118 산업이슈

연료 지산업의 용도별 개발 황 향후 망

목 차

Ⅰ. 수소경제시 의 도래

Ⅱ. 연료 지산업의 개요

Ⅲ. 연료 지의 용도별 개발 황

Ⅳ. 향후 망 시사

Ⅰ. 수소경제시 의 도래11)

○ 수소경제시 의 개념

- 수소경제란 탄소(C)를 심으로 구축되어 온 에 지기반이 수소(H) 심으로

환되는 미래의 경제사회를 의미

․ 의로는 석유, 천연가스, 원자력, 신재생에 지 등을 이용하여 수소를 생산,

연료 지 등에 활용하는 탄소 경제를 지칭

․펜실베이니아 학교 워튼스쿨 교수인 리 킨(Jeremy Rifkin)의 서 《수소경

제 The Hydrogen Economy》(2002)를 통해 알려짐

․리 킨에 따르면 2020년경 석유 공 체계 불안정으로 분쟁이 상되며 이에

비해 지구상에서 가장 구하기 쉬우며, 고갈되지 않고 공해도 없는 수소의

요성 증가 망

세계 에 지 가채매장량 가채년수

구 분 석 유 석 탄 천연 가스

가채매장확인량 12,379억 bbl 8,475억톤 177조㎥

연간생산량 298억 bbl 64억톤 3조㎥

가채년수 42년 133년 60년

자료: BP Statistical Review of World Energy, 2008.6

- ’08년 유가가 150달러 수 에 이르며 향후 천연자원의 고갈에 한 우려와 이산

화탄소 배출에 따른 환경오염 등의 이슈로 각국의 지속가능한(sustainable) 에

* 본고는 산은경제연구소 조경진 선임연구원이 집필하 으며, 본고의 내용은 집필자의 견해로 당행의 공식

입장이 아님

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 119

지원에 한 심이 증가

․교토의정서에 