 기체 상태의 수소를 저장 용기에 담기 위해서 압력을 가해 부피를 줄여야 한다. 따라서 기체 수소를 저장하는 용기는 고압 상태를 유지해야 한다. 기체 상태의 수소가 극저온 상태(영하 253℃)를 유지하면 액화된다. 액체로 변한

수소는 기체 상태의 수소보다 부피가 월등하게 줄어들게 되며 액화수소는 동일한 압력에서 기체 상태의 수소 대비 상당히 높은 부피 당 에너지 밀도를 가지게 된다.

액화된 수소는 대기압 수준에서 저장할 수 있기 때문에 저장 용기의 안전성 부분에서 기체 수소를 저장하는 것보다 안전하다. 특히 액화 저장방식은 장기간 보관, 대용량 저장이 가능한 장점이있어 고효율 운송비 저감 측면에서 강점을 보유한다. 액화수소는 기체수소 대비 에너지 밀도가 약 800배로, 1회 차량 운송시 기체보다 운송률이 10배 높아 수송 단가를 절감할 수 있다. 다만 수소를 액체 상태로 유지하기 위하여 극저온 단열 상태가 지속되어야 한다.

만약 수소를 고체 형태로 저장하고자 한다면, 수소 저장 합금, 금속 수소 화물, 다공체 흡착 물질 등을 이용해야 한다. 그러나 고체 형태로 수소를 저장하는 것은 기체 또는 액체 형태의 수소를 저장하는 방식 대비 기술개발이 더 필요한 영역이다.

화학적 방식은 수소에 다른 물질을 첨가하여 액상 유기 화합물(Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) 또는 암모니아로 변환하는 것이다. 대표적인 LOHC의 예로는 수소에 톨루엔을 첨가하여 메틸시클로헥산(Methylcyclohexane, MCH)으로 변환, 저장하는 방식이 있다.

암모니아는 수소와 질소의 결합으로 이루어지기 때문에 수소와 질소를 화학적으로 반응 시키면 암모니아로 변환된다. LOHC와 암모니아는 액체 상태의 수소(액화수소)에 비하여 높은 온도에서 액체 상태로 유지된다. 특히 액상 암모니아는 액화수소보다 수소 저장 밀도가 높아 동일한 부피에서 1.5배가량 더 많은 양의 수소를 저장할 수 있다. 단, LOHC와 암모니아 모두 수소 화합물의 형태이므로 수소를 추출하기 위해 화학적으로 재변환하는 과정이 필요하다.

<표3-3. 수소에너지 저장방식 비교>
구분		액화(LH₂)	기체(GH₂)	액상(암모니아, NH₃)	LOHC(MCH, C7H14)
분자량		2.016	2.016	17.03	98.19
저장조건		-253°C, 대기압	700 bar	-33.4°C	-
밀도(g/㎤)		0.0706	0.0000899	0.682	0.769
부피 밀도 (kg/100L)		7.06	3.96	12.1	4.73
생산에 필요한 기술		수소 액화	고압 압축	암모니아 합성	수소화 (톨루엔+수소→MCH)
활용에 필요한 기술		증발방지: 고진공 초단열 탱크	상용화됨	수소추출, 암모니아 연소, 암모니아 연료전지	탈수소화 (MCH→톨루엔+수소)
장점		고가 압축기 불필요, 안전, 고순도 수소저장, 대용량 운송	기존 인프라 활용, 고순도 수소저장	기존 암모니아 인프라 활용, 일반 압력용기 저장 가능, 직접 연료로 사용 가능
단점		대규모 시설 투자필요	저장량 한계	수소로 전환 어려움, 유독·폭발·부식성	운송효율 낮음
기술 수준	국내	초기개발단계	상용화(500bar)	초기개발단계	초기개발단계
	해외	상용화 (독, 프, 미, 일)	상용화(미, 캐)	실증단계(일, 호)	실증단계

3) 수소 운송: 튜브트레일러, 파이프라인, 탱크로리, 선박

운송 방법은 수소의 물리적 상태와 밀접하게 연관된다. 기체 상태의 수소는 튜브트레일러 또는 파이프라인을 통해 운송한다. 수소 튜브트레일러는 장거리 수송에 적합하고, 파이프라인은 단거리 또는 특정 지역 내 수송에 적합하다. 파이프라인의 경우, 지하에 수소 운송 배관이 설치되어야 하기 때문에 초기 구축 비용이 높다는 특징이 있다. 액체 상태의 수소(액화수소나 액상 암모니아·LOHC)는 모두 탱크로리를 통해 이동한다. 2019년 기준 국내 연간 수소 유통량(생산 회사 자체 소비 수소 제외)은 약 21만 톤으로 수소 생산량의 11.2%를 차지한다. 이 중 파이프라인에 의한 유통 비중이 92.7%를 차지하였으며 7.2%는 튜브트레일러를 통해 유통되고 있다.

국내 수소 공급량 목표치를 달성하기 위해서 국내에서 생산되는 수소 공급량 만으로는 부족하다. 따라서 해외에서 생산되는 수소를 국내로 운송해오는 방안도 필요하다. 특히 재생에너지 가격이 낮은 곳에서 생산된 녹색 수소를 국내로 들여오기 위해서 대용량 장거리 수소 운송 방안이 마련되어야 한다. 국내와 재생에너지 공급 상황이 유사한 일본은 호주에서 생산된 그린 암모니아(녹색 수소를 활용한 암모니아)를 LPG 선박을 통해 운송해오고 있다. 선박을 이용한 수소 수송은 액화수소저장 방식을 적용 가능하며 LNG 선박기술을 활용할 수 있다.

<도 3-10. 수소인프라와 LNG인프라의 비교>

한국가스공사

4) 수소 충전: Off-site(중앙 공급 방식)과 On-site(현장 공급 방식)

운송되는 수소는 최종 활용처로 바로 수송되기도 하지만 일부는 수소 충전소로 간다. 수소 충전소를 통해 수소 연료전지 자동차 등이 충전을 하기 때문이다. 수소 충전소는 2가지 형태로 구분한다. Off-site형 충전소는 중앙 공급 방식으로 충전소 외부에서 수소를 공급받는다.

파이프라인을 통해 수소 생산지에서 충전소까지 수소를 공급하는 방식과 튜브트레일러를 통해 수소를 공급받는 방식이 있다. 파이프라인 공급 방식 수소 충전소의 경우, 생산지와 충전소를 잇는 운송용 파이프를 설치해야 하므로 초기 투자 비용이 많이 발생하나 안정적으로 다량의 수소를 운송할 수 있는 장점이 있다. 튜브트레일러 공급 방식 수소 충전소는 운송 비용이 발생하나 운송 인프라 구축을 위한 설비 투자 비용은 발생하지 않는다는 장점이 있다.

On-site형 충전소는 현장 공급 방식으로 충전소 자체적으로 수소를 생산한다. 이때 천연가스를 개질하여 수소를 생산하는 방식이 있고 수전해를 통해 수소를 생산하는 방식을 사용할 수 있다. 천연가스 개질 방식은 기 구축된 천연가스 공급 라인을 활용해 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있지만 수소 생산 설비 구축에 비용이 발생한다는 점과 화석 연료를 사용함으로써 탄소가 발생한다는 단점이 있다. 수전해 방식은 수소 생산 설비 구축에 비용이 발생하지만 심야의 잉여 전력을 활용해 수소를 생산할 수 있으며 친환경 재생에너지를 활용 시 환경 오염 없이 수소를 생산할 수 있다는 장점이 있다.

<도 3-11. 수소충전 유형>

5) 수소 활용: 수송용·산업용·건물용·발전용 등 다양한 분야에서 이용

수소 활용은 크게 수송용 수소, 산업용 수소, 건물용 수소, 발전용 수소로 나눈다. 수송용 수소는 수소를 사용하여 발생시킨 전기 에너지를 동력원으로 하는 이동 수단에 쓰이는데 비단 수소 연료전지차뿐 아니라 버스나 트럭과 같은 상용차, 기차, 선박, 비행기, 드론 등과 같은 다양한 분야에 활용된다. 이산화탄소 저감을 위한 수소 연료전지 선박, 수소 연료전지 트램 및 철도, 수소 연료전지 드론, 수소 연료전지 중장비(지게차, 건설기계) 등이 한국뿐 아니라 주요 국가에서 개발되고 있다. 수소 연료전지 철도의 경우, 독일에서는 디젤동차를 수소철도(최고속도 80km/h)로 개조하여 2018년부터 시험운행 중이며, 독일 지멘스는 수소전동차 개발 계획을 발표한 바 있다. 일본에서는 JR East, 히타치, 토요타가 공동으로 400kW급 수소전동차(최고속도 100km/h)를 개발 중으로 2021년 중으로 시험운행에 나설 계획이다. 국내에서는, 2021년 7월 현재, 수소차 연료전지 시스템(400kW)을 트램에 장착하여 최고속도는 시속 70km, 1회 충전으로 200km까지 운행 가능한 성능을 가진 수소 연료전지 트램을 개발, 실증 중이다.

산업용 수소는 철강, 화학, 정유, 우주 산업 등에서 산업용 원료나 연료 등으로 사용되는 수소를 의미한다. 철강 산업에서는 탄소중립을 위해 철강 제련 과정에서 필요한 환원제를 수소로 대체하는 수소환원제철 기술을 개발 중이다. 기존에는 철강 1톤을 생산하기 위해 석탄 0.75톤을 사용했으며, 이 과정에서 약 2톤의 이산화탄소가 배출되었다. 그러나 석탄 대신 수소를 사용하게 되면 이산화탄소를 배출하지 않게 된다. 한편, 석유화학 산업에서는 원유를 정제할 때 나오는 부생 수소를 제조 공정 내 원료로 사용하거나 정유 업계와 같은 타 산업에 유통, 판매 중이다. 그리고 정유 산업에서는 수소를 첨가하여 에너지 효율이 높은 석유 제품을 생산하는 데 수소를 사용한다. 또한 인공위성이나 행성 탐사선과 같은 대형 우주 발사체의 경우 액체 수소를 추진 연료로 활용 중이다.

건물용 수소는 가정 또는 공공 기관이나 상업용 건물의 연료전지에 사용되는 수소를 의미한다. ‘신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법’을 토대로 한 신재생에너지 공급 의무화 제도를 통해 국내 상업용 건물에 대한 수소 공급 수요가 증가하고 있다. 이는 태양광, 지열, 풍력 등을 대체할 에너지 공급원으로 연료전지 설치가 급증하고 있기 때문이다. 2014년부터 2019년까지 공공기관이나 상업용 건물의 연료전지 설치 용량은 6.02MW, 2020년까지 설치 용량은 10.89MW로 설치 용량 증가율이 높아지고 있는 추세다. 한편, 가정용 연료전지는 통상 주택에 설치되는 연료전지로 건물용 연료전지와 같은 정책적 규제가 없고 가스 요금이 일반 전기 요금보다 경제성이 떨어지기 때문에 활발히 공급되고 있지 않다.

<도 3-12. 산업 내 수소활용 사례>

발전용 수소는 발전사 또는 발전 사업을 통해 열과 전기를 대용량으로 생산하기 위한 원료로서 사용되는 수소다. 발전용 수소에 대한 니즈는 지속적으로 증가하고 있는데, 이는 친환경에너지원을 사용해야 한다는 정책 측면의 규제 및 발전 효율을 개선하고자 하는 의지에 기인한 결과다. 우선, 국내 에너지 전환 정책과 RPS 제도(신재생에너지 의무비율)로 인해 발전용 연료전지 설비가 증가해왔다. 또한, 석탄화력 발전소의 발전 효율이 33%인데 반해 수소 연료전지 발전소의 발전 효율은 50% 수준으로 상대적으로 높게 나타났다. 따라서 대규모 발전사를 중심으로 발전용 수소에 대한 활용이 증가하게 된 것이다. 이는 수소경제 활성화 로드맵에 설정된 발전용 연료전지 목표치를 초과 달성한 것을 보면 알 수 있다. 2019년 1월 발표된 수소경제 활성화 로드맵에 따르면 발전용 연료전지 공급량 목표는 2022년 기준 1.5GW(내수 1GW), 2040년 기준 15GW(내수 8GW)이나 2021년 말 기준 발전 허가를 받은 사업자들의 연료전지 발전 허가 설비 용량이 2022년 연료전지 발전 설비 목표인 1.5GW를 넘어섰다.

위에서 살펴본 바와 같이, 산업용 수소에 원료로서 수소가 직접 활용되는 경우를 제외하면 대부분의 수소는 연료전지를 통해 활용된다. 연료전지는 작동 온도에 따라 저온형, 고온형으로 나뉜다. 일반적으로 연료전지 작동 온도가 높아질수록 효율성이 좋아지나 내구성에 대한 문제점도 발생하기 때문에 각 연료전지의 특성에 맞게 활용해야 한다.

<표 3-4 연료전지 종류>

4. 기술개발 동향 및 IP 관점에서의 특허기술경쟁력

특허권은 혁신의 정도를 나타내는 하나의 간접적인 지표가 될 수 있다. 하지만 모든 특허권이 혁신을 논할 때 같은 가중치를 가지는 것은 아니다. 이러한 측면에서 2개국 이상에서 특허가 출원되었을 때 취득하는 국제특허패밀리(International Patent Families, IPFs)가 출원과정에서의 더 많은 노력과 비용이 소진되었음을 의미하므로 간접적으로 보다 혁신적인 가치를 가지고 있다고 간주될 수 있다. IEA에 따르면, 연료전지에 관해서 출원된 IPF의 숫자가 수소 생산, 저장, 운송에 대한 특허 숫자보다 2배가량 많은 것으로 조사되었다. 이는 연료전지에 대한 기술적 성숙도를 간접적으로 의미한다고 할 수 있다. 또한 국가/지역별로는 일본이 2010년부터 2021년까지 전체 연료전지 IPF의 36%를 점유하였지만, 지난 2년간 특히 독일이 주도하며, 유럽지역이 일본보다 많은 IPF를 출원하고 있다.

한편, 수소생산, 저장, 운송에 관한 IPF 숫자가 2010년 이후로 증가하고는 있지만, 지난 10년간 연평균 성장률은 단 5%에 그쳤다. 국가/지역별로는 점차 유럽에서의 특허 출원 활동이 점차 커지는 경향이 발견되었는데, 2010~2021년 기간 동안 독일과 프랑스가 해당분야 IPF의 43%를 점유하였다.

<2010-2021년 기간 수소관련 기술 및 지역별 국제특허패밀리(IPF)>

https://www.globalhydrogenreview.com/

수소에너지 기술 생태계의 주요 부문별 동향을 자세히 살펴보면, 2022년 기준 저탄소 수소 생산에 있어서 알칼라인(Alkaline, ALK)과 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane, PEM)생산이 시장성장기(market uptake)에 들어선 것으로 분석되고 있다. 고체산화물(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC) 수전해 방식은 시연 단계에 있으며, 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술은 초기 단계지만 빠르게 발전하고 있는 것으로 평가받고 있다. 주목되는 기업 활동으로는 독일의 인앱터(Enapter)사와 미국의 알케미(Alchemr)사의 사례가 있는데, 알케미(Alchemr)사는 kW수준의 음이온 교환막(AEM) 수전해 기술을 활용한 프로토타입을 보유하고 있으며, 인앱터(Enapter)사는 2023년부터 이를 양산할 계획인 것으로 알려져 있다.

화석연료를 원료로 하여 수소를 추출하고 발생하는 이산화탄소를 포집활용저장(CCUS)하는 기술은 여전히 대규모 프로토타입 및 실증 단계에 머물러 있는 것으로 평가되었다. 부분적으로 CO2를 포획하는 기술(약 60%)은 상업적으로 이용 가능하며, 암모니아와 요소의 공동 생산을 위하여 일반적으로 활용되고 있다. 그러나 포획율이 보다 높은 기술은 대규모 실증단계에는 도달하지 못하였다. 수소를 생산하기 위한 개별 구성 요소 측면에서, 예를 들어 메탄 개질(SMR), 자열 개질(ATR), 부분 산화반응(partial oxidation reactors) 및 보다 높은 수준의 CO2포획기술도 개별적으로는 기술적 성숙기에 들어섰으나, 아직 까지는 이러한 기술들을 포괄하여 대규모로 실증하는사업은 진행되지 않고 있다.

미국의 모놀리스 머티리얼즈(Monolith Materials)사는 천연가스를 카본 블랙(carbon black)과 청정수소로 전환하는 메탄 플라즈마 열분해(Methane plasma pyrolysis) 공정을 개발하고, 탄소배출제로(carbon free)의 청정수소를 생산하는 ‘Olive Creak 1’ 프로젝트의 상업 운영을 이미 개시하였다. 바이오매스를 기반으로 한 측면에서도 일본과 프랑스에서 하수 슬러지(하수찌꺼기)의 가스화를 통한 수소생산을 위한 프로토타입 생산에 어느 정도 진전을 보이고 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 수소 생산업체인 웨이투에이치(Ways2H)(캘리포니아 롱비치)와 Ways2H의 주주이자 기술 파트너인 재팬블루에이치(Japan Blue Energy Co, JBEC))(JBEC)는 하수 슬러지를 수소 연료로 전환하는 도쿄 시설의 완공을 발표하였다. 동 시설에서는하수 슬러지 건조재를 하루 1 톤 정도 처리할 수 있는데, 이를 통해서 일일 40~50kg의 수소를 얻는 것이 가능하다. 이는 10여 대의 수소연료전지 자동차 혹은 25여 대의 수소연료전지 바이크에 연료를 충당할 수 있는 규모이다.

<수소산업 기술분야별 기술 수준>

2019년 수소경제·연료전지 산업과 기술 및 발전 전망 세미나 자료집

대분류	세부 분야	기술 수준
		상	중	하
모빌리티 (운송)	수소 승용차	○
	수소 지게차		○
	수소 버스		○
	수소 트럭			○
	수소 선박			○
	수소 기차			○
	수소 충전소		○
에너지	가정 · 건물용 연료전지		○
	발전용 연료전지			○
	수소 생산		○
	수소 이송/저장(액화기술)			○
	분산전원 (Off-grid power supplies)			○
	전력저장시스템 (Back-up power system)			○
	수소생산 실증플랜트(P2G*)			○
	전기분해			○
표준, 안전, 교육, 홍보 등	기술표준, 안전		○
	교육			○
	홍보			○

* P2G: 태양광, 풍력의 출력으로 물을 분해하여 수소와 메탄을 생산하는 기술

<표26. 주요 국가 수소 저장·운송 기술 경쟁력>

산업연구원, `19

그러나 한국의 지식재산 현실을 살펴보면, 한국의 2015년 기준 기술무역 규모는 꾸준히 증가하고 있으나, 기술무역 수지 적자를 면치 못하고 있으며, 2015년 기술도입의 약 절반을 미국에 의존하고 있다. 2015년 한국의 기술무역 수지 적자는 약 60억100만 달러이고, 기술수출액 대비 기술도입액인 기술무역수지비는 0.63으로 역대 최고 수준에 달하는데, 중국에 대한 기술수출이 20.0%로 가장 높고, 반대로 미국에 대한 기술도입이 48.6%로 약 절반을 미국으로부터 기술도입하고 있다.

기술무역 : 기술이나 기술서비스와 관련된 국가간 상업적 거래를 지칭하는 것으로, 기술의 흐름과 기술・산업구조의 변화를 측정하는 지표로 활용

2015 기술무역통계보고서 : 2003년부터 정부승인통계로 지정되어 OECD TBP 매뉴얼의 분류기준을 적용 산출

이러한 기술무역수지 적자에도 불구하고, 한국, 미국, 유럽, 중국, 일본 특허청들의 모임인 선진 5개국 특허청(IP5) 중 한국의 인구 대비 특허출원은 2014년 기준으로 1위로, 한국 233.5명 당 1건의 특허 출원을 하고 있으며, 각각 2위, 3위 4위인 일본, 미국, 중국의 389.3명, 555.2명, 1473.3명 당 1건의 특허 출원이 되고 있어, 한국은 다른 선진 5개국 특허청에 비해 인구를 고려할 때 세계에서 가장 많은 지식재산권(IP) 창출 활동을 하고 있다.

그럼에도 불구하고, 정부의 연구개발 예산이 투입되는 공공연구기관(Public Research Organization)인 대학과 정부출연연구기관(또는 정부출연연구원, Public Research Institute)에 의해 이루어지는 연구를 의미하는 공공연구개발의 경우, 2012년 기준 한국 공공연구기관의 계약 건당 기술료는 4.64만 달러로 미국의 약 1/10 수준에 불과하고, 연구생산성도 1.49%로 미국의 약 1/3 수준으로 저조하다.

주요 선진국의 공공연구개발 사업화 추세와 정책 : KISTEP Issue Paper 2014-13, 한국과학기술기획평가원 발간

[표8. 참고] 주요 기업의 상용급 액화공정 세부 기술 비교

구 분	공정도면	특징
린데 (독일)		· 공정: Pre-cooled Helium Brayton Cycle · 용량 : 3 톤/일 이하(소형) · SEC : 12-14 kWh/kgH₂ · 기술: 수소 기체를 액화질소로 예냉(80K)후 헬륨사이클로 과냉(30K)시켜 액화시킴 · 상용화: 일본 기미쓰시 0.25톤/일, 중국 베이징 0.5톤/일
		· 공정: Pre-cooled H₂ Claude Cycle · 용량 : 3~50 톤/일(중형) · SEC : 7.5-12 kWh/kgH₂ · 기술: 수소 기체를 액화질소 또는 액화질소/사이클로 예냉후(80K) 수소클로드 사이클로 과냉(30K)시켜 액화시킴, 수소는 압축이 어려우나 수소가스 냉각효율이 높음, 3개의 oil 베어링터빈(20-5.2bar, 102,000rpm), 1개 Dynamic gas bearing 적용, 첫 번째 열교환기에 반응기 추가 · 상용화: 독일 Leuna 5 톤/일(11.9 kWh/kgLH2)
린데 (독일)		· 공정 : Mixed-Refrigerant Joul-Thomson Precooling Cycle(MRC)+HP-H₂ Claude Cycle(개념) · 용량 : 50 톤/일 이상(대형) · 효율 : 6-7.5 kWh/kgH₂ · 기술: 상대적으로 고압의 수소 기체를 혼합냉매 J-T 사이클로 예냉후 고압 수소 클로드 사이클로 과냉시켜 액화
프렉스 에어 (독일)		· 공정: Pre-cooled H₂ Claude Cycle · 용량 : 6-35 톤/일(중형) · SEC : 12-15 kWh/kgH₂ · 기술: 수소 기체를 질소가스 및 외부냉동으로 사전 냉각 후 액화 질소로 예냉, 재순환 수소로 과냉시켜 액화시킴, · 상용화: 미국
구 분	공정도면	특징
에어 리퀴드 (프랑스)		· 공정 : H₂ Claud Cycle with LN₂-Refrigerant Cycle · 용량 : 1-10 톤/일(중소형) · SEC : 7-10 kWh/kgH₂ · 기술: 수소 기체를 질소사이클로 예냉 후, 플래시수소가스를 재사용한 수소클로드사이클로 과냉, 액화수소 저장탱크로부터의 증발가스를 재활용
에어 리퀴드 (프랑스)		· 공정 : H₂ Claud Cycle with Mixed-Refrigerant Cycle(개념) · 용량 : 60 톤/일 이상(대형) · SEC : 7 kWh/kgH₂ 이하 · 기술: 수소 기체를 혼합냉매(MR)쥴 브레이튼 사이클로 예냉후 수소클로드 사이클로 과냉, 액화수소 저장탱크로부터의 증발가스를 재활용
에어 프로덕츠 (미국)	미공개	미공개
가와 사키 중공업 (일본)		· 공정 : H₂ Claud Cycle · 용량 : 5 톤/일(소형) · SEC : 12-15 kWh/kgH₂ · 기술: 수소 기체를 액화질소로 예냉 후 개방형 수소클로드 사이클 로 과냉 · 상용화: 일본 효고현 5 톤/일, 자제 개발한 극저온장비(cold box, 극저온터보팽창기-수소가스베어링 및 10만 rpm회전), 압축기 등)로 최초 적용

[표9. 참고] 국내외 주요 기업의 기체 및 액화 수소 저장 기술

구분	기업명	분야	기술	기술내용
한국	엔케이	고압기체	상용화	저장탱크, 튜브트레일러 운송 기술 보유(200/400/900bar(개발 중)기술)
	일진하이솔루스	고압기체	상용화	수소탱크 제조기술보유(350~700bar), 현대차 납품, 북미시장 진출 등
	두산에너빌리티	고압기체	개발완료	저장탱크(900bar)
	한화솔루션	고압기체	상용화	수소탱크(Type4, 517bar)
	태광후지킨	고압기체	상용화	극저온 밸브
	지티씨	고압기체	상용화 근접	무급유식 유압피스톤 압축기(920bar)
	광신기계	기체	상용화	무급유식 다이어프램 압축기(400bar), 광주 및 충남 수소충전소에 납품, 극저온
		액화	연구개발	극저온 터보팽창기, 극저온 압축기
	동화엔택	액화	상용화/연구 개발	극저온 열교환기, 수소충전소용 예냉기 상용화, 천연가스용 cold box 실증 중
	수림테크	액화	연구개발	진공단열배관, 안전밸브, 액화수소설비 및 설계 기술
	피케이밸브	액화	연구개발	극저온 밸브
	하이리움산업	액화	상용화 근접	액화수소 저장탱크(드론, 선박, 플랜트용 등)
	동성화인텍	액화	연구개발	차량 및 선박용 액화수소 운반 단열소재 원천기술 개발
	래티스테크놀로지	액화	상용화/연구개발	국내 액화수소플랜트에 18m³급 LH2 LPV 납품, 선박용 LH2 저장탱크 연구개발 및 상용화 추진 *노르웨이 및 카이스트 공동 연구로 자유형상 압력용기 세계 최초 개발 및 원천특허 보유
	메타비스타	액화	연구개발	극저온 액화수소 연구진행(액화수소플랜트, 액화 수소 저장탱크, 액화수소충전소, 트레일러 등)
일본	JSW (Japan Steel Works)	고압기체	상용화	고압 저장탱크 제조기술보유(990bar (Type1) 초고압 저장용기 국내외 수입 중)
	이와타니	액화	상용화	극저온(-253) 액화수소 기술 보유, 액화수소공정 기술(일본에 4개의액화플랜트 운영, 5~10 톤/일)
	치요다화공건설	액상/ 액상운송	상용화 근접	톨루엔기술 개발(LOHC)
	가와사키 중공업	액화/ 액화운송	실증	액화수소 공정기술(독자기술로 액화플랜트 건설 및 운영, 5톤/일), 극저온터보팽창기 등 핵심기자재 기술 보유, 수소운반선 실증 등
	니키소	액화	상용화	극저온 펌프, 산소 및 질소 액화장치, 열교환기
유럽	린데(독일)	고압기체/액화	상용화	상용화된 자체 원천 고압기체·액화수소 공정기술 보유, Cold box(20K), 극저온 터보팽창기(Cryostar), 고압 압축기, 냉매 압축기, 충전소(기체, 액화)
구분	기업명	분야	기술	기술내용
유럽	에어리퀴드(프랑스)	고압기체/액화	상용화	상용화된 자체 원천 고압기체· 액화수소 공정기술 보유, Cold box(20K), 극저온 터보팽창기(ACD), 충전소(기체, 액화), 수소생산장치(SMR)
	아트라스콥코(스웨덴)	고압기체/액화	상용화	압축기, 극저온 터보팽창기
	지멘스 에너지(독일)	액화	상용화	극저온 터보팽창기, 압축기, 펌프 등
	PBS(체코)	액화	상용화	극저온 터보팽창기, 압축기 및 펌프
	아테코(ATEKO)(체코)	액화	상용화	도로 및 교량 건설, 화학 및 석유화학 산업 엔지니어링, 소형 터보팽창기
	파버(이탈리아)	고압기체	상용화	저장탱크(Type2)
	비트코비체실린더즈 (체코)	고압기체	상용화	번들형 콤팩트 타입 저장탱크(1,000bar)
	호퍼(독일)	고압기체	상용화	유압피스톤 압축기
미국	에어프로덕트	액화/ 액상	상용화	상용화된 자체 액화수소기술 보유 및 에틸카바졸 기술 개발(LOHC), 극저온 터보팽창기(Rotoflow, Baker Hughes), 압축기, 펌프 등
	심스 머시너리 인터네셔널	액화	상용화	극저온 터보팽창기, 증발가스 압축기
	차트인더스트리즈	액화	상용화	액화수소 공정기술 보유(5~30톤/일)(크라이오 테크놀로지), Cold box(Fronti) 극저온 터보팽창기(LA Turbin), 액화수소 저장탱크, 트레일러(GOFA)
	플러그파워	연료전지/ 충전소	상용화	액화수소 탱크로리, 연료전지, PEM전해조
	헥사곤컴포지트	고압기체	상용화	저장탱크·튜브트레일러 운송 기술 보유(500bar)
	링컨컴퍼짓	고압기체	상용화	저장탱크·튜브트레일러 운송 기술 보유(500bar)
	피바텍	고압기체	상용화	저장탱크(900bar)(Type1, 2)
	하스켈	고압기체/액화	상용화	유압피스톤 압축기(1,000bar), 냉매펌프, 고압/극저온 밸브(TuTech)
	하이드로팩	고압기체/액화	상용화	대용량 유압피스톤 압축기(4,150bar), 냉매펌프
중국	풀크라이오 (Fullcryo)	액화	상용화 단계	대규모 저온 냉동장비 개발, 수소 및 헬륨 액화 공정기술, LNG 증발가스에서 헬륨 추출 장치 개발, 극저온 터보팽창기, 열교환기, Cold box
	CIMC 엔릭	고압기체/액화	상용화	초저온 저장탱크 및 고압용기(Type4)
	심양 압축기	액화	상용화	극저온 압축기

출처: 언론자료, 상용급 액화수소 플랜트핵심기술 개발 사업 가공

➍ 과잉생산 가능성

ㅇ 통상적으로 과잉생산이란, 수요를 초과하는 공급과잉을 의미하나,

- 현시점에서 액화수소산업 분야에서 과잉생산의 의미는, 수소 생산 및 활용분야의 개발이 안 된 상태에서 수소 저장 및 운송 분야가 확대되어 불편함을 느끼게 되는  상황으로 정의 가능

- 현재는 수소 생산의 가격 경쟁력이 부족하여 활용 분야 확대에 제한 요소로 작용함으로써 수소 산업 확대가 제한되는 상황으로 주요국에서 장거리

대량 수소 저장·운송 기술 개발을 적극 추진하고 있음

ㅇ 주요국은 수소산업의 성장을 예측하여, 수소 생산·활용 분야 확대

지역	<표10. 수소인프라 확충 계획>
한국	▪2040년까지 수소충전소 1,200개 구축(`19년, 수소 인프라 및 충전소 구축 방안) - 설치보조금(50%) 지원, 운영보조금 신설(연료구입비, 적자보조금) 검토 - 민간주도 충전소 확대를 위해 특수목적법인(SPC) 참여 확대 등
일본	▪2030년까지 수소차 80만대, 수소버스 1,200대 보급, 수소충전소 900개소 구축 ▪2030년까지 호주, 브루나이 생산 수소를 수입하는 국제 수소 수입망 구축
미국	▪풍력 기반 수소생산 기술 개발(Wind2H₂), 캘리포니아 중심의 인프라 확충 ▪미국은 2030년까지 수소충전소 1,000개소 목표 제시 ▪캘리포니아 주정부는 2030년까지 수소충전소 건설에 2,000억 원 투자 예정
유럽 (독일)	▪(EU) 태양광·풍력 등을 이용한 그린수소 개발, 2030년까지 20~40GW 수전해 발전 계획 ▪(독일) 정부‧기업 합작으로 2016년 ‘H₂ Mobility Industry Initiative' 설립, 2030년까지 수소충전소 1,000개소 보급 목표
중국	▪2030년까지 충전소 1,000개소 확충 계획(`16년, 공업정보화부의 수소차 발전계획)

ㅇ 수소 시장의 개화와 더불어 각국의 수소 에너지로의 전환이 구체적으로 진행되고 있으며, 특히 수소차*, 발전 분야에서 빠르게 성장할 것으로 예측되어 이에 대응한 운송 인프라 구축이 필요

* 수소차: `50년까지 58.6% CAGR 전망(`21, H₂리서치), 수소 연료전지: 최근 7년 CAGR 46.1%(`19,삼정 KPMG)

ㅇ 2019년 기준 세계 액화수소플랜트 총 규모는 370 톤/일 규모로 전체 수소가스 수요의 0.23%로 미미한 수준

- 향후 수송용 연료로서 액화수소의 활용이 활성화될 경우 액화수소플랜트 건설 수요의 급격한 증가 예상(Commercial hydrogen liquefaction plants worldwide) (에너지관리뉴스, 2011. 04)

ㅇ 향후 수소 생태계가 성숙되거나 실패하게 되면, 에너지 저장·운송 기업 간의 과잉생산이 발생할 가능성이 있으나, 이는 아직 먼 미래에 대한 우려임

➡ 수소에너지 수요 전망 대비 현재 수소에너지 저장·운송을 위한 액화수소생산량은 매우 미미한 수준이며, 주요국은 수소생산·활용 분야의 시장이 크게 확대될 것으로 전망하여 수소 인프라 확충을 적극 추진 중이므로, 이를 통해 과잉생산 리스크는 해소될 것으로 판단

➎ 철수장벽

<그림11. 액화수소 인프라 시스템의 주요 요소기술 및 공급망>

출처: 탄소중립의 기반, 수소 기계기술 SESSION2 “대용량 액화수소, 저장, 운송”

ㅇ 대량 액화수소산업은 국제 협력 네트워크의 형성*, 대단위 투자금, 장기간 연구 개발비, 소재·부품 등에 대한 노하우 등이 결합된 산업적 특성

* (일본-호주) 호주 갈탄에서 추출한 수소를 액화상태로 일본에 운송 실증(’21, HySTRA프로젝트)

ㅇ 현재 에너지 기업은 친환경 에너지로 적극 전환 중이며, 액화수소 사업을 포기하는 경우 사업영역 축소가 불가피하므로 철수장벽이 매우 높음

ㅇ 주요국 국가 및 기업들의 대량 액화수소 저장·운송 준비 연혁

국 가	<표11. 주요국 액화수소산업 기술개발 현황>
미국	▪ DOE는 2017년에 천연가스 및 신재생에너지를 이용한 물 전기분해 등 다양한 기술을 통해 $2~3/GGE (Gasoline Gallon Equivalent)을 목표로 경제성 높은 액화수소플랜트 개발 수행 (연평균 1,800만 달러 투자) ▪ 미국의 대형 액화수소플랜트는 1960년대 미국에서 아폴로우주계획의 지원을 위해 건설 시작되었고, NASA Kennedy Space Center가 지난 30년간 우주왕복선 프로그램들을 관리·운영하면서 액화수소 기술 개발을 주도
유럽	▪ EU는 IDEALHY(액화수소생산), CRYOPLANE(액화수소항공기), EIHPII(액화수소 규정) 프로그램을 통하여 액화수소 연구개발을 지원 ▪ 독일은 액화수소플랜트관련 선도기업인 린데 그룹 주도로 미래 수소사회에 대비하여 전주기 밸류체인 비전 제시 ⇒ 지하 매몰형 액화수소충전시스템(가스충전 포함), 천연가스 개질 수소(블루수소)와 그린수소 방식 수소 생산, 액화수소플랜트 설계/운영 기술 및 노하우를 바탕으로 다양한 형태(기체, 액화)로 수소 저장, 기체/액화 튜브트레일러, 파이프라인을 통해 수송, 연료전지 발전기술과 접목한 전력 공급 등
일본	▪일본은 해외로부터 수소 수입 방안을 모색하고 있으며 이를 위해 대용량 저장 및 저비용 수소 운송을 위한 기술개발 지원 ⇒ HySTRA 창립, 해외의 미이용 자원 (갈탄) 및 염가의 재생에너지를 통해 수소를 제조, 액화하고 액화수소선을 통해 수소 수요지에 수송하여 공급하는 ｢CO2 프리 수소 체인｣ 구상을 제시하고 기술개발 중 ⇒ 가와사키 중공업은 호주에서 싸게 제조한 수소를 액화하여 일본으로 수입하기 위해 영국의 로열더치셀과 액화수소의 생산 및 운반기술 개발 제휴 (‘16. 3.)

➡ 액화수소기반 저장·운송 산업은 자본 집약적이고 높은 기술력이 요구되어, 일단 구축된 사업을 철수하기에는 장벽이 매우 높음

1-2. 신규 진입자의 위협

□ 해당 산업에 새로 진입하는 기업에 의한 위협 (⇒ 진입장벽에 의해 결정)

* 진입장벽이 낮아 신규 진입자가 많을수록, 경쟁은 심화되고 수익이 떨어짐

❶ 정부의 규제 및 제도장벽

ㅇ 정부의 각종 산업육성 및 지원 정책은 해당 산업에 막대한 영향을 미치게 됨(⇒ 많은 국가들이 산업정책을 전략적으로 활용)

- 정부의 적극적 산업육성 방향은, 신규 진입자들에게 기회를 제공하는 측면이 있으므로, 플랜트 EPC 기업 및 조선 기업들을 유인하는 효과가 존재

ㅇ 액화수소산업의 경우에는, 우리 정부가 수소경제를 통한 선도국가로의 도약을 내세우고 있고, 국제 에너지 운송수단인 조선분야에서 우리나라의 높은 기술경쟁력 및 유사한 분야인 LNG분야에서 우리의 축적된 경험이 맞물려, 천재일우의 기회를 맞이하고 있는 상황

- 정부는 부처별 보조금, R&D, 인프라 확충 등의 다양한 산업지원 정책을 마련하여 적극적으로 수소경제를 추진 중

ㅇ 그러나, 액화수소 저장·이송 핵심부품(액화장치, 저장탱크, 배관, 밸브 등)에 대한 안전성 시험 및 인정기준 미비로 기술개발이 제약 및 지연*

* 일부 기업은 산업통산자원부의 ‘산업융합 규제 샌드박스’ 제도를 활용해 특례를 확보하여 액화수소플랜트 건설 추진 중이나, 상기 제도를 적용받지 못하는 일부 사업은 사업 진행 차질 발생(1)한국기계연구원 0.5 톤/일급 파일럿 액화수소플랜트 1년 연기(‘22년→‘23년), 2) 액화수소 탱크로리, 액화수소를 연료로 하는 수소버스 및 수소트럭 도로 실증 불가능)

- 수소경제 활성화 정책의 지속가능성을 제고할 수 있도록 법률적, 제도적, 재정적인 체계를 보완하고, 불확실성이 높은 수소 산업에 있어 R&D 부문에 대한 민간부문의 참여와 투자 유도 필요

ㅇ 수소선박 시장 활성화 및 수소선박의 수소 저장·공급시스템의 설계·운용을 위한 안전기준, 사고예방 및 피해저감 기술개발을 통한 안전 확보를 위한 수소선박 안전기준의 국내 법령 및 선급기준 개발 필요

* 일본의 ClassNK는 액화수소수송에 포괄적인 지침인 ‘Guidelines for Liquefied Hydrogen Carriers’ 발표를 통해 수소선박 안전기준 개발(‘17년)

➡ 에너지 전환시대의 정부의 강력한 지원은 신규 진입자에게는 큰 기회이나, 정부의 신속한 안전기준 마련을 통한 핵심기술 조기 확보 지원 및 안전기술의 선제적 개발 필요

ㅇ <표12. 국내 정부 부처별 액화수소 저장·운송 산업 지원 현황>

구분	주요 사업내용	과제수/예산액	연도
과학기술정통부	액화수소 인프라구축 기술개발 R&D 지원	37개 과제, 174억 원	‘02~18년
	수소 5대 분야 소·부·장 R&D 집중지원: 연료전지, 모빌리티, 충전소, 액화, 수전해 분야 중소·중견기업 육성	2,232억 원	‘21년
	수소 생산·저장 기술을 개발하는 미래수소원천기술개발 사업	253억 원	‘22~’26년
산업통상자원부	액화수소 기자재 기술개발 R&D 지원	25개 과제, 206억 원	’03~‘17년
	액화수소 산업기술·안전기준 개발: 액화수소 충전소용 기자재 국산화 및 기자재 성능평가 및 안전기준 개발 *‘22년 수소유통기반 구축사업(128억원), 액화수소 검사 기반 구축사업(42억원), 액화수소 화물창 개발(197억원)	7개 과제, 638억 원	’20~‘25년
	액화수소 화물창 전용 소재개발 및 기자재 운용 /검증기술개발(조선해양)	197억 원	‘22~’27년
국토교통부	상용급 액화수소 플랜트 핵심기술 개발 사업	290억 원	`19~`23년
	수소시범도시 선정 및 연구비 지원	’19년 166억 원 ‘22년 245억 원,	`19~`23년
	국토교통 혁신펀드 제2호 자펀드 결성, 수소차를 포함한 4차산업혁명 기술 보유 기업에 투자	200억 원	‘22년
환경부	수소차 보급 및 수소충전소 설치사업: 수소차 2만8천대, 충전소 310기	수소차-6,795억 원 수소충전소-1,969억 원	‘22년
중소벤처기업부	수소산업 규제자유특구 : 수소산업 규제자유 특구 5개 지정, 총 71개 세부 사업 진행, 규제 특례 등 149개, 특구사업자수 451개	‘19년 754억 원, ’20년 1,031억 원, ‘21년	‘19년~
해양수산부	친환경선박 전주기 혁신기술개발(산업부 공동)	2,540억 원	‘22~’31
	수소항만 수립 용역 및 관련 법제도 기반마련: 2040까지 수소생산·물류·소비 인프라를 갖춘 14개 수소항만 구축, 인센티브 제공 등	20억 원	‘22년
	해양수산 R&D 지원 : 친환경 선박 전주기 혁신 기술 개발, 해양재생에너지연계 그린수소생산기술개발, 수소추진선박 기술개발 및 실증	4개 과제, 8,529억 원	‘22년

➋ <표13. 액화수소 저장·운송 산업 초기 투자의 규모 (기존기업 vs. 신규기업)>

고려 항목	기존 에너지 운송 관련업체	신규 진입자
1) 운송망 구축 비용	시스템 전환 및 신기술 개발 비용 (LNG· 인프라 활용, 액화설비 구축)	모든 구축비용 필요 (수소 저장 및 운송망 신규 구축)
2) 운송망 구축 기간	제조공정 및 운영시스템을 수소로 전환, 신기술 개발에 따른 기간	제조설비 및 인프라를 처음부터 셋업하는 기간
3) 인력 확보	기존 인력에 대한 교육 및 신규인력의 육성 보강	액화수소 플랜트 설계 및 운영, 운송 전반에 대한 신규 인력 확보가 필요
4) 시스템 운영노하우	시스템 운영노하우 보유	노하우 확보를 위해 상당 기간의 시행착오 과정 소요
5) 액화수소 관련 기술개발	수소활용분야가 성장기에 접어들면서 액화 및 운송 기술의 개발이 본격화(아직은 태동기)	관련 기술의 제한적 보유로 인해 핵심기술의 적시 개발이 곤란
6) 생산능력 확보	일부 핵심기술(극저온 팽창기 등)만 확보되면 빠른 대응이 가능	신규설비를 구축하기 위한 생산능력 확보에 시간 소요

ㅇ 신규 진입자의 위협을 살펴보기 위해서는, 이 사업을 하기 위한 물적·인적·시간적 투자 규모가 얼마인지 살펴볼 필요가 있음

ㅇ 액화수소산업에서 기존 에너지 저장·운송 관련업체가 기술개발을 통해 일부 제조라인을 전환하는 것은 비교적 수월하나, 신규업체가 진입하기는 어려움

- 초기 투자금의 규모가 막대하고, 실용화 가능한 액화기술을 확보하기 위해 수년 이상의 시간이 소요되므로, 신규 기업에게는 큰 부담

- 또한, 시스템 구축을 위해서는 핵심기술 개발 및 운영노하우 등이 필수적으로 요구되므로, 새로운 기업의 진입은 기존 기업 인수 등을 통하지 않고는 힘듦*

* 신규 EPC 발주시 Track Record(사업주의 수행실적 요구)를 확보하지 못한 신규업체 단독진입 불가능

구분	표14. 국내외 액화수소플랜트 사업비
	울산시	창원시	평택시	인천시/보령시	네바다
사업비	약3,000억 원	약1,200억 원	약3,000억 원	약5,000억 원	$2억5천만
사업기간	2022~2023	2022~2023	2022~2025	2022~2025	2021~2022
참여기관	울산시, 효성, 린데코리아	두산에너빌리티, 에어리퀴드 등 6개 기관	한국가스공사, 린데 등	SK E&S, 에어리퀴드	에어리퀴드
규모	13,000톤/연	1,700톤/연	10,000톤/연	30,000톤/연	10,000톤/연

ㅇ 액화수소산업이 성장하기 위해서는 정부의 적극적 산업정책이 요구됨

- 주요국가의 수소경제 육성전략 및 그 이행 결과에 따라, 향후 수소 액화 및 운송 산업에도 큰 영향을 미칠 것으로 전망

➡ 액화수소산업은 기존 글로벌 업체(에너지, 조선 등)들을 중심으로 진행될 가능성이 큼(⇒신규 진입자가 등장하기에는 진입장벽이 매우 높음)

➌ 규모의 경제

ㅇ 재생에너지를 대량으로 저장·운송하기 위해서는 중량 및 부피 대비 고밀도로 에너지의 저장·운송이 가능한 에너지 운반체가 필요

- 에너지의 대량 이동을 위해서는 타 매체 대비 월등한 에너지 밀도를 가지고 있는 수소 등으로의 전환이 불가피

ㅇ 수소의 원가구조에서 액화수소 저장·운송비가 많은 부분을 차지하므로, 규모의 경제, 기술개발 등을 통한 원가 절감이 절실

ㅇ 특히 액화수소플랜트는 대규모 자본비용이 투입되는 산업으로, 설비비 비중이 크며, 액화플랜트 스케일 업에 의해 액화수소비용 절감*($ 1/kg 이하)에 의한 효율성 향상 필요

* 린데는 액화플랜트 용량의 증가에 따라 액화수소비용(SLC)은 5 톤/일 플랜트에 비하여 50 톤/일급에서 60%, 100 톤/일 급에서 67% 이하 감소 가능 전망

* 액화수소비용(Spec liquefaction costs(SLC)은 자본비용(CAPEX), 운영비(OPEX), 유지보수비용(O&M)으로 구성되며, 대형 플랜트에 적용되는 최적의 액화 사이클 적용시 액화수소비용(SLC) 감소,

총에너지소비, 특정에너지소비(SEC)는 10 kWh/kgH₂→ 6 kWh/kgH₂로 획기적인 감소 전망

<그림12. 액화수소 공정최적화에 따른 액화 용량별 SEC>	<그림13. 액화수소 공정최적화에 따른 액화 용량별 SLC>
출처: Large-Scale Liquid Hydrogen Production Supply Chain, Perth 2019, 린데

ㅇ 수소위원회는 2030년 호주, 칠레 등으로부터의 글로벌 선박 운송 방식을 통해 $2-3/kg로 수소 운송 가능 전망

ㅇ 기존 에너지 기업이 수소 분야로 전환하는 것은 기업 사활과 직결되며, 많은 업체들이 수소 분야로의 전환을 준비하고 있고,

- 운송망을 갖춘 기존 에너지 저장·운송 관련 업체가 손쉽게 수소에너지로 전환이 가능하며, 향후 비용 절감을 위한 규모의 경제 또한 달성이 가능할 것으로 예측

- 규모의 경제를 통해 비용절감 효과가 명확히 드러나므로, 이는 충분한 제조 능력을 갖추지 못한 신규 진입자에게는 큰 부담

ㅇ 액화수소산업의 성공 여부는 비용절감에 달려 있으며, 단기적으로(~`30년) 규모의 경제를 위해 시장을 선점하는 기업이 유리할 것으로 전망

<그림14. 국가별 수소운송 단계별 운송비용 비교>

<출처: Hydrogen Insights Report 2021>

➡ 액화수소산업의 주요 과제는 빠르게 ’규모의 경제’를 추구하여 가격경쟁력을 키우는 것이며, 수소 저장·운송 비용 절감이 핵심 요소임

❹ 기존 회사의 차별화수준(특허, 기술력)

ㅇ 전 세계는 수소경제의 태동기로, 수소 저장·운송 산업은 기업의 기술력에 따라 기업의 위상, 시장 점유율이 큰 영향을 미침

- 액화수소 공정기술의 라이센스 시장은 자체 원천기술을 보유하고 있는 글로벌 3사*가 EPC 시장을 독점 혹은 과점하고 있으나, 타 에너지시장에 비하여 시장 규모**는 매우 작은 상태

* 에어프로덕츠(35 TPD 급), 린데PLC(50 TPD 급), 에어리퀴드(50 TPD 급)는 자체 공정기술 보유

** 2019년 기준 전 세계 수소 액화 용량은 연간 약 13.5만 톤으로 천연가스 액화 용량의 약 3% 수준

ㅇ 선도기업들은 경쟁력 확보하고, 규모의 경제를 실현하기 위한 대규모 액화수소공정(50~150톤/일 급) 개발 및 관련 특허 보유

ㅇ 액화수소산업은 LNG산업과 인프라 및 기술 특성이 유사하여, LNG 액화기술을 보유하고 있는 글로벌 에너지기업*에서 액화수소기술을 보유하고 있거나, 수소산업으로 사업영역 확장 중

- 독일의 린데는 액화수소플랜트 산업을 주도하고 있으며, 특허 활동도 가장 활발(`00~`22년 액화수소 공정기술 특허출원 세계 1위, 107건)

* 에어프로덕츠는 LNG 액화기술의 선두주자로서 1996년까지 20년 동안 시장을 독점하며 LNG 액화 프로세스 라이선스 시장의 60%를 차지, 린데는 중소형 LNG 액화 플랜트의 자체 기술을 보유하고 있으며 3%의 시장점유율을 가짐

※ ‘20년 3월 기준 전 세계 천연가스 액화 용량은 연간 약 445.8백만톤으로 세계 LNG 수출(수입 또는 수요)의 빠른 증가에 따라 최근 5년간 연평균 약 8.3% 증가

<그림15. 천연가스 액화플랜트 라이센스 시장 점유율>	<그림16. EPC 업체별 LNG 플랜트 프로젝트 시장 점유율>
출처: 한국 파이프라인 컨퍼런스(`17. 4)	출처: K-BUILD저널(`17. 4)

ㅇ 액화수소 선박 운송 분야는 아직 연구개발단계로, LNG 선박 기술을 선도하는 국내 조선사들의 기술 진입장벽 형성 및 원천기술 확보에 용이할 것으로 보임

* LNG 수송선박 건조 실적은 현대중공업(39), 대우조선해양(34), 삼성중공업(25건)이 전체 LNG 수송선 건조 세계시장 점유율 84%에 달함(’20년 3월 기준)

➡ 액화수소 공정기술 원천기술 확보를 위한 노력과 라이센스 보유 업체와의 전략적 제휴를 통한 EPC 시장 확대를 위한 동시적인 접근 필요

1-3. 공급자의 교섭력

□ 원자재나 부품을 제공하는 공급자가 해당 산업에 끼치는 영향력

* 공급자 수가 적고 다른 대체재가 없으며 차별화될 때, 공급자의 교섭력 증가

❶ 공급자 수

대분류	중부류	소분류
액화수소플랜트	액화수소 공정기술
	액화수소 핵심기자재	극저온 터보팽창기
		Cold-box
		압축기
		극저온 펌프
		극저온 열교환기
		Ortho-Para Converter
		극저온 밸브
		액화수소 저장탱크
액화수소 운송	액화수소 운반선(화물창)

주요 공급자
공정	액화수소 공정기술 라이센서
부품	액화수소 핵심 기자재, 운전 및 제어 장치 관련 전문 업체
원자재	촉매(산화철), 냉매(질소, 헬륨, 네온 등) 납품 업체
소재	수소취성극복강재, 유기·무기수소화물, 탄소섬유 등 업체

ㅇ 액화수소산업의 주요 공급망을 살펴보면, 액화수소산업은 1) 액화수소플랜트, 2) 액화수소 운송으로 크게 나눠볼 수 있고,

- 세부적으로는 액화수소플랜트의 액화수소 공정기술, 극저온 터보팽창기, Cold Box, 압축기 등의 핵심기자재, 액화수소 운송(선박)으로 구분

ㅇ (부품) 글로벌 선도기업은 액화수소 공정기술 및 핵심기자재 분야 원천기술을 보유하고, 핵심 부품들을 직접 생산·공급

- 후발주자의 시장 진입, 액화수소 공정기술 개발 및 상용화를 막기 위해 핵심 부품만을 독립하여 판매하지 않음

※ 린데(독일), 에어프러덕츠(미국), 에어리퀴드(프랑스)가 액화수소 공정 및 핵심기자재 기술 선도하고 있으며, 독일 및 미국 정부는 액화수소 설비기술을 수출규제대상 품목으로 제한

ㅇ 수소 시장이 본격화되면 핵심기술이 부족한 에너지 저장·운송 업체는 필연적으로 글로벌 전문업체에 의존할 수밖에 없고,

- 이 경우, 기술역량(액화기술, 핵심부품 등)이 내재화된 기업과, 외부에 의존하는 기업 간에 기술격차가 점차 확대될 것

- 핵심부품 및 소재를 아웃소싱으로 제공하는 기업들은 공급자 교섭력이 매우 클 수밖에 없으며, 에너지 저장·운송 업체 입장에서 매우 위협적임

ㅇ 우리나라는 상용급 액화수소 공정 기술 및 액화수소를 위한 핵심 부품의 국산화 기술이 없고, 우리 기업들은 액화수소산업 핵심기술 확보를 위해 합작법인 설립(린데-효성, SK E&S-플러그파워), 지분인수(SK그룹-플러그파워), 국책사업(한국기계연구원*)을 추진 중이나,

- 국내 건설 예정인 액화수소플랜트는 기술이전 없이 단순히 해외기술을 도입한 것으로, 핵심기술(cold box 내부)은 비밀 상태로 진행하여, 실질적으로 기술개발이 불가능**하며,

- 액화수소플랜트 공정 라이센스 획득에 있어 핵심기술인 극저온 터보팽창기의 확보에 어려움을 겪음

* 국책사업을 수행 중인 한국기계연구원은 체코 ATEKO사로부터 소형 극저온 팽창기를 구매하여 0.5톤/일 급 액화수소플랜트 파일럿 사업 진행 중

** 린데는 우리 기업의 핵심기자재 기술개발을 제한하고, EPC 및 O&M 참여를 허용하지 않으며(ex, 효성, 가스공사), 에어리퀴드는 국내 기업의 EPC 및 O&M 참여를 허용하나, 주기기(SMR, 콜드박스)는 에어리퀴드에서 공급하며 보조기기(제어 및 운전 장치 등)에 대한 EPC 참여 가능

<표15. 국내 액화수소플랜트 계약 현황>
지역	운영회사 (라이센서)	용량(톤/일)	연도	계약 현황
한국(창원)	두산에너빌리티 (에어리퀴드)	5	2023	*에어리퀴드: 주기기 공급/기술지원 *두산에너빌리티: EPC, O&M
한국(울산)	효성(린데)	15	2023	*린데: 공정설계, EPC, O&M등 *효성: 액화수소 유통/판매
한국(평택)	가스공사(린데)	30	2024	*린데: 공정설계, EPC, O&M *가스공사: 액화수소 판매
한국(울산)	SK가스,롯데케미칼 (에어리퀴드)	30	2025	-
한국(인천)	SK E&S (에어리퀴드)	90	2023	*에어리퀴드: 주기기 공급/기술지원 *SK E&S: EPC, O&M
한국(보령)		150	2025

ㅇ (원자재) 액화수소 공정은 수소기체를 냉각시키는 냉매(질소, 헬륨 및 네온 등), 수소의 Ortho-Para 전환율을 높이기 위한 촉매(산화철)가 필수적이며,

- 냉매 및 촉매의 생산량 감소, 수요 증가에 따른 가격 상승에 대비하고 액화수소플랜트의 안정적인 가동 및 액화수소 생산 가격 경쟁력 확보를 위해 장기적인 공급자 마련 필요

- 우리나라는 미국, 카타르, 알제리 등에서 헬륨 전량 수입하고 있으나 최근 급격한 가격 상승(‘19년 $280McF → ‘21년 $600McF)

- 에어리퀴드는 캐나다 청정에너지산업 선두자인 Laurentis Energy Partners와 헬륨의 생산 및 유통을 위한 장기 계약 체결(‘21년 7월)

- SK는 액화수소플랜트 건설시 원활한 액화질소 공급을 위해 ASU(공기분리장치)를 함께 건설 예정

➡ 액화수소산업의 기술 특성상 핵심기술 내재화가 중요한 요인이며, 기술력 보유 여부에 따라 액화수소 저장·운송 업체 간 경쟁력이 크게 차이날 것

➋ 공급자의 제품차별화 여부

ㅇ 공급자의 제품차별화 수준을 살펴보기 위해 액화수소공정의 주요 기술수준의 차이 및 보유현황을 살펴보면,

- 글로벌 선도기업이 액화공정 기술 및 핵심기자재 기술을 보유하고 있으며, 부품별로 기술 수준의 차이가 매우 큼

- 수소운송(화물창) 분야는 주요 에너지 운송업체를 중심으로 일관성 있는 사업추진 및 강력한 지배력이 있는 것으로 보이지 않음(각국 정부 중심으로 컨소시엄을 형성하여 관련 기술 개발 및 실증 단계*)

* 일본 4개 기업과 호주 AGL은 HySTRA 컨소시엄을 구성(`15년)하여 수소 공급망 구축 실증中

ㅇ 우리나라의 수소 저장·운송과 관련된 부품 업체들은 선도기술에 비해 격차가 있으나(최고기술 대비 50~70% 수준),

- 향후 해외시장에서 글로벌 소·부·장 업체들과 경쟁하기 위해서는, 해외특허를 확보하여 기술력을 인정받고, 권리를 확보하는 전략이 반드시 필요

<표16. 액화수소 전략기술별 국내 기술수준 분석 결과>
구분	전략기술명	국내 기술수준 조사 결과
		최고기술 보유국/기관	기술수준 (최고대비%)	기술격차 (년)	국내산학연기관
고효율 수소 액화 공정	수소 액화 공정	에어프러덕츠(미), 린데(독)	57.3	5.3	KIST
	냉열활용 통합공정	에어프러덕츠(미), 린데(독)	61.4	4.8	KIMM
수소 액화 핵심 기자재	압축기	독일/Hofer	52.9	5.3	광신기계
	극저온 펌프 (저압)	ACD(미), EBARA(일)	65.6	3.9	광신기계, KIMM, 세원셀론텍
	극저온 터보팽창기	린데(독)	50.0	5.9	한화
	극저온 열교환기	히트릭(영), 일본	70.0	4.1	두산중공업,이노윌, 동화엔택
	Ortho-Para Converter	린데(독)	69.3	3.6	두산중공업
	액화수소 저장탱크	린데(독), NASA(미)	68.3	3.9	두산중공업
	극저온 밸브	에머슨(미), 미국/스웨질락(미)	60.0	4.4	PK밸브, KIMM, 해양대학교
	Cold-box	린데(독)	64.2	4.6	대성가스
액화수소 운송	액화수소 저장탱크	에어리퀴드(프), 린데(독)	69.5	3.6	두산중공업
	운송용 탱크로리	미국, 독일	66.4	3.8	-
출처: 수소경제 활성화 로드맵 수립 연구

➡ 액화수소산업 분야는 공급처가 수직계열화 되어 있고, 공급자 수가 적어 공급자의 종속성 및 교섭력이 매우 높음

➌ 공급자의 전방통합 위협

<공급자의 전방통합 Scenario>

Case1) 공급자가 액화수소 저장․운송 영역으로 사업 확대 ⇒ 매우 어려움

* 단순 소재·부품장비, 원자재 등의 공급자가 사업을 확장하는 것은 현실적으로 불가능

Case2) 공급자가 장비, 원료, 소재 등의 사업에 집중 ⇒ 충분한 수익 기대

* 원료, 소재 등 수소 저장·운송 산업의 주요부품을 공급하는 기업의 입장에서는, 시장의 확대와 더불어 커다란 비즈니스 기회가 창출되고 있으므로, 핵심역량에 집중하여 충분한 수익을 올릴 수 있는 상황 (※기술력을 키워 다양한 에너지 운반 업체와 사업하는 것이 최선의 전략)

Case3) 공급자가 액화수소 생산․활용 영역으로 사업 확대  ⇒ 매우 용이

* 액화수소 저장·운송 기술력을 갖춘 공급자가 수소생산 및 활용 영역으로 사업을 확장하는 것은 매우 용이

ㅇ 액화수소 저장·운송 산업은 대단위 투자금, 장기간의 설비구축 기간 소요, 시스템 제조 운영 노하우 등을 갖춰야만 경쟁할 수 있는 기술집약적 산업으로서,

- 선도기업의 하청 수준*의 수소 부품 업체가 사업영역을 확대하면서 전방을 통합하는 것은 현실적으로 매우 어려움

* 액화수소 공정 기술 분야의 선도기업들은 핵심기자재(cold box 및 극저온 터보팽창기 등)에 대한 기술력을 보유하고 직접 제조·공급

ㅇ 수소 산업이 본격화되면, 수소에너지에 대한 수요가 필연적으로 높아질 수밖에 없으므로, 대용량의 액화수소를 안정적으로 장거리 저장·운송하는 업체가 대두될 수밖에 없고,

- 공급자가 경쟁력확보를 위해서는 질량 및 부피대비 고밀도 저장소재 및 극저온 초고속에서의 안정적인 부품 등의 확보가 관건(→ 공급자는 기술력을 키워 다양한 수소 저장·운송 업체와 협력하는 것이 최선)

ㅇ 액화수소 핵심 기술력을 보유한 소수의 선도기업(린데, 에어리퀴드)은 수소의 생산·저장, 운송·유통, 활용에 이르는 수소 벨류체인 전 영역에 대한 사업을 확장 중

* 린데는 전 세계 약 200개의 수소충전소, 1,000km 파이프라인 운송, 80개의 수전해 플랜트 운영, ITM 지분인수로 최신 수전해기술(양성자교환막 전해조 설비) 확보 및 약 150개의 수소 관련 프로젝트 진행 중

* 에어리퀴드는 전 세계 약 170개의 수소충전소, 1,850km 파이프라인 운송, 연료전지 발전 사업 개발, 20MW급 PEX 수전해 수소생산설비 준공(캐나다, ’21년)

➡ 단순 소·부·장 기업의 전방통합 가능성은 매우 낮으나, 핵심기술을 보유한 전문기업의 수소 벨류체인 전 영역으로의 사업 확장은 매우 용이

1-4. 구매자의 교섭력

□ 제품이나 서비스의 구매자가 해당 산업에 미치는 영향력 수준

* 구매자가 소수이고 가격민감도가 높으며 후방통합 위협이 있을수록, 구매자 교섭력 높음

❶ 구매자 수, 구매자의 후방통합 위협

ㅇ 에너지 보급 관련 인프라 시스템을 구축하는 것은 기간산업이므로, 수소의 생산-공급-활용 분야가 유기적으로 시스템을 구성

- 후방통합 위협은 낮으나, 구매 고객이 갑에서 을로 역전되는 현상의 발생 가능성이 존재

ㅇ 액화수소 공정 기술은 라이센스를 보유한 글로벌 3사에서 독점하고 있는 기술로, 카르텔이 형성되어 있어 구매자의 교섭력이 매우 낮음

➡ 액화수소산업 분야에서 구매자는 운송망 구축 이전/이후에 따라 교섭력이 전환될 수 있으며 후방통합에 의한 위협은 낮음

➋ 구매자의 가격 민감도

<그림17. 글로벌 에너지 사용 전망>	<그림18. 수소 에너지 가격 구성 영향도>
출처: BP, ‘18년	출처: 월간수소경제

ㅇ 향후 시장전망에 대해서는, 시간은 걸리겠지만 수소 에너지믹스가 반드시 필요하므로, 앞으로 구매자가 늘어날 것으로 추정됨

ㅇ 탄소중립에 대비해서 수소에너지로의 전환은 불가피하나, 기존 에너지원에 비해 높은 가격이 걸림돌임

- 그린수소 및 블루수소 생산 및 저장 및 운송 분야 기술 혁신을 통한 원가 구조 개선이 액화수소산업 성장에 중요 핵심요소로 보임

➡ 수소 생산, 저장 및 운송비용 절감에 따라 수소 원가 구조가 기존 에너지 대비 경쟁력을 갖춘다면 수소시장이 빠르게 커질 가능성이 큼

1-5. 대체재의 위협

□ 동일 기능을 갖는 것으로서 구매자의 수요를 만족시키는 제품의 위협

* 대체품이 존재하고, 대체품의 가격과 품질 경쟁력이 높을수록, 대체위협 증가

❶ 대체품의 종류

ㅇ 에너지 운반체로서 수소의 대체재는 배터리가 가장 유력(⇒친환경에너지 저장 시스템으로서 보완관계)

- P2X와 ESS는 에너지 저장의 대표주자로 인식되고 있음

* P2X: Power to Gas or Liquid,  ESS: Energy Storage System

<그림19. 에너지 저장 장치의 비교>	<그림20. 에너지 저장 시간에 따른 저장 비용의 전망>
출처: 산업은행, IDTS	출처: 플러그파워

ㅇ 배터리와 수소는 에너지 저장 시간 및 저장 용량에 따른 서로 간의 경쟁력 우위 영역*이 존재

* 수소(H-ESS) 방식은 10시간 이내, 10MWh 이하 소규모 저장에 적합한 배터리 대비 1GWh~1TWh의 대용량 저장과 장기간(1~1,000시간) 저장에 유리

ㅇ 현재는 ESS가 상대적 우위에 있으나, 중장기적으로는 에너지 밀도가 높은 P2G가 장거리·대용량 에너지 운반체로서 우세할 것으로 예측

- 배터리와 P2G는 각자의 장점이 있으므로, 하나로 통합되기보다는 함께 성장하는 양상을 보일 것

<표17.. P2G와 ESS 기능적 특징 비교>

출처: 한화솔루션

➡ 수소 P2G와 ESS는 함께 경쟁하며 성장할 것으로 예측되며, 용도에 따라 이원화(P2G: 장거리·대용량, ESS: 단거리·소용량)되어 함께 쓰일 것

➋ 대체품의 가격과 품질

① (에너지) 대체품 비교

<표18. 에너지 대체품 비교>

구분	LNG	수소
가격 (차량용 연료, `22.06 기준)	1033.85 원/Nm3 18.7931 원/MJ	8,366원/kg
액화온도(℃)	-162	-253
강점	인프라 확대로 인한 가격 경쟁력 폭발위험이 적음	높은 열량(1g 당 열량이 석유의 3배) 부산물이 없는 친환경 에너지 양이 무한정
취약점	온실가스 CO2 배출량은 석유와 비슷 에너지 수입 의존도가 큼	취급이 어려움(가연성, 폭발성) 인프라 부족 체적당 에너지 밀도가 낮아 저장, 운반이 어려움

(참고자료: 한국천연가스수소차량협회)

ㅇ 수소와 천연가스를 비교해보면, 서로 간의 장단점이 명확히 드러남

- 수소는 탄소 배출이 없고, 높은 열량을 갖는 점에서 천연가스 대비 강점을 가지나, 현재 가격 경쟁력 및 인프라에서 불리

- 반면, 천연가스는 앞선 시장 점유를 통해 가격경쟁력과 충전 인프라에서 수소 대비 우위를 점함

② (에너지 캐리어) 대체품 비교

<표19. 에너지 캐리어 대체품 비교>

구분	석탄	복합가스	수소 연료전지
용량	800~1000	400 이상	0.1~100
건설기간 / 입지	수년/해안, 인구 비밀집 지역		수개월/도심내
전기효율(%)	38~45%	~55%	42~60%
전기 + 열공급	X	X	O
NOx 발생량 (ppm)	50	20	X
소음(dB)	110	110	X
송배전 손실	~4%	~4%	-

ㅇ 수소 연료전지는 석탄, 복합가스와 대비하여 높은 발전효율*과 친환경성을 동시에 지니면서도 비교적 제약 없이 건설 및 이용이 가능함

* 연료전지는 연료의 연소과정과 열에너지를 기계적 에너지로 변환시키는 과정이 없으며, 출력크기에 관계없이 일정한 효율을 제공

ㅇ 수소는 아직 대규모 에너지원으로서 불리함이 있으나, 앞으로 규모의 경제, 기술개발을 통해 비용을 절감할 개선여지가 훨씬 큼

➡ 수소의 가격 경쟁력 및 기술 취약점을 향후 인프라 확충 및 기술혁신을 통해 보완하는 것이 관건임

5대 환경요소 (Environmental Factors)

2

2-1. 정부의 활동성 (정부 역할의 증대, 산업정책적 지원 등)

□ 국가의 산업육성정책, 국가간 대립 등 정부활동이 해당 산업에 끼치는 영향

* 정부는 산업기반 마련, 기업의 성과 향상, 첨단제품의 초기수요 자극 등 촉매제 역할

❶ 산업정책의 내용과 규모

ㅇ 우리 정부는 Ⅰ)수소경제 활성화 로드맵(’19. 1월), Ⅱ)VIP 탄소중립 2050 선언(’20. 10월) Ⅲ)수소경제이행계획(‘21. 11월), Ⅳ)수소 기술개발 로드맵 2.0(안)(’22. 5월) 등을 통해, 수소관련 산업정책을 강력하게 추진

- 우리나라는 대규모 수소 저장·운송 분야를 ‘탄소중립 달성’ 및 ‘미래먹거리 확보’라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 전략적 산업으로 접근

◈ 수소경제 활성화 로드맵(’19. 1) 주요 정책

ㅇ 우리나라가 강점이 있는 ‘수소차’와 ‘연료전지’를 양대 축으로 수소경제를 선도할 수 있는 산업생태계 구축을 목표로 함

ㅇ 추진항목은, i)Gray 수소에서 Green 수소로 생산패러다임 전환, ii)안정적이고 경제적인 수소 저장·운송체계 확립, iii)수소 생태계 조성 및 안전관리 체계 확립

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◈ 탄소중립 2050 선언(’20. 10) 주요 내용

ㅇ 대통령 직속의 ‘2050 탄소중립위원회’를 통해 저탄소경제로의 이행을 신속히 추진

ㅇ 수소차 생산·보급을 확대하고 충전소를 확충해 산업생태계를 친환경차 중심으로 대대적으로 전환

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◈ 수소경제이행계획(‘21.11) 주요 정책

ㅇ 그린수수 생산 및 해외 수소자원 확보를 통한 청정수소 공급체계로 전환

ㅇ 수소 유통 인프라 구축, 파이프라인 구축 확대, 수소차 충전소 확산으로 효율적인 수소에너지 저장·운송 수단 확보 및 수소 활용처 다변화

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◈ 수소 기술개발 로드맵 2.0(안)(’22. 5) 주요 정책

ㅇ 수소 생산 ,저장 및 운송 관련 핵심기술 선제 확보 및 국산화를 통한 수소경제 선도국으로 도약을 목표로 함

ㅇ 추진항목은, 청정수소 대량생산 체계 구축을 위한 핵심기술 선제 확보, 대용량 수소를 안정적이고 경제적으로 운송 및 공급할 수 있는 시스템 국산화 기반 구축, 수소 모빌리티 저변 확대, 무탄소배출 발전소 전환 및 수소환원제철설비 100% 전환, 수소 생애주기 안전성 확보, 국제표준 경쟁력 강화

ㅇ ’20년 1월에는 세계 최초로 수소법*을 제정하면서 적극 대응

* ‘수소법(수소경제 육성 및 수소 안전관리법)’을 마련하여 글로벌 수소 강국으로의 토대 마련

- 수소법에는 수소경제 이행 추진체계, 수소전문기업·인력양성, 수소용품·  사용시설 안전관리 등이 포함되어 있으며, 법률로 제정한 이유는 수소경제 정책의 연속성과 안정적인 산업육성 방향을 제시한다는 의미

ㅇ 액화수소 저장·운송 분야는 대규모 인프라 구축*이 수반되므로 국가 차원의 수소 공급 전략 수립 및 중점기술**의 재정비가 필요

* (액화수소) 액화수소플랜트, 저장탱크, 탱크로리, 운송선, (액상수소화물) 수소추출 플랜트, 운송선

** (주요기술) 중/장거리 수소 배관망(20 → 100bar), 액상유기수소화물분야 원천기술 확보, 액화수소  운송선 화물창(160,000㎥) 등

- 수소경제 관련 산업이 손익분기점*에 도달할 때까지 정책적 지원 필요(⇒ 이러한 지원이 향후 수소경쟁력에 큰 차이를 만들 것)

* BEP 도달시기를 전방산업**은 2-5년, 후방산업은 5년을 예상

** 고압 저장·운송 방식의 액화, 액상운송으로 전환을 통한 수소가격 하락이 중요(참조: 한국형 수소경제의 지속가능한 실현을 위한 정부 연구개발 역할 中 설문조사와 인터뷰, KISTEP, 2020)

ㅇ 해운은 국가전략사업으로 정부의 과감한 재정지원이 요구되는 상황

- 한국은 해운강국이나 경쟁국 대비 자산가치가 낮고 선령이 높아 환경규제 대응에 있어 경쟁력이 낮은 것으로 평가*

- 조선업계의 인력 부족 문제**도 심각하며, 신규 인력 확보 필요

* 조사대상 649척 중 72.4%인 470척이 2023년부터 도입되는 현존선박에너지효율지수(EEXI)를 충족하지 못한다고 응답했으며, 국적선사가 보유한 선박 10척 중 3척은 탄소집약도(CII) 등급제 제제대상으로, 매년 2%씩 강화되는 CII기준치로 제제등급 선박 숫자 증가 전망(현존선박에너지효율지수(EEXI)를 ‘충족하지 못한다’고 답했음)(출처: 해양수산부)

** 국내 조선사 인력은 (‘14년말)20만 3,441명, (‘21년말)9만 2,687명으로 7년동안 54% 감소, 현재 9,500명 가량 부족한 상황(출처: 한국조선해양플랜트협회)

➡ 우리정부는 ‘탄소중립 달성’ 및 ‘미래먹거리 확보’라는 두 가지 목표를 달성하기 위해, 수소 인프라 산업을 전략적으로 육성, 기업 기술력 확보를 위한 정부의 지속적인 연구개발 지원 필요

◈ 산업 현장의 목소리(VOC)

산학계 관계자와 자문회의를 통한 의견 청취Ⅰ  출처: 한국기계연구원 자문회의(’22. 6. 10)

ㅇ 주요국 및 우리 기업의 산업가스/액화수소 공정기술 수준 및 전망

- 현재 우리나라의 액화수소 기술 및 플랜트 구축 단계는 걸음마 단계로, 액화수소 공정 기술의 라이센서 시장은 글로벌 3사에 의해 카르텔이 형성되어 있긴 하나, 수소 시장이 아직 초기 단계이므로 시장이 성숙되기 전 액화수소공정 라이센서 획득을 통한 우리 기업의 플랜트 산업의 미래 성장 동력 창출 가능

ㅇ 우리 기업의 해외 EPC 시장 진출을 위한 경쟁력 제고 방안

- 우리나라는 공사 수주를 받아 시공하는 EPC 기술은 매우 뛰어나나, 액화공정관련 원천기술이 없고, 제품의 신뢰도 및 품질을 보증하는 ‘공정 라이센스’를 보유하고 있지 않고, 천연가스 액화플랜트 건설 프로젝트에 제한적으로 참여 가능한 상태임

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- 현재 건설중이거나 건설 예정인 액화수소플랜트는 해외기술을 단순 구매하거나, 지분 투자한 경우에 해당하여 우리기업의 EPC 참여 범위가 극히 제한적이며, 액화수소 공정기술에 대한 원천기술 획득 및 핵심기자재에 대한 기업의 적극적인 기술개발 의지가 필요

ㅇ 상용급 액화수소플랜트 사업 추진시 핵심기자재의 국산화 가능 여부

- 콜드박스, 극저온열교환기, 밸브는 국산화 가능할 것으로 보이며, 액화수소플랜트에 있어 핵심기자재에 해당하는 극저온 터보팽창기는 고도의 기술력을 요하며, 국내 제조기술이 없어 추가적인 연구개발 필요

ㅇ 국내 액화수소 공정 분야 특허침해 가능성 및 특허 활용

- 단순한 린데-햄슨 사이클 및 클라우드 사이클은 40~50년 전에 개발된 것으로, 현재 한국기계연구원에서 추진중인 파일럿 액화수소플랜트는 특허기술 침해 가능성은 없음

- 한편, 과학기술 발전에 있어 특허가 기여 하는 것에 대하여는 동의하고 있으며, 지금과 같은 국가사업의 일환인 ‘액화수소 공정기술 및 핵심기자재 개발’에 있어 해외 기술보유국의 특허분석이 함께 한다면 좀 더 좋은 방향으로 나아갈 수 있다고 봄

산업계 관계자와 자문회의를 통한 의견 청취Ⅱ 출처: 두산에너빌리티 자문회의 (‘22. 7.6)

ㅇ 국내기업의 액화수소플랜트 EPC 사업 추진 현황 및 전망

- 액화수소기술은 주요 3사(린데, 에어 리퀴드, 에어 프러덕츠)가 독점하며 카르텔을 형성하고 있고, 국내 기업의 EPC 참여를 제한하는 구조로 계약이 이루어지고 있음

- 린데와 계약을 시도했으나 액화수소플랜트 EPC 및 O&M(운영 및 유지보수)를 자사가 직접 수주하는 형태(ex, 효성-린데의 울산 액화수소플랜트 건설)로만 계약이 가능하여, 에어리퀴드와 주기기 공급 및 기술자문 계약을 통해 창원시에 5 톤/일급 액화수소플랜트 건설을 추진 중

- 금번 액화수소플랜트 EPC 및 O&M를 통해 쌓게될 경험 및 운영 노하우는 향후 해외시장 EPC 진출을 위한 밑거름이 될 것으로 보임

ㅇ 액화수소공정 기술분야 기술개발

- 수소 수요는 증가할 것임은 분명한 사항이나 그 수요가 어느 정도이며, 그 증가폭은 어떻게 될지 입증된 데이터가 없으므로, 영리를 목적으로 하는 민간기업에서는 공격적인 자본투자(자체 기술개발투자 또는 기술보유기업 인수)에 무리가 있음

- 그러나 수소에너지는 친환경 대체자원으로서 충분한 에너지이며, 수소 경제로의 전환이 가속화되고 있으므로, 최초의 액화수소플랜트 EPC 참여 기업으로서 기술주도권을 잡기 위한 일환으로 창원시와 협력하여 액화수소

플랜트사업에 참여함

ㅇ 국내 액화수소산업 경쟁력

- 현재 액화수소 공정을 통한 액화수소 단가는 비싼 편이나 수송 및 안전에 유리하기 때문에 사업화 가능성이 있으나 가스법 규제로 인하여(도심지 내에서 액화수소를 기화 과정을 거치지 않고 액화수소 자체를 공급하는 방식 -> 가스법 규제(액화수소충전소 안전거리)에 의해 ‘도심지’ 내에서 액화수소충전소 조성이 어렵게 됨)에 따라 국내에서 액화수소의 가격 경제성이 낮아진 상황

ㅇ 향후 국내 액화수소 분야 원천기술 확보 및 기술 방어를 위한 국내 메이저

플랜트 EPC 기업의 나아가야 할 방향

- 액화수소 주요 3사(린데, 에어 리퀴드, 에어 프러덕츠)의 기술독점에 대응하기

위해 국내 자체의 기술 개발 및 우리나라 액화수소플랜트 구축 기업들간의

기술협력 및 카르텔 형성이 필요함

- 현재까지 액화수소 기술 관련한 특허는 많지 않은 상태이기 때문에 지금

시점에서 완성되지 않은 기술이더라도 특허출원을 한다면 향후 원천기술

확보 또는 관련 기술 방어에 상당히 큰 힘이 될 것임

수소산업 진출 기업의 현황

ㅇ (기업 현황) 인접산업 기업들은 본 분야를 미래의 신규 주력분야로 인식하고, 관련 정부 R&D과제 참여에도 매우 적극적임

- 대부분 수소산업에 연관된 범용품목을 특화화여 생태계에 진입

- 수소산업 진입 및 기술역량을 확보하는데 정부 R&D*가 핵심역할

* 정부 R&D 참여 경험 기업 : 82.2%(공급 산업: 58.3%, 활용 산업: 90.9%)

ㅇ (기술 확보) 액화수소 공정 기술 및 핵심부품 국산화 기술 역량 확보가 필요하나, 민간투자 의지가 부족하고 정부의 지원확대 기대

* 액화수소 설비의 주요부품 중에서 ‘터보 팽창기’가 가장 핵심이 되는 부품이며, 고도의 제작기술이 필요한 기자재여서, 액화수소플랜트 구축시 해외 주요기술기업에 의존

- (특허) 필요성은 인식하나 IP R&D 투자에 소극적

* 수소충전부품 관련 중소업체 A社는 자체적으로 기술개발에 성공하였으나, 해외 특허출원에 대한 정보 부족으로 우선권 주장 특허출원 기간 실기

- 수소차 등 성과가 뚜렷한 분야에서도 정부의 구매 보조금에 대한  의존도가 높음 → 기술개발을 통한 가격경쟁력 확보가 필요

ㅇ (산업 전망) R&D 투자에 대한 인식은 긍정적이나 손익분기점(BEP) 도달시기까지 죽음의 계곡* 문제가 있음

- BEP 도달시기**를 전방산업은 2-5년, 후방산업은 5년을 예상

* 기술개발에 성공한 이후 자금부족 등으로 상용화 단계에 이르기 전까지 넘어야 할 어려운 시기

** 부생수소 → 고압 저장･이송 방식의 액화, 액상운송으로 전환을 통한 수소가격 하락이 중요

- 수소선박 등은 환경규제 등으로 인해 산업 성숙에 시간(10년)이 소요될 것으로 전망 → 관련규제 정비를 통해 기술개발 견인이 필요

ㅇ (수요 전망) 기술적 성숙도가 낮은 분야일수록 수요처 확보가 시급하고,  수소 공급망 확충, 수소 활용분야의 시장 확대를 요구

- 기술장벽극복을 통한 인프라확대 및 새로운 수요처의 창출이 필요

* 국내 B社는 수소충전소 EPC 시공을 하면서 독일 C社의 수소펌프기술을 무단으로 사용하여   특허분쟁에 노출

R&D 현장의 이슈 및 요구사항

ㅇ (기술 현황) 액화수소공정 기술 분야는 국책사업으로 플랜트 및 핵심 기자재에 대한 국산화 개발 중이며, 국내 액화수소설계 기술 및 극저온 기자재 전무

- 액화수소 저장·이송 핵심부품(액화장치, 저장탱크, 배관, 밸브 등)에 대한 안전성 시험 및 인정기준 미비로 사업이 지연되고 있음

- 글로벌 3사는 상용화 기술을 보유 중이며, 핵심기술은 영업비밀로 보호

* 전 세계적으로 액화수소 생산시설은 미국(Air Products, Praxair), 독일(Linde), 프랑스(Air Liquide)의 글로벌 기업들이 자체 원천기술을 보유하고, 세계시장을 독점하는 카르텔(출처: 가스신문(‘22.05))

* Linde, Air Liquide(수소 액화 기업): 액화를 위한 요소기술은 일부 공개, 그러나 요소기술들을 시스템화한 기술(cold box)은 영업비밀로 유지

- (’03년 1차 수소경제) 연료전지에 기술 개발이 집중되었고, 수소 공급망, 인프라 기술에 대한 투자는 미미

※ (일본) “잃어버린 10년”을 만회하기 위한 신성장 동력으로 수소산업을 육성하면서 현재의 타국에 비해 빠른 수소공급망의 실증, 상용화로 나타나고 있음

ㅇ (주요 플레이어) 수소경제가 시작 단계인 특성상 유사업종의 기업을 중심으로 수소산업 진출이 활발

- (산업가스 액화업체) 수소 액화사업에 진출(린데, 에어리퀴드, 에어프러덕츠)

- (선박운송 제조업체) 세계최초 액화수소 운반선 제작(가와사키 중공업)

ㅇ (개발 동향) 대기업을 중심으로 주로 해외 기업과의 합작회사, 지분확보 등을 통해 A&D 방식의 기술확보*에 주력

- 국내기업들의 무관심, 역량 부족 등으로 수소산업 진출의 기회를 놓치는 기업에 대한 정부차원의 지원이 필요

* SK E&S + Plug Power: 액화수소업체의 지분인수를 통해 수소 산업 진출

* 효성 + Linde(액화수소플랜트 건설): 두 회사가 합작설립한 ‘린데수소에너지(주)’ 통해 액화수소플랜트 건설(2023)

<기술이전을 통해 수소산업에 성공적으로 진출한 사례>

(LCD 업체) 스퍼터링 설비 보유 기업(중국의 진출로 새로운 성장동력을 고민)

(KIER) 스퍼터링 기법을 이용한 수전해 전극 생산 기술 개발

(기술 이전) 기존 생산라인을 활용하여 수소산업으로 전환비용을 최소화(스퍼터링       노하우를 적용하여 전극 품질을 향상)

ㅇ (기술이전, 사업화) 주로 요소기술 중심의 결과물을 도출하고 있어서 상용화 시스템 구축에 비효율적 ⇒ 리스트 요소로 작용하여 기술이전이 곤란

- 사업화 관점에서 요소기술들을 시스템으로 구성할 수 있는 중계기술개발이 매우 중요

- 특히, 연구실 단계의 기술을 스케일업하여 산업에 적용하기 위해서는 기업측 파트너가 반드시 필요

<기술특성별 기업 매칭>

* 액화수소플랜트: 플랜트 엔지니어링 경험과 기술력이 있는 대기업에 적합

* PEM(고분자 전해질막 수전해): 대규모 생산라인구축이 필요한 특성상  대기업에 적합

* 알칼리 수전해: 소규모 라인으로 생산 가능한 특성상 중소, 중견기업에 적합

- (기술 마켓팅) 신산업 분야에서 성공적인 기술이전을 위해서는 쉽게 전용이 가능한 기술, 설비를 보유한 기업의 정보가 필요

<KIER의 고효율 수전해 스택 기술이전 사례＞

신산업의 특성상 수소 수전해 생산기업이 전무한 상태에서 기술 및 사업화에 성공

기술특성 파악	기술특성에 대응하는 기업을 검색	인센티브 제공 및 기술이전
전기분해 분리막 제작 셀프레임 설계	전기분해업체 ↙ ↘ (인접 기술군으로 확대) 수처리업체 도금업체	상용화 적용 수준까지 검증 ⇩ 선박평형수 처리업체에 기술이전

기술도입 현황 및 특허정보 활용

ㅇ (기술도입) 수소분야는 기술집약적 산업의 특성상 핵심기술 확보가 매우 중요 ⇒ 화석에너지자원이 없어도 기술확보를 통해 산업선도 가능

- 미, 일, 유럽에 비해 뒤쳐진 상황에서, A&D를 통한 적극적인 기술의 확보가 필요

< 기업은 수소산업 초기투자 상태로 갈팡질팡 >

* 대기업은 자본력을 이용 해외기술을 도입하고 있으나, 실질적 기술이전이 안 되어 기술적으로 종속되고 있는 상황

* 초기 해외기술도입과정에서 블랙박스 기술, 공개 설비가 혼용되어 있고, 수소산업에 대한 확신부족으로 리버스엔지니어링 시도조차 부재

- 대부분 기업은 현재 정부가 제시하는 수소경제의 방향성에 크게 의존 ⇒ 산업생태계 조성단계에서 정부의 역할이 매우 중요

ㅇ (특허정보) 정확한 특허정보의 제공이 기술전문가의 인사이트와 결합되어 시너지효과를 발휘

- 특허는 논문, 세미나 등에 비해서도 신속하고 정확하게 해당기술을 파악할 수 있는 주요 기술정보원

- 다만, 저인망식 특허분석은 많은 노이즈로 인해 연구과제 수행시 활용에 장애요소 ⇒ 연구개발자와 특허전문가의 협업을 통한 정확한 분석이 필요

➋ 주요경쟁국의 정책동향

ㅇ 주요국은 수소경제를 본격적으로 준비 중이며, 수소 생산, 저장·운송 산업을 둘러싼 주요국의 지원정책이 최근 들어 점차 활발해지는 추세

- 전통 자원 개발 국가들(스페인, 칠레 등)은 이미 수소를 새로운 자원 사업으로 키우기 위해, 넓은 국토와 재생에너지 자원을 바탕으로 청정 수소의 생산 계획을 구체화하고 있음

* ‘21년 전 세계 대규모 프로젝트 359개, 2030년까지 투자금액은 총 5,000억 달러로 추정, 분야별로는 대규모 생산(28건), 산업용 원료(141건), 운송(96건), 융합형 사업(56건), 인프라(88건)(출처: Hydrogen Insights 2021.7)

ㅇ 수소 저장·운송 분야는 고압기체, 파이프, 액화를 중심으로 시장을 확대해 나가고 있고, 주요국을 중심으로 액상(LOHC, 암모니아), 고체 등 안정적인(상온상압저장방식) 고밀도 에너지 저장체를 개발하고 있으며,

- 각국은 향후 수소 에너지 시장 본격화를 대비하여 대량 수소 저장·운송 산업의 경쟁력을 높이기 위해, 수소 인프라*에 대규모 투자

* Heavenn 프로젝트(~25년, 네덜란드): 민관 공동자금 총 8,300 유로의 예산이 투입되며 그린 수소 생산, 천연가스 파이프라인을 활용한 수소 운송망 구축 계획

◈ 일본의 전략 (⇒ 가장 구체적 정책)

ㅇ 일본은 NEDO를 중심으로 WE-NET 프로젝트 추진(’93년)

(1단계: ‘93-98년) 대형규모의 액화수소 도입과 관련된 R&D 수행

(2단계: ‘99-’20년) 2010년까지 실제 적용 가능한 중장기적 연구 수행(연료전지)

ㅇ 先 수요저변 확대, 後 공급시스템 완성이라는 단계적 수소전략 발표(`19)

(1단계: ~`30년) 연료전지 사회의 본격 도입을 통한 수소 이용 확대

(2단계: ~`40년) 수소발전 본격 도입 및 대규모 수소 공급 시스템* 확립

(3단계: `40년~) 그린수소 공급 시스템 확립

※ 액화수소 기반(HySTAR 프로젝트): 일본-호주 간 액화수소 공급망 구축 실증 사업을 통해 ‘20년까지 기반 기술을 확립하여 2030년 상용화를 목표로 추진

※ 암모니아(NH3) 기반: 일본-호주 간 LPG 선박 활용한 암모니아 공급망 구축 프로젝트 추진 중

* 하버-보슈(Haber-Bosch) 공정을 통해 암모니아를 합성하여 운반

◈ 독일의 전략 (⇒ 유럽에서 가장 적극적)

ㅇ 국가수소전략 발표, 수소의 생산, 수송 및 사용을 위한 기술혁신과 투자를 장려, 탈탄소화 전략 및 2050 탄소중립 실현을 중요 요소로 판단, 그린수소의 중요성 강조(‘20. 6)

- (1단계, ~`23년) 시장확대 및 기화 활용을 위한 시기로 수소생산, 활용분야(수송, 산업, 난방), 인프라 공급, 국제 수소시장 및 경제 파트너십의 각 영역에서 38개 세부 계획 제시, 90억 유로 투자

(2단계, ~`30년) 국내외 시장 강화의 시기

ㅇ 독일 연방교육연구부는 수소경제 진입을 위하여 기술적 장애물을 극복하기 위한 3대 대규모 수소 프로젝트 지원 계획 발표 (’21. 1)

- (해상수소 생산) 해상에서 녹색수소 및 수소 유래제품 생산

- (그린수소 운송) 단거리·중거리·장거리 수소 운송 기술개발

◈ 호주의 전략 (⇒ 수소경제를 기회로 인식)

ㅇ 풍부한 자원을 바탕으로 화력 발전과 화석 연료 수출에 의존해 왔으나, 기후변화 대응을 위한 장기적인 계획하에 재생에너지 산업 급속히 성장

- 호주 전체 재생에너지 발전량은 2020년 기준 62,917 Gwh로, 총 전력 발전량 중  비율이 27.7%까지 증가, 전년대비 3.7% 성장

ㅇ 2018년부터 본격적으로 수소경제 준비, ’18년부터 ‘21년 4월까지 약 15억호주달러가 호주 정부, 산업, 연구소 등을 통해 수소프로젝트 등에 사용

ㅇ 2030년까지 약 50만 톤(22억 호주달러 가량)의 수소를 일본, 한국, 싱가포르, 중국 등 동남아시아 국가로 수출할 것으로 예상, 2050년에는 호주 전체 수소 생산량의 75%를 수출할 것으로 전망

ㅇ 수소 수출을 위한 운송 기술 확보를 위해 그린 수소로 만든 암모니아 활용기술에 주목하며, CSIRO(호주 연방과학산업연구기구)에서 암모니아에서 고순도 수소를 추출하는 기술개발 성공, 뉴사우스웨일스대학에서 그린 암모니아 생산을 위한 하이브리드 플라즈마 수전해 프로세스를 개발하는 등 대학을 중심으로 연구 활발

ㅇ 호주재생에너지청(ARENA)은 ’16년부터 5,700만 호주달러를 투자했으며, ‘21년 Renewable Hydrogen Deployment Funding Round를 통해 1억 330만 호주달러를 3개의 대형 프로젝트(그린수소 생산, 가스 혼소)에 투자 결정(’21.5)

➡ 주요국은 수소경제를 본격 준비 중이며, 국제 정책 동향을 주시하여 수소공급망 확보에 관한 국가 간 새로운 경제협력을 확대하고, 우리 기업의 해외 진출이 확대되도록 민관 협력 강화 필요

2-2. 기회요인 (예상치 못한 변화, 우연한 사건 등)

□ 천재지변(코로나 팬데믹), 우크라이나 사태 등 우연한 사건이 관련 산업에 끼치는 영향

* 글로벌 이슈, 무역분쟁 등 환경 변화에 따른 기회 및 기업간 경영전략 변화

❶ 국제환경의 변화

ㅇ 지구 온난화로 인한 지구 평균온도 상승*으로 국제사회는 `92년 기후 변화협약’ 채택 이후 기후변화 문제를 해결하기 위한 움직임이 시작됨

- 120여개 국가가 ‘탄소중립’을 선언하거나, 추진 중

* 1850～1900년 대비 2017년 기준 약 1℃ 상승(IPCC의 ‘지구 온난화 1.5℃ 특별보고서’, ‘19년)

ㅇ 한편, 세계 각국은 우크라이나 사태로 인한 에너지 쇼크에 대응하기 위해 에너지 정책 변경, 탄소중립과 에너지 안보의 공존을 모색

- 기후 의제를 선도해 온 독일을 비롯한 유럽연합 회원국들은 에너지 부족 위기 심화로 석탄화력발전 비중을 늘리면서도 재생에너지 확대 가속화

* 독일은 석탄화력발전소 재가동을 위한 법안을 승인(‘22년 7월), 네덜란드는 석탄화력발전소 생산량 상한선(35%)을 없앰(’22년 6월), 그리스는 2024년까지 석탄 채굴량 늘릴 계획(‘22년 4월)

* G7 정상들은 “화석연료에 대한 공공자금 조달을 막자”는 기존 약속을 뒤집고, “천연가스에 대한 투자를 계속 하자”는 새로운 합의를 맺음(’22년 6월)

* 유럽의회는 천연가스와 원자력을 녹색분류체계(택소노미)에 분류하기로 확정(‘22.7)

ㅇ 그러나, 탄소중립은 거스를 수 없는 국제 경제질서이며, 국제환경은 대량 액화수소 저장·운송산업에 매우 유리(⇒각국 정책 방향 일치)

- 탄소중립이 패권경쟁과 무역장벽에 활용되는 가운데 향후 탄소중립 기술과 시장 경쟁이 가속화될 것이므로, 대량 액화수소 저장·운송 산업이 주요 기업 및 국가의 경쟁력을 좌우할 패러다임 전환기술에 해당

- 특히 에너지 자립도*가 낮고 기술력이 높은 우리나라와 같은 상황에 매우 기회적인 요인

* 2016년 기준 OECD 국가별 에너지 자립도 하위 3개국: 독일(37.0) 한국(16.0), 일본(11.8) (참고: World Energy Balances 2020)

➡ 천연자원이 없고 신재생에너지가 부족한 우리나라에게 기술 집약적 산업인 수소에너지산업으로의 성공적인 에너지 전환이 국가경쟁력을 좌우하며, 신 산업 및 일자리 창출에 따른 미래 성장 동력 창출의 기회를 제공

➋ 기업 경영전략의 변화

ㅇ   독일의 산업용 가스업체인 린데*는 미국의 프렉스에어와 합병을 통해 세계 산업용 가스 시장을 선도하려는 전략

독일

* 린데는 수소의 생산, 저장, 운송, 유통, 충전 등 수소 벨류체인 내의 모든 단계에서 솔루션을 제공하며, 세계 최대 액화수소 생산공장 및 운송 시스템을 확보하여 200여개의 수소충전소와 80여개의 수전해 공장을 운영

ㅇ  미국은 최근 오일 메이저 기업들의 수소 사업으로의 이행을 독려하고 있어, 향후 수소 시장을 주시하며 산업을 본격화할 것으로 보임

미국

- 극저온 장비 업체인 차트는 수소 산업 확장을 발표하고, 다양한 형태의 기술투자*를 통한 액화수소산업 시장 경쟁력 확보

* 최근 5년간 액화수소 공정기술을 보유한 크라이오 테크놀로지(‘21년), 극저온 터보팽창기 기술을 보유한 LA Turbin(‘21년), Cold box 기술을 보유한 Fronti 등 11건의 기업 인수 및 5건의 투자

ㅇ  일본은 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)의 지원 아래 기업 연합*을 통한 국제 수소 공급 체인 구성

일본

* HySTRA : 가와사키중공업, 이와타니, 쉘재팬, J-Power, 마루베니, ENEOS로 구성된 컨소시엄(`16. 02)

* AHEAD : 미쓰비시 그룹, 해운기업(닛폰유센), 치요다화공건설, 미쓰이 물산의 4개 기업으로 구성된 수소에너지 체인 기술연구 조합

ㅇ   기업연합(코리아 H2 비즈니스 서밋)을 통해 수소산업 가치사슬 플랫폼 구축하여 국내 수소경제 주도

한국

- SK그룹이 가장 공격적으로 수소 산업에 투자: 기존 LNG·LPG 인프라 활용, 협업(JV설립 및 M&A)을 통한 수소 생산, 저장, 운송 및 활용분야 수소 기술력 확보 노력, 약 18.5조원 투자

<표20. 국내 주요 그룹사별 수소사업 추진 현황>

출처: 한국신용평가 리서치, 2021.9, 김호섭

➡ 각국 선도기업들은 수소 생산, 저장, 운송, 활용의 전 밸류체인으로 사업을 확장하여 주도권을 형성하기 위해 노력

[표21. 참고] 국내 주요 그룹사별 수소생산 및 저장 사업 추진 현황

구분		생산	저장/운송
		그레이/블루/청록/그린	기체/액화/암모니아
SK그룹	SK가스	(그레이) 울산 수소복합단지 구축, 추출수소 생산(’25~)	(액화) 30톤/일급 액화수소 공장 구축 예정(~‘25년)
	SK E&S	(블루) 직도입 천연가스 활용(보령 LNG 터미널) 블루수소 생산(’25~)(연 25 만톤), (그린) 미국 Plug Power 지분매입– 수전해 설비 구축	(액화) 90톤/일급 및 150 톤/일 급 액화수소 공장 구축 예정(~‘25년)
	SK㈜	(청록) 미국 모노리스(청록수소 생산) 지분투자
	SK인천 석유화학	(그레이) 부생수소 생산
현대차 그룹	현대 글로비스		(액화) 현대제철 생산 부생수소 운반, 해외 액화수소 도입 예정 * 미국 에어프러덕츠와 국내 액화수소 공급망 구축을 위한 양해각서 체결(‘21년)
	현대제철	(그레이) 부생수소 생산 (현재 연 0.35만 톤 → 연 4만톤 확대 예정)
효성 그룹	효성화학	(그레이) 부생수소 생산
	효성중공업		(액화) 독일 린데와 JV 설립(린덴하이드로젠), 15 톤/일급 액화수소 공장 구축 예정(~‘23년)
	효성첨단소재		(기체) 수소차 수소저장탱크용탄소섬유 생산, 한화솔루션과 탄소섬유 공급계약 체결(’21.4)
두산 그룹	두산중공업	(그린) 풍력발전기 공급, 제주도 그린수소 실증사업 참여, 통합 에너지관리시스템 개발	(액화) 액화수소플랜트 공장 구축 예정 (~’23, 연 1,700톤 Capa), 에어리퀴드와 협력
	두산퓨얼셀	(그린) 수전해(PEM) 기술개발 국책과제 수행
한화 그룹	한화 솔루션	(그린) 케미칼: 음이온교환막(AEM) 수전해 기술 개발 중 (’25 년 상용화 목표), 강원도 평창군과 수전해 및 수소충전소 구축 MOU 체결(290톤 규모)	(기체) 첨단소재: 소탱크(차량, 드론) 기술 인증, 일본 태광후지킨의 수소탱크 사업(소형 탱크) 인수(’19.12), 미국시마론(대용량탱크)인수(’20.12)
포스코	포스코	(그레이) 부생수소 생산(연 7 만톤 Capa 확대, ~’25)
	포스코 인터내셔날	(블루) 해외 블루수소(암모니아)도입(~’30년까지 50만 톤) (그린) 호주/중동 등 해외 그린수소 생산사업 개발(’40년까지 200만 톤)
	포스코 에너지		(암모니아) 암모니아 합성 수소 도입 인프라 구축, 암모니아 수소개질(추출) 기술 개발
현대 중공업 그룹	현대 오일뱅크	(그레이) 부생수소 생산 (블루) 아람코에서 LPG 수입 등으로 블루수소 10만 톤 생산(~’25), ’21.4 월 미국 에어프로덕츠와 전략적 MOU 체결
	한국조선 해양	(그린) 해상 그린수소 플랜트 가동 계획(~’30 년)	(운송) 액화수소 운반선 실증 및 상용화(~‘27)
롯데 그룹	롯데 케미칼	(그레이) 부생수소 생산(연 3만 톤) (블루) ‘25년 블루수소 연 16만 톤 생산 (블루/그린) ’30년 블루/그린수소 연간 총 60만 톤 생산	(기체) 수소압력용기 국내외 인증 준비, ’30 년까지 연산 50 만개 수소탱크 생산능력 확보 (액화) 프랑스 Air Liquide 와 액화수소 설비투자 진행 계획
	롯데정밀 화학	(그린) 그린수소 생산을 위한 암모니아 유통
	롯데글로벌 로지스	(암모니아) 해외 암모니아 도입

출처: KIS Special Report, 2021, 재가공

2-3. 기술개발 동향 (동태적 특성, 상황에 맞는 전략 수립 등)

□ 기술혁신 방향, 기술융합화 수준, 사회적 니즈 등 최근 기술개발 동향

* 최근 기술개발의 흐름과 주요 니즈를 분석하여 혁신제품의 등장 등 시장의 판도변화 예측

❶ 핵심요소기술의 개발 동향

ㅇ (액화공정 설계 분야) 액화수소의 제조 공정은 원료 수소가스의 정제*, Ortho-Para 전환 및 액화수소공정(예냉** 및 극저온 과냉****)으로 구성되며, 수소 1kg당 총 5,153 kj*** 열에너지 제거 필요

- Cold box 모듈화 및 시스템 통합, 냉각 유체(냉매)의 최적화, 공정 시뮬레이션으로 최적화된 대규모 액화 사이클 개발 필요

- 그러나 액화수소플랜트 용량 증가에 필요한 고성능의 대용량에 적합한 핵심설비(터보 압축기, 극저온 터보팽창기, Cold box) 기술은 도전 과제에 해당

* 수소가스 정제는 수소가스에 포함된 불순물에 의해 극저온 열교환기에서 고형물이 생성되는 것을 막고, 고순도의 액화수소 제조 가능. 흡착제 정제방식(PSA)이 가장 상용화된 기술에 해당

** 수소의 역전온도(Inversion Temperature)는 192K로. 상온보다 역전온도가 낮아 액화로 변환시키려면 192K 이하로 예냉 과정이 필수

*** 수소의 끓는점은 20K(–252.7°C)로 상온(300K)에서 20K로 온도 강하시 현열 제거(4,000kj/kg), 20K에서 기체 수소를 액화로 상변화시 증발 잠열(446 kj/kg) 및 Ortho-Para 변화열(703kj/kg) 제거

**** 수소 예냉은 질소기체, 또는 액화질소가 가장 일반적이며, 액화효율을 높이기 위한 이중팽창기를 적용한 질소사이클, LNG 또는 혼합냉매(MR) 사이클 적용, 수소 극저온 과냉은 수소클로드사이클, 또는 헬륨브레이튼사이클이 일반적이며 액화효율을 높이기 위한 네온, 또는 수소-네온 혼합냉매사이클 적용

<그림21. 클로드 사이클 액화수소 공정 개략도>	<그림22. 액화수소플랜트 용량별 공정 최적화>
출처: Saif ZS. Al Ghafri, Large-Scale Liquid Hydrogen Production Supply Chain, Perth,‘19,린데

ㅇ 선도기업, 유럽연합 및 일본, 연구기관 등은 액화플랜트 효율이 높은 다양한 액화수소 공정을 개발하였으나, 개념적 공정과 상용화된 공정간 기술격차 큼

- 린데*, 에어리퀴드** 및 에어프러덕츠는 상용급 액화수소플랜트를 운영하고, 50~150톤/일 급(대형) 적용 가능한 새로운 공정기술 개발

* 린데는 액화 효율을 높이기 위한 혼합냉매(MR) 쥴-브레이튼 사이클을 이용한 수소 예냉을 갖는 고압 수소 클로드사이클(약 6 kWh/kgH₂) 개발 및 특허등록 받았으며(US11340012B2, US10928127B2, EP03368631B1), 린데의 쿠엔딕(Kuending)은 질소가스 및 LNG 냉열을 이용한 대규모 액화공정 개념설계(4 kWh/kgH₂)

** 에어리퀴드는 혼합냉매(MR)냉동사이클을 이용한 수소예냉을 갖는 수소클로드사이클 개발(7 kWh/kgH₂)

- 유럽연합은 IDEALHY 프로젝트*로, 종래의 소규모 상용급(5톤/일급) 액화수소플랜트를 스케일 업하여 상용화 가능한 대규모(50~200톤/일급) 액화수소플랜트 최적 공정설계 연구개발(’11~‘13년)

* 쉘, 노르웨이 과학산업기술연구재단(SINTEF), 드레스덴 기술대학, 린데, , WEKA, 영국 러프버러대학, 가와사키중공업 등 주요 액화수소기술 업체, 연구기관 등이 참여, 소비전력 50% 감소,시켜 에너지소비효율 6.5 kWh/kgH2를 목표로 50~200 톤/일의 상용화 가능한 액화수소공정기술 개발

- 일본은 NEDO 주도로, 청정에너지 시스템 건설을 위하여 수소의 생산, 저장, 수송과 이용을 목표로 하는 WE-NET 프로젝트*로, 대형 액화수소플랜트 개념 기술 연구(’93~‘98년)

* 미쓰비시 중공업, 일본 Air Liquide 및 일본산소가 참여, 액화수소플랜트 세계 최대인 약 300톤/일을 목표로 액화질소 예냉식 수소클로드 사이클(효율가장 높음: 8.7 kWh/kgH₂), 헬륨브레이튼 사이클, 혼합냉매 사이클 및 네온 사이클, 4개의 사이클에 대한 개념설계

<그림23. 제안된 액화수소공정 효율 비교>	<액화공정 효율 측정 파라미터>
	￭특정에너지소비(SEC): 에너지효율 측정의 표준으로 사용. 특정 출력을 만들어 내기 위해 소비되는 에너지 비율을 의미 → 약 6 kWh/kgH₂ 이내로 상용화 전망 ￭액화수소비용(SLC): 자본비용(CAPEX), 운영비(OPEX), 유지보수비용(O&M)으로 구성, 에너지 사용이 총 액화비용의 약 30% 차지 → $1/kg 이내로 상용화 전망 ￭엑서지율: 에너지원에서 얻을 수 있는 최대 유용일(가용에너지)을 엑서지라 하며, 공정을 전체에서 엑서지 유입 및 유출을 관찰하여 공정으로부터 손실되는 물질 엑서지의 손실을 계산
출처: Saif ZS. Al Ghafri, Hydrogen liquefaction: a review of the fundamental physics, engineering practice and future opportunities, ‘22년

ㅇ 국내의 액화수소 기술은 개발 초기 단계 수준으로, 실험실 규모(0.5~5 liter/hr)의 소형 액화수소 시스템 개발이 유일(핵심기자재 상용화기술 전무)

- 한국기계연구원은 액화수소플랜트 상용화*를 목표로, 국책과제로 수소

액화플랜트 핵심기술의 국산화 개발을 위한 파일럿 사업 추진(‘19~‘23년)

* LNG 냉열을 이용한 5톤/일급 액화수소플랜트 개발 및 실증 추진 예정(’24년~‘29년)

- 수림테크는 독일의 국영연구소인 ILK Dresden으로부터 수소충전소 및 액화수소플랜트 기술이전*을 통해 액화수소플랜트 설계 기술 보유

* 수소충전소 및 액화수소플랜트 기술이전에 대한 양해각서 체결(‘20.12), 액화수소플랜트 기술관련 베이직 설계, 도면, 설비제작, 수리해석, 주요 부품 사양서 등 전반적인 기술을 포함한 본 계약 체결(’21.5)

ㅇ (Cold Box 분야) 극저온장비(극저온 터보팽창기, 복수의 열교환기, 흡착기)의 열손실을 최소화하기 위한 것으로, 실질적인 공정 라이센스에 해당

- 액화플랜트 용량에 따라 극저온 장비를 호스팅 할 수 있도록 대용량 Cold Box 설계 및 제작, 자본비용을 낮추면서 단열을 위한 최적의 모듈식 배치 작업, 진공단열 기술, 기밀 기술 필요

- 형상은 원통형 또는 직사각형이며, 배치 방법에 따라 수직형 및 수평형으로 나뉘고, 다층 초단열로 진공 단열됨

- 선도기업은 Cold Box 내부를 블랙박스 기술로 보호하고 비밀 유지

그림24. 린데의 Cold Box(독일, 로이나에 적용)	그림25. 차트의 Cold Box 3D 모델(3m*12m)

ㅇ (극저온 터보 팽창기 분야) 수소 액화용 터보 팽창기는 대략 200°C 이하의 극저온 환경에서 작동되며, 수만 rpm의 고속으로 회전하여 수소를 액화시키는 핵심적인 기능을 담당

- 회전축을 지지하는 베어링의 높은 신뢰성(고속 회전시 낮은 마찰 손실, 높은 강성, 높은 하중 지지 능력) 및 누설을 막는 실링이 핵심기술에 해당

- 베어링은 윤활방식에 따라 오일 베어링*, 정적 가스 베어링**, 동적 가스 베어링***, 자기베어링**** 등으로 분류되며, 상용화된 팽창기 중 동적 가스 베어링 팽창기의 효율이 가장 높음

- 팽창기 효율은 80~90%이며, 축방향 터빈이 방사형 터빈보다 효율이 높으나, 자본비용이 높은 단점

* 오일베어링 팽창기는 사이클 고장시 안전한 정지를 위한 지속적인 오일 공급, 오일 펌프 및 추가 인프라 필요하며 가스베어링 시스템에 비하여 자본 및 운용비용 증가, 오일 누설 문제 발생 가능, 정기적인 유지보수 필요

** 가스 베어링 팽창기는 축 베어링과 저널 사이에 고압가스를 사용하여 오일 누설에 의한 수소 오염위험을 없애며, 오일 베어링 팽창기보다 등엔트로피 효율이 높고, 설치 공간이 작으며, 신뢰성이 더 높음, 사이클 고장시 안전한 정지를 위한 고압가스저장탱크 필요

*** 동적 가스베어링 팽창기는 베어링 하우징 내부의 폐루프를 순환하는 가스를 사용하여 공정에 영향을 주지 않고, 비상정지시 추력을 유지하여 별도의 장치 없이 안전한 정지 가능, 고효율, 소형, 고신뢰성, 유지보수 불필요 → 독일 로이나, 일본 야마구치 액화플랜트에 상용화(2010년)

**** 자기 베어링 팽창기는 대형 무급유식 팽창기에 적용 가능하며, 수소를 외부자기장에 노출시키면서 온도 변화를 일으켜 수소를 잠재적으로 액화시키나, 팽창기가 복잡하고 자본비용이 매우 높아 상용되어 있지 않음

<그림26. 극저온 터보 팽창기 베어링 종류>

출처: 린데

ㅇ (압축기 분야) 더 높은 공급 압력으로 압축하여 다운스트림에 필요한 작업을 줄일 수 있으나, 공급 조건은 사용 가능한 열교환기의 최대 허용 작동 압력에 의해 제한됨

- 압축기는 전체소비전력의 가장 큰 부분을 차지(약 90% 이상)하여 효율, 압축단계, 압축기 유형, 인터쿨링 온도 및 압력은 총 전력소비(SEC)에 큰 영향을 미치며, 일반적으로 피스톤/원심 압축기를 사용

* 에어리퀴드는 SMR 공정으로부터 가압된 수소가스(1.5 MPa)를 액화공정에 공급하여 수소압축기를 생략하여 자본비용을 절감하는 공정기술 특허등록(미극등록특허: US10634425B2)

- 대규모 액화수소플랜트에 적용되는 압축이 어려운 냉매(혼합냉매, 수소, 네온 등*)의 고효율 압축을 위한 터보 압축기 개발 필요

* 원하는 압력에 도달하려면 많은 수의 터보 압축기가 필요하여 높은 자본비용 소요(ex, 대기압에서 8MPa로 수소가스를 압축하려면 24단계가 필요), 아직 상용화된 기술 없음

ㅇ (극저온 열교환기 분야) 공정 용량에 관한 높은 유연성 및 큰 열교환 표면적(≥2,000㎛²)을 갖는 용접형 판형 핀 열교환기(PFHE)가 가장 널리 사용되며, 수소기체의 Ortho-Para 변환*을 위한 통합 촉매베드(Catalyst bed)를 내부에 구비	<그림27. 극저온 열교환기의 구조>
- 큰 열교환 표면적과 부피는 엑서지 효율을 높이나 자본비용이 커지며, 전체 열교환기의 크기는 설계 압력에 의해 제한됨 - 알루미늄은 비교적 높은 열전도율과 저온 강도로 인해 극저온 열교환기에서 가장 일반적인 재료이며, 최대 약 13MPa의 압력용으로 설계됨

ㅇ (Orthor-Para 변환 분야) Ortho-para 변환시 변환열(703 kj/kg)이 액화수소의 증발 잠열(446 kj/kg)보다 크므로, 액화된 수소의 손실을 막기 위해 수소 냉각과정에서 수소기체가 Ortho-Para 변환기를 통과하도록 하여 Para 수소로 전환 필요	<그림28. Ortho-para 변환 과정>
- Ortho-Para 변환을 촉진시키기 위해 촉매를 사용하며, 넓은 온도 범위에서 특성이 개선된 새로운 OP 촉매 개발 필요

* 수소는 이성질체로 평형상태의 Ortho-para 변환 속도가 매우 느리고, 변환열로 인해 다량의 액화수소가 증발하는 에너지 손실이 발생하므로, 촉매를 이용하여 변환 속도 촉진 가능

* 현재 상업적인 촉매: FeO₃, CrOSiO₂

ㅇ (LH₂ 저장탱크 분야) 액화수소를 20K로 저장하기 위해 극저온 고단열 성능이 요구되며, 수소 증발가스(BOG)를 수용할 수 있도록 작동 압력 범위가 넓은 대형 저장 탱크 설계(>50,000m³), 증발가스 환기 시스템 필요

- BOG를 최소화하고 단열성능을 높이기 위한 진공 패널, 표면 코팅, 탱크 벽채널(고강도, 높은 파괴 인성, 강성, 극저온과의 호환성, 액화 및 기체수소와의 낮은 투과성) 설계 및 기술 개발 필요

- 미국 NASA*는 세계에서 가장 큰 LH2 저장탱크(3,200 m³)를 건설(‘60년),  LH2 저장탱크 분야에서 가장 기술력이 높음

* NASA는 미국 에너지부(DOE)의 ‘Hydrogen Shot’의 일환으로 쉘, CB&I, 휴스톤대학과 공동으로 이중벽 및 진공 단열처리, 유리 기포 단열재 적용, 내부에 IRAS 열교환기를 포함하여 수소 손실이 발생하지 않는 고효율, 세계 최대 용량(4,732m³)의 LH2 저장탱크 완공 임박(‘22.5)

* 액화수소의 장기간 저장시 탱크에 온도구배가 생기면 펌프 캐비테이션 발생 가능

* NASA는 단열시스템 문제로 탱크의 성능이 크게 저하되는 현상 관찰: 펄라이트 공극 형성→진공 누출에 의한 공기 응고 및 액화에 의해 진공 재킷 냉각→탱크 벽 온도를 연성 한계 아래로 낮추어 진공 재킷에 균열 발생

* 대표적인 단열 방법은 열전도 및 열대류를 차단하기 위한 진공단열, 열복사를 차단하기 위한 다층단열재(MLI) 및 증기 냉각 복사 쉴드의 3가지를 사용

ㅇ (액화수소 운반선 분야) 일본, 한국, 캐나다는 정부를 중심으로 컨소시엄을 형성하여 관련 기술개발 및 실증 단계로, 2030년 상용화를 목표로 개발 추진

- 일본의 가와사키중공업*는 액화수소 운반선 실증완료, 삼성중공업** 등 국내 조선사는 대형 액화수소 운반선 기술개발에 성공

* 가와사키중공업은 HySTAR 프로젝트의 일환으로 LNG 운반선박 기술을 응용한 1,250m³ 용량의 IMO C-Type 형태의 액화수소 운반선 실증 완료(‘22년 2월), ‘30년까지 16만m³급 상용화 계획

** 삼성중공업은 국내 최초로 영국 로이드 선급에서 멤브레인형 액화수소 저장탱크 및 16만m³급 액화수소운반선 개념설계'에 대한 기본인증(AIP) 획득(‘21년), 5,000m³~2만m³ 용량의 Type C 및 멤브레인형 액화수소 운반선 기술개발 착수

※ 캐나다는 수력발전을 통해 생산된 액화수소를 독일로 운송하기 위해 진행된 EURO Quebec Hydro Pilot 프로젝트를 통해 대형 액화수소운반선 개발 진행, C-Job Naval Architects는 141m의 액화수소탱크와 3*12,500m³의 저장 용량을 위한 초기 설계 개발(‘22년)

ㅇ 선내 증발가스(BOG) 재액화, 슬로싱 방지 기술*, 취성을 고려한 소재 및 안전성 확보, 최적 구조 개발 및 단열 기술이 핵심기술에 해당

- 슬로싱은 일반적으로 탱크의 강도를 높이거나, 공진 가능성을 없애는 회피 기술(탱크 적재 높이 제한, 칸막이벽 설치, 탱크 상부 구조 형상 변경 또는 구형 탱크 형상(Moss 타입 화물창) 적용)을 적용하여 방지 가능

* 슬로싱(Slosing)은 선박의 움직임에 따라 액화탱크 내의 액화가 움직이는 현상을 의미하며, 액화가 선박의 움직임에 따라 ‘공진’하는 경우 액화저장탱크에 연속적인 충격이 가해져 탱크 내벽과 열교환되면서 증발가스(BOG)의 양이 증가

* 액화저장탱크 내부에 부재가 없는 멤브레인 타입의 화물창의 경우 슬로싱 문제가 발생하며(LNG 화물창), 액화저장탱크 상부 및 액화가 액화저장탱크에 꽉 차 있지 않은 경우 슬로싱에 취약하며, LH2 증발량이 LNG 보다10배 이상 높음

- 액화수소 해상 운송을 위한 LH2 저장탱크 스케일 업 필요(>16만m³)

* LNG 터미널에 설치되는 단일탱크 용량은 약 30만㎥ 수준임

ㅇ 수소의 취성에 의한 누출 및 과압시 폭발에 의한 치명적 피해를 발생시킬 수 있어, 안전기술 개발*을 통한 안전성 확보가 중요

* 해상 액화수소운송은 대량 액화가스를 운송하는 선박의 건설 및 장비에 관한 국제코드(IGC 코드) 적용

* 선박의 안전기술 개발은 1)수소연료의 벙커링 및 수소화물의 선적하역 관련 안전기술 2)선박용 수소 저장용기 및 연료공급시스템 관련 안전기술 3) 수소선박의 통합 제어시스템에 관련 안전기술, 4) 수소선박 누출에 따른 예방 및 피해경감에 관련한 안전기술 개발 필요

그림29. 가와사키중공업의 LH2 운반선	그림30. NASA의 새로운 LH2 저장탱크 개념도

<그림31. 액화수소운반선의 개념>

출처: YouTube, 부산대학교 김병수 교수 ‘수소에너지와 조선해양산업의 미래’, ‘20.2.27

➡ 글로벌 선도기업은 대규모 액화수소플랜트 상용화를 위한 기술 개발중이며, 우리나라는 추격자 입장으로 핵심기술 국산화를 목표로 함

➡ LNG선 제조 기술력이 뛰어난 국내 조선업계는 국제 해상 수소운송 시장을 대비하여 액화수소운반선 기술개발 중으로, 특허 및 핵심 원천기술을 확보하여 세계시장 선점 필요

[표22. 참고] 우리나라의 액화수소관련 기술개발 동향

년도	우리나라의 액화수소관련 기술개발 동향
1989	￭ KIST는 초저온을 이용한 수소저장 기술개발사업 시작
1996 - 1998	￭ 액화수소 및 저장시스템 개발과제 수행 및 G-M 극저온 냉동기를 이용한 소형 액화수소 시스템(0.5 liter/hr) 개발, 5.5Liter급 액화수소 저장용기 및 액화이송장치 개발
2000	￭ ㈜대성산업가스는 극저온 공기분리장치(ASU) 개발을 통하여 국내 최초로 공기분리장치용 Cold box를 국산화
2001 - 2005	￭ 한국가스공사 주관 천연가스로부터 대량 수소제조 및 수소저장 기술개발 과제 수행(액화수소 기술은 실험실 규모의 소규모 연구 수행)
2003 - 2013	￭ 21C 프론티어 사업으로 고효율 수소에너지 제조·저장·이용 기술개발사업 추진(수소 제조기술 및 저장기술만 연구개발되었고, 액화수소기술 관련 기술개발은 수행되지 않음)
2009 - 2011	￭ 한국기계연구원은 헬륨냉각 사이클 기반 중·소형(300Nm3/hr)급 액화수소시스템 설계기술을 확보하고, 네온 냉각시스템을 이용한 액화수소 시스템(5liter/hr)을 구축 및 운영
2008 - 2016	￭ 한국기계연구원은 초전도 전력기기(초전도 케이블, 초전도 한류기) 냉각시스템 개발을 통하여 액화질소 냉각용 Cold box를 개발
2011 - 2016	￭ KIST 주관 자기냉각 액화물질 융합연구단은 수소투과 차단기술, 복합단열기술, 자기냉각 재액화 기술을 융합한 10liter 급 액화물질 저장용기 시제품을 개발
2019	￭ 국토교통부의 주관으로 액화수소플랜트용 고용적률 압력탱크(10기압, 35m3, 350m3) 제작 및 시험(수압, 저온, 극한하중 구조건전성)을 목표로 기술개발 예정
2019 - 2023	￭ 한국기계연구원은 상용급 액화수소 플랜트 핵심기술 개발 사업 추진중

출처: 상용급 액화수소플랜트 핵심기술 개발사업(국토교통부

[참고] 국내 상용급 액화수소플랜트 핵심기술 개발 계획(‘19~23년)

<표23. 상용급 액화수소플랜트 핵심기술 개발 로드맵>
▸세부 과제(1~5): 고효율 액화수소 공정기술 개발(한국기계연구원), 액화수소 핵심설비 개발(대주기계, 동화엔텍, 한구기계연구원, S&S밸브), 액화수소 저장탱크 개발(한국과학기술원) * 참여기관: 중앙대, KIST, 고등기술연구원, 대우조선해양, 가스안전공사 등 산학연 총 18개 기관
<그림32. 파일럿 규모 액화수소플랜트 공정기술>	<그림33. 상용급 고효율 액화수소 공정기술>
· 명칭 : LN₂ precooled He Brayton Cycle · 용량 : 0.5 톤/일(소형) · 효율 : 14.3 kWh/kgH₂ · 기술: 수증기메탄 개질반응(SMR)으로 공급되는 LNG 기화열을 이용하여 액화수소플랜트에 공급되는 수소기체를 사전 냉각하여 액화공정에 공급, 수소기체를 액화질소로 예냉 후 헬륨브레이튼 사이클로 과냉하여 액화수소기체 제조	· 명칭 : LN₂/LNG-precooled Claude Cycle · 용량 : 5 톤/일(중형) · 효율 : 11.4 kWh/kgH₂ · 기술: 수증기메탄 개질반응(SMR)으로 공급되는 LNG 기화열/또는 액화질소로 수소기체 예냉 후 플래시수소가스로 과냉시켜 액화수소기체 제조 *국책과제로 ’24년~‘29년에 개발 및 실증 예정
출처: 상용급 액화수소 플랜트핵심기술 개발 사업 재가공

[표24. 참고] 조선업계의 친환경 선박 기술개발 동향

구분	기업명		분야	기술내용
한국	래티스테크놀로지		수소	·영국 로이드선급에서 1만 2,500m³ LH2 화물탱크 개념설계 기본인증(AIP)(‘21년), 단열자켓 기술 및 LPV를 적용한 LH2 화물탱크 기술개발
	삼성중공업		수소	·국내 최초로 영국 로이드 선급에서 독자적으로 멤브레인형 액화수소 저장탱크 및 16만m³급 액화수소운반선 개념설계'에 대한 기본인증(AIP)(‘21년) ·액화수소 운반선(화물창)(5,000~2만㎥) 연구개발
			암모니아	·영국 로이드 선급에서 ‘암모니아 추진 A-Max 탱커’에 대한 기본인증(AIP)(‘20년) ·노르웨이 DNV선급에서 ‘암모니아 레디 초대형원유운반선(VLCC) 기본설계에 대한 기본인증(AIP)(’21년) ·미국 ABS에서 네오-파나막스급 암모니아 연료 추진 컨테이너 설계에 대한 기본인증(AIP)(‘22년) ·싱가포르 해양항만청(MPA)과 노르웨이 화학회사 야라 인터내셔널(Yara International)과 함께 암모니아 추진선 개발 프로젝트 추진(‘21년) ’24년까지 상용화 계획 ·캐나다 선사 시스팬(Seaspan)으로부터 수주한 10척의 LNG추진 컨테이너선 중 5척을 화물창을 교체해 암모니아 추진선으로 전환
	대우조선해양		수소	·미국 ABS에서 ‘SOFC 연료전지시스템 VLCC 적용에 대한 기본인증(AIP)(’21년) ·액화수소 운반선(화물창)(5,000~2만㎥) 연구 ·‘27년까지 액화수소 추진선 상용화 추진
			암모니아	·영국 로이드 선급에서 2만3천TEU급 암모니아 추진 컨테이너선에 대한 기본승인(AIP)(‘20년), ’25년까지 상용화 계획(’~25년)
	현대 중공업	한국조선해양	수소	·'수소 드림(Dream) 2030 로드맵' 발표(‘21년) ·독일에 ’유럽 R&D 센터‘ 설립, 수소, 연료전지, 암모니아, 전기추진 등 차세대 선박 기술개발 ·SOFC 연료전지 선박 적용 실증센터 구축 및 스마트 전기추진선 건조 ·한국선급(KR)에서 액화수소 운반선에 대한 기본인증(AIP)(‘21년) ·‘23년까지 액화수소 화물창 기술개발, ’27년까지 실증 완료 계획
			암모니아	·한국선급(KR)에서 암모니아 연료공급시스템에 대한 개념 설계 기본인증(AIP)(‘21년) ·암모니아/이산화탄소 운반선 개발 완료
		현대미포조선	암모니아	·국내 최초 암모니아 추진선 50K 탱커 선박에 대한 기본인증(AIP)(‘20년) ·엔진·연료공급시스템 등 주요 기자재의 독자 개발 추진, ‘23년 하반기 목표로 암모니아 힘센 DF엔진 개발 중
일본	가와사키 중공업		수소	·일본해사협회에서 4만㎥급의 화물창 설계에 대한 기본인증(’21년) ·IMO C-Type 액화수소운반선(1,250㎥) 실증완료(‘22년) ·일본해사협회에서 세계 최초로 선박용 수소보일러를 탑재한 액화수소 운반선에 대한 기본인증(AIP)(’22년) ·‘30년까지 16만㎥급 액화수소운반선 상용화 계획
	재팬마린유나이티드		암모니아	·‘액화 암모니아가스 운반 전용선 개발 중
	니혼십야드(NSY)		암모니아	·‘24년까지 내항선,’26년까지 대형수송선 등 암모니아추진선 개발 계획
	장난조선		암모니아	·LNG-암모니아 이중연료 추진선 4척 수주(‘22년)
중국
	양쯔장조선		암모니아	·8,000TEU급 암모니아 추진선 4척 수주(‘22년)
유럽	플래그십프로젝트		수소	·세계 최초의 액화수소 추진 페리 ‘Hydra’호를 노르웨이, Norled에 인도(‘21년)

언론소스 가공

➋ 기술개발 주요 이슈

ㅇ<표25> (액화수소 핵심기자재 분야)

출처: 상용급 액화수소플랜트 핵심기술 개발사업(국토교통부) 재가공

ㅇ (액화수소 선박 운송 분야)

<액화수소 화물창 이슈>

ㅇ 액화수소 화물창은 기술난이도가 높으나 LNG 화물창을 개량하여 액화수소에 적용 가능

- 수소의 액화 온도* 및  *취성*을 고려하여 안정성 확보

* 수소 액화 온도: -253℃, LNG 액화 온도: -162℃

** 금속의 취화 현상을 방지하기 위하여 접촉 표면에 특수 코팅(단열)이 필요

ㅇ LNG 화물창의 주도기술이 독립형에서 멤브레인형*으로 변화되었고,

* 화물창이 선체와 분리되어 있는지 여부에 따라 독립형과 멤브레인 형으로 구분되며, 화물창이 선체와 분리되어 있는지 여부에 따라 독립형과 멤브레인 형으로 구분

- 온도 변화에 따른 화물창의 수축·팽창 시 화물창이 파손되거나 크랙이 가지 않게 하는 기술(단열 기술)이 핵심

<그림34. LNG 화물창 독립형>	<그림34. LNG 화물창 멤브레인형>

ㅇ GTT 社(프)가 멤브레인 핵심 원천기술을 하여 높은 시장 점유율* 및 기술 이용료** 수익을 창출하고 있으며,

* 18년말 매출액 기준 GTT社의 시장점유율은 95%에 달하며, 최근 건조 중인 LNG 선박은 모두 GTT社의 기술이 적용

** 선가의 5%(약 110억원, 누적 약 3조원) 지불

- 멤브레인형 화물창 기술을 독점한 GTT社(프)가 수소 운송 분야로 업무영역을 확장할 것을 예상하여 이에 대비가 필요

* GTT社는 최근 전해조 제조사인 AREVA H₂GEN 社(프)를 인수(`20.10)

ㅇ 우리나라도 멤브레인형 화물창 국산화 개발(KC-2)에 노력 중

* KLT가 주관기관을 맡고, 한국가스공사, 삼성중공업, 현대중공업, 대우조선해양이 참여

- LNG 선박 기술을 선도하는 국내 조선사들의 기술 진입장벽 형성 및 원천기술 확보에 용이할 것

2-4. 관련 및 지원산업의 존재 (보완 관계)

□ 관련·지원산업에 의한 수요자-공급자, 공급자-공급자간 시너지 발생여부

* 동일 국가 또는 지역내 상·하류 스트림 공급·수요자의 존재는 해당 산업발전에 긍정적

❶ 관련산업의 유무

<그림35. 액화수소기반 인프라 기술 범위>

ㅇ 액화수소산업은, ‘수소생산-수소활용’ 등 수소를 생산하고, 생산된 수소를 저장하여 활용처로 운송하는 전·후방 산업으로 정의될 수 있음

- 전·후방 연관 산업의 동반 성장을 통하여 안정적인 산업생태계 구축 및 수소경제의 활성화가 필요

(1) 수소 생산

- 수전해(water electrolysis) : 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 방식, 전기분해에 사용되는 전력원(원자력·화력발전, 재생에너지 등)에 따라 에너지효율, 친환경성의 차이가 있음

- 화석연료 개질(reforming) : 석탄, 천연가스 등 화석연료를 개질하여 수소를 생산하는 방식

- 부생수소(by-product hydrogen) : 석유화학공업의 부산물로 발생하는 수소가스를 활용하는 방식

(2) 수소 공급(수소 인프라의 일부로 대량 수소 저장·운송 분야와 일부 영역은 중첩)

- 수소공급방식에 따라 Off-site(중앙공급방식)와 On-site(현지공급방식)로 구분

- Off-site : 일정지역에서 수소를 대량생산하여 수소충전소까지 파이프라인, 튜브트레일러로 이송

- On-site : 수소충전소에서 CNG, LPG 등을 개질하거나 또는 수전해하여 수소를 생산하는 방식

(3) 수소 활용

- 수소차 : 연료전지를 이용한 수송부분으로 단거리 소형 승용, 장거리 대형 화물로 나눌수 있음

- 수소발전 : 연료전지를 이용한 중앙집중식 대규모 발전소 방식, 소형 분산형 발전으로 구분

➡ 전·후방산업의 동반 성장을 통해 산업상태계 구축 및 저변을 확대하고, 이를 통해 규모의 경제 실현 및 수소 경제의 활성화 필요

➋ 시너지효과 발행 가능성

◈ 액화수소 저장·운송 기술 분야와 시너지 발생 가능한 산업 검토

[액화수소플랜트] EPC 계약 → 가장 시너지 효과가 큼

[수소 생산] 부생수소 생산(단기), 블루수소(중기), 그린수소 생산(중장기)

[수소 활용] 수소 연료전지, 수소차, 수소열차, 도심항공 모빌리티 등

① [액화수소플랜트] EPC(Engineering, Procurement, Construction)

ㅇ 액화 공정 기술 라이센스 획득 및 핵심기자재 국산화를 통한 국내 EPC 기업의 국내외 액화수소플랜트 건설프로젝트 진출 가능

- 2050년 해외로부터 도입 예정인 수소 수입량을 액화수소로 수입하는 경우 46,000 톤/일 용량의 액화수소플랜트 건설 필요

→ 액화수소플랜트 건설 시장은 약 460조 원(30 톤/일, 3,00억 원 가정)

* 전 세계 액화수소 생산량은 ‘19년 기준 370 톤/일로, 2050년 기준 전 세계 액화플랜트 건설시장 17,000조 규모(30톤/일에 3,000억 원 가정)

- 글로벌 수소 공급망 구축시 선도기업에 비해 경쟁력이 낮은 국내 EPC 기업을 참여시켜 Track Record 축적, 이를 바탕으로 국내 EPC 기업의 시장 경쟁력 향상 및 고수익 창출 가능

* 국내 기업의 LNG 액화플랜트 EPC 시장 진출 경험 전무

* 액화수소 공정 기술 및 핵심기자재는 소수기업에 의해 독점되어 카르텔이 형성되어 있어, 기술력이 없는 국내 기업의 해외 EPC 진출은 사실상 불가능에 가까움

② [수소 생산] 석유화학 수소 생산(gray, 단기)

ㅇ 석유화학 공정에서 부가적으로 생성되는 부생수소는 수소경제 이행 초기*의 중요한 수소 공급원으로 활용 가능

* 수소경제 활성화를 통해 향후 그린수소로 나아가야 하나, 단기적으로는 Gray수소도 중요한 역할

- 석유화학업계가 국내 생산수소의 90%를 책임지고 있어*, 수소가 해당 업계의 미래 먹거리가 될 수 있다는 전망

* 우리나라의 대단위 석유화학단지에서 연간 190만톤 이상의 부생수소가 생산되고 있고(美·日보다도 많은 양), 효성 및 sk가스는 부생수소를 사용하여 액화수소생산 예정

③ [수소 생산] 그린수소 생산(green, 장기)

ㅇ 진정한 수소사회가 도래하기 위해서는, 신재생에너지(풍력, 태양광 등)를 활용한 그린수소 생산이 이루어져야 선순환 발전 가능

- 태양광·풍력 등 신재생에너지의 큰 약점은 ‘비지속성’과 ‘불균형’이나, 수소는 오랜기간 저장할 수 있고 장거리 이동시 에너지 손실이 적음

* 태양광은 밤에 발전이 불가능하고, 풍력도 24시간 바람이 부는 곳은 드물어 생산량 조절이 거의 불가능하나, 수소는 비축이 쉽고 생산량이 많은 나라에서 석유처럼 수입해 전기로 바꿔 사용 가능

ㅇ 전 세계에서 사용 중인 수소 중 그린수소는 5%가 채 안되며, 아직 95%는 그레이 수소인데 그 이유는 경제성* 때문임

* 수소생산단가(kg당 비용) : 부생수소 3천원, 개질수소 8천원, 그린수소 1만2천원

- 따라서 태양광이나 풍력을 활용한 경제성 높은 수전해 수소생산이 필수적이며, 수소경제 발전의 핵심기술로 주목받음

* 전 세계 수전해 시장 규모는 ’20년 1억8530만 달러에서 ’26년까지 3억9,900만 달러까지 성장할 것으로 예상(연평균 9% 성장) (’20.12. 22, prnewswire)

ㅇ 최근 화석연료인 석유를 주요 먹거리로 삼는 아람코, 쉘, BP와 같은 글로벌 정유업체들이 그린수소 사업에도 관심*

* BP는 세계 최대 풍력발전업체인 덴마크 외르스테드와 대규모 수소 프로젝트 추진을 발표했으며, BP 설비에서 연간 9000t의 수소를 생산하기 위한 전기분해설비 설치 협력('21. 1. 27, 이데일리)

④ [수소 활용] 수소 연료전지

ㅇ 전 세계 연료전지 시장은 한국과 일본을 중심으로 확장되고 있으며, 주로 수송용 연료전지를 중심으로 성장할 것으로 전망

* 2018년부터 2023년까지 연평균 25%이상 성장 전망

- 우리나라는 발전용 수소 연료전지의 글로벌 보급량의 40%를 점유해 세계 최대의 수소 연료전지 발전시장*으로 올라섬

* 수소 연료전지 발전량(`19, 산업부) : 한국 408, 미국 382, 일본 245

ㅇ (발전용 연료전지) 우리나라는 2022년 도입 예정인 수소발전 의무화 제도(HPS)*에 따라 발전용 연료전지 발주가 단기간 내 급증할 것으로 예상

* HPS 비율이 1%만 되어도 필요 연료전지 설치량 355MW 필요하며, 향후 20년간 연료전지 발전 분야에서 25조원 이상의 신규 투자 창출 기대(출처:산업통상자원부)

ㅇ (가정·건물용 연료전지) 우리나라는 2022년까지 국내 누적 50MW 보급, 2040년 2.1GW를 보급 계획 중이고(`19, 삼정KPMG), 일본은 2030년까지 가정용 연료전지 530만대 보급을 목표로 하고 있음

⑤ [수소 활용] 수소차

ㅇ 많은 완성차업체가 수소차 상용화를 달성하여, 수소차가 점차 시장을 확대*할 것으로 전망

* `25년에 18.2만대, `30년에 105만대 수준의 시장점유가 예측(H₂ 리서치)

** 수소차 완성차업체 중 현대, 도요타, 혼다가 기술을 선도(KISTEP, `18년)

ㅇ 우리나라는 수소차 분야에서 세계적 수준의 기술력 을 확보

* `13년 세계 최초 수소차 양산에 성공하여 세계 최장 주행거리, 핵심 부품 99%(부품수 기준) 국산화 등 글로벌 경쟁력 확보

- 규모의 경제를 통해 수소차 가격 하락이 기대*되며, 친환경차로서 수소차는 전기차와 시장 및 기술 경쟁이 지속될 것으로 예측

* 맥킨지 연구(`20)에 따르면 수소차는 규모의 경제에 따른 Cost down 효과가 27.7%로 예측되며, 추가적으로 수소 생산·운송·분배 기술개량을 통해 16.3%의 비용감소가 가능

- 수소트럭은 상용으로 적합*해 수소차 시장 확대의 모멘텀이 될 전망

* 트럭이나 버스는 화물 상하차 지역이나 차고지에만 충전소를 마련해 놓으면 되어 약 30억에 달하는 충전소 구축이 훨씬 용이(출처: 맥킨지, `18. 9)

⑥ [수소 활용] 수소열차

ㅇ 우리나라는 1.2MW급 수소열차 제작(~’22)‧상용화(’23~)를 추진하여, 비전철구간 내 일부 디젤열차를 대체할 계획

- ’22~’24년에 도심 수소트램(300kW급) 개발하여, ’24년부터 실증 추진

* 현대로템은 현대차의 수소연료전지 시스템을 기반으로 수소트램을 개발 중임

ㅇ (프랑스) 佛알스톰은 독일 내 수소열차를 시험운행 중(’18년~)이며, ’30년까지 120대의 수소열차 보급을 계획 중임

ㅇ (독일) 독일의 수소열차는 기존의 디젤열차와 전기열차와 비교하여도 총소유비용에서 경쟁력이 매우 높은 것으로 나타남

ㅇ (일본) 日철도회사 JR히가시니혼과 토요타 자동차 등이 ’22년 실증실험을 목표로 수소열차 차량 개발*에 속도를 내고 있음

* 일본의 수소열차 개발(’20. 10, 월간수소경제): 토요타의 수소연료전지를 사용한 수소열차(‘Hybari’로 명명)가 개발 중이며, ’22년 실증테스트를 거쳐, ’24년에 실제 노선에 투입 예정

⑦ [수소 활용] 도심 항공 모빌리티(UAM: urban air mobility)

ㅇ UAM(urban air mobility)은 도심에서의 이동효율성을 극대화한 차세대 모빌리티로, 수직이착륙이 가능하며, 향후 시장 확대가 전망됨*

* (포르쉐 컨설팅) 2035년 시장 수요가 전 세계적으로 약 1만 6천대 예상

** (모건스탠리) 2040년까지 자율비행 모빌리티 시장이 한화 1조 750억 원 규모로 확대될 것으로 전망

- 연료전지는 배터리 대비 장시간 비행 가능하며, 고밀도‧경량화 연료전지 시스템을 별도 개발하여, 고부가 가치 사업화가 가능할 것으로 전망

ㅇ ’19년 발표된 수소경제 활성화 로드맵에서는 도심항공 운송수단으로서 수소드론에 대해 ’30년 이전 상용화 및 수출프로젝트 추진 계획

➡ 대량 액화 수소 저장 및 운송은 수소의 생산과 소비를 연결하는 수소경제의 주요 인프라로, 특히 그린수소 생산, 연료전지의 활용분야 확대는 우리나라에게 새로운  기회가 될 것임

2-5. 산업을 뒷받침하는 국가경쟁력 요소 (시스템, 인프라, 역량 등)

□ 해당 산업의 성장을 지속적으로 뒷받침할 수 있는 국가 차원의 기본 역량

* 생산성을 높이는 제도, 정책, 요인 등 국가의 능력

❶ 수소 저장·운송 분야와 연계된 기술수준 경쟁력

<표26. 주요 국가 수소 저장·운송 기술 경쟁력>

(출처: 산업연구원, `19)

ㅇ 주요 국가별 수소 저장·운송 분야의 경쟁력을 비교해보면 우리나라가 주요국 중에서 4위로 평가*되며,

* 국가별 순위로는 미국>일본>독일>한국>중국 순이며, 최고기술 보유국을 100으로 판단하였을 때, 한국은 약 81.2 점 수준에 그침

- 수소 저장·운송 분야에서는 미국을 비롯한 독일과 일본이 상위의 경쟁력을 확보한 것으로 평가되며, 우리나라는 선도국과 일정 수준의 격차를 보임

* 우리나라는 고압기체저장 및 탱크로리 분야는 상용화 기술을 확보하고 있으나, 대용량 운송에 요구되는 액화수소플랜트 및 선박운송 기술은 연구개발 단계 수준(출처: 한국 수소산업 생태계 분석과 발전과제, 산업연구원)

ㅇ 수소 운반선은 한국과 일본이 LNG 운송선의 기술을 활용한 수소 운반선의 선도기술*을 보유하고 있고,

* 현대중공업 그룹은 `21년 한국선급(KR) 등으로부터 기본인증서(AIP) 획득, 가와사키중공업(일)은 `20년 액화수소 운반선 실증

- 일본은 차세대 선박 시장을 선점하기 위하여 세계 최초 액화 암모니아가스 운반 전용선도 개발 중(재팬마린유나이티드)

* 세계 조선 시장 점유율(%): 한국 41, 중국 34, 일본 16, 기타 9

➡ 액화수소 산업분야의 국가 기술경쟁력을 살펴보면, 주요국 대비 우리의 전체적인 기술역량은 낮은 편이나, 액화수소 운반선 분야는 LNG 관련 기술이 축적되어 경쟁력이 높은 것으로 파악

❷ 지리적 요소를 고려한 국가경쟁력

□ 수소경제의 의미 ⇒ 신재생에너지(수소)’의 국제적 이동

ㅇ 고위도 지역의 풍력에너지, 저위도 사막지역의 태양광에너지의 활용을 위한 저장·운송이 곤란했으나,

ㅇ잉여 에너지를 수소로 변환·저장하여 국제적 유통 가능

⇒ 에너지의 지리적 편중을 수소 생산·저장·운송 기술을 통해 극복하고 국제적인 수소공급망의 구축이 필요

ㅇ 그린수소 개발은 지리적 환경 및 수소 기술력과 밀접하게 연관

◈ 그린수소 생산에 유리한 국가, 수소공급 관련 기술을 보유한 국가들은 ‘새로운 기회’를 맞이할 것 → ‘신재생에너지(수소)’의 저장·운송이 가능

(수소 생산기지) 저위도, 사막지역 등은 재생에너지를 활용하여 그린수소를 생산하기 위한 최적의 지리적 요건을 가지고 있으나,

(기술협력 필요) 수소 생산·저장·운반 기술력은 수준은 매우 낮아, 자국의 신재생에너지의 활용을 위해서는 국제적 협력이 불가피

⇒ 자연자원·천연자원 보유국가와 핵심기술 보유국가 모두에게 새로운 기회, 특히, 기술력이 수소공급의 생산성을 좌우하므로, 관련 기술의 선제적 확보 및 고도화가 국제협력에서 우위를 점할 수 있는 핵심 요소

ㅇ 지리적, 환경적 조건에 따라 수소생산 유형*이 다변화되고 수소 소비가 확대될수록 수급의 불일치를 극복하기 위하여 대용량 저장·운송기술 개발이 더욱 중요

* “Path to hydrogen competitiveness” (`20년 1월, 수소위원회/맥킨지 발간)

-  (유형1) 재생에너지(태양광·풍력) & 천연가스(개질수소) 모두 보유: 미국, 중동

-  (유형2) 천연가스(개질수소) 보유: 캐나다, 러시아

- (유형3) 재생에너지(태양광·풍력)에 강점: 호주, 북아프리카, 중국(고비사막), 인도

⇒ 수소 수요는 많으나 생산에 한계가 큰 지역(한국, 일본, 유럽)과, 잉여 수소 생산이 예상되는 지역(호주, 북아프리카, 중동, 러시아)이 불일치

* 국제적 수소유통망이 새로운 chokepoint로 부상: (과거)Oil trade route → (미래)Hydrogen trade route

◈ ‘신재생에너지(수소)’의 국제적 이동은 ‘대량 액화수소산업’의 성장을 견인할 것으로 기대 → 에너지 운송기술(조선 등)보유국에 ‘새로운 기회’

액화수소는 대용량 이송에 가장 적합하므로, 액화수소플랜트 건설시장이 크게 성장할 것으로 전망

수소의 국제이동에 선박이 주요한 운송수단으로 이용될 것으로 전망

관련 기술(LNG, 암모니아 운송)을 보유한 국가들에게 수소운송산업으로 진출은 수소기술의 신속한 개발·확보에 따라 새로운 기회이자 위협

ㅇ 국제 수소 공급망 구축이 활발해지고 있는 상황에서, 액화수소플랜트 건설 시장이 크게 확대되고, 수소 해상 이송에 액화수소운반선은 핵심적 역할을 할 것으로 기대되므로, 우리나라의 미래 먹거리*로 전략적 육성이 필요

* 액화수소플랜트 설계 및 설비에 대한 자체 기술력을 확보하여 우리기업의 EPC 시장 지출, LNG 운반선, 암모니아 운반선 등 인접분야에서 앞선 우리나라의 선박제조 역량을 활용하여, 국제수소공급망 구축에 필수적인 수소운반선 시장 선점

➡ 지리적·환경적 조건상 신재생에너지(수소)의 국제적 이동은 불가피하며, 그린수소 생산국가뿐 아니라 수소의 생산·저장·운송 기술 확보 국가에게 새로운 기회가 될 것임

지난 2016년 1월 다보스포럼 이후 등장한 4차 산업혁명은 이제 피할 수 없는 시대적 흐름이 되고 있다. 4차 산업혁명은 제조기술이 정보통신기술과 융합하여 새로운 제품과 서비스를 생산해 내면서 발생하는 총체적인 변화로서, 빅데이터(Big Data), 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing), 증강현실(AR: Augmented Reality), 가상 물리 시스템(Cyber physical system) 등과 어우러져 새로운 방식의 생산과 공급, 나아가 소비에 이르기까지 우리를 지금껏 경험해 보지 못한 새로운 세상으로 이끌 것으로 예상된다.

이러한 거대한 기술 변화의 흐름을 이끄는 여러 원동력 중에는 지적 활동의 결과물로서 경제적 가치를 창출하는 ‘지식재산’이 제일 중요하다고 할 수 있다. 지식재산은 무형의 것으로, 그 사용 형태나 방식, 범위 등이 무궁무진하기 때문이다. 이에 세계 주요 국가들은 지식재산(IP)을 자국의 국가경쟁력 및 경제성장을 위한 핵심요소로 보고, 특히 4차 산업혁명 핵심기술에 대한 지식재산을 확보하고 이에 대응한 보호체계를 구축하여 지식재산 전략을 통한 경쟁우위를 선점하기 위해 노력하고 있다.

우리나라는 2011년 7월에 시행된 지식재산기본법에 근거하여 대통령 소속으로 설치된 국가지식재산위원회를 중심으로 관련부처가 협력하여 지식재산기본계획을 근간으로 지식재산 정책이 추진되고 있다. 이에 따라 4차 산업혁명으로의 변화에 대비하여 범정부적으로 지식재산관련 정책을 전략적으로 수립·추진하고 있다. 그러나 이러한 범정부적인 노력에도 불구하고 우리나라의 지식재산권 보호 수준은 지식재산 분야의 양적인 성장에 비해 낮은 수준에 머물러 있다.

스위스 국제경영개발원(IMD)의 국가경쟁력평가에서 우리나라의 지식재산권 보호 순위를 살펴보면, 특허출원건수, 특허등록건수, 권리유효 특허건수 등 양적인 지표에서는 세계 3~4위의 높은 수준을 유지하고 있으나, 지식재산권 보호정도에서는 ‘16년 38위, ‘17년 44위, ‘18년 39위로 상대적으로 낮은 수준에 있음을 알 수 있다.

<스위스 경영 개발원 (IMD) : 우리나라 지식재산권 보호 순위>

국가지식재산위원회, 2018 국가지식재산위원회 연차보고서, 2019.3

지식재산에 대한 보호 시스템이 사회의 변화에 발맞추지 못하면 지식재산을 통해 얻을 수 있는 새로운 부가가치를 향유하기 어렵게 되거나 그 보호에 소홀해져 .....에서 뒤쳐질 수 있다는 점을 간과하여서는 안 될 것이다.

류홍열, 4차 산업혁명 시대에 걸맞는 지식재산 보호 시스템 필요, 아시아경제, 2020.2

모든 것이 상호 연결되고 더욱 지능화 되는 사회로 변화하는 4차 산업혁명에서는 신흥 기업들이 새롭게 창출되는 시장에 참여할 수 있는 기술개발의 유인과 함께 유연한 지식재산보호 체계 마련으로 시장진입이 가능하도록 하기 위한 전략적인 접근이 필요하다. 그러므로 융합 신기술에 대한 지식재산의 전략적 관리가 기술개발 못지않게 중요하며 이에 더해 지식재산보호 정책은 더욱 중요하게 부각될 것이다.

이에 본 보고서에서는 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 4차 산업혁명의 의미와 이러한 변화의 시기에 지식재산권의 중요성에 대해 검토하고, 4차 산업혁명 주요 기술의 시장 현황 및 IP 보호 쟁점, 주요 국가들의 지식재산권 보호 전략을 분석한 후, 이를 토대로 신기술·신산업의 등장에 따른 지식재산 보호제도, 권리침해 문제, 특허 분쟁제도 등 지식재산 보호체계 개선방안을 모색하고자 한다.

2. 탄소중립 정책 이행에 있어서 지식재산의 중요성

기후변화에 대한 우려, 화석연료의 고갈 등의 문제로 에너지 생산과 소비 패러다임이 전환되고 있다. 그간 손쉽게 사용할 수 있었던 화석연료에 대한 의존을 줄이는 대신 비용이나 효율성 측면에서 유리하다고 볼 수 없는 태양광이나 풍력 발전과 같은 신재생에너지로와 전환을 가져오고 있다. 이와 같은 신재생에너지는 고도의 기술력을 필요로 하므로 지식재산의 중요성이 더욱 증가하게 되었다.

기업뿐만 아니라 국가 차원에서도 지식재산 경쟁이 심화되고 있다. 지식재산이 경제 성장에서 차지하는 비중이 커지면서 주요국도 연구개발에 대한 투자를 강화하고 지식재산 관련 제도 정비 및 우수 인재 영입을 위해 노력 중에 있다. 국가별로 자국 이익을 극대화하려 노력하면서 글로벌 지식재산 시스템이 복잡해지는 등 지식재산 관련 여러 노력이 확대되고 ‘속도’라는 변수까지 더 해져 시장 환경이 한층 복잡해지고 있는 추세이다.

이에 따라 혁신적 아이디어 보호를 위한 지식재산의 중요성이 증대된다. 혁신적 아이디어가 구현되어 산업적으로 활용되고, 지식재산으로서 제대로 보상을 받으며, 새로운 기술혁신으로 이어지도록, ① 융·복합 제품·서비스를 특허, 저작권, 상표 등으로 빈틈없이 보호하고, ② 빠른 기술변화, 쉬운 도용에 대한 신속하고 강한 보호체계를 마련하며, ③ 유연한 지식재산 제도로 미래 신기술을 선제적으로 보호하는 것이 중요하다고 할 것이다.

특허청, 4차 산업혁명 시대의 지식재산 정책 방향, 2017.11

이러한 변화에 대응하기 위한 법률시스템 측면에서 강하고 유연한 지식재산 제도의 필요성이 증대되고 있다. 아이디어의 구현화, 기술/제품화, 콘텐츠 창작 등을 유인할 수 있는 강력한 보호제도가 필요하며, 실현된 아이디어의 권리보호가 보장될 때 발명가들의 발명 및 혁신의지가 강해진다고 할 것이다.

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지식재산 집행조정관실 홈페이지,

https://www.whitehouse.gov/omb/office-u-s-intellectual-property-enforcement-coordinator-ipec/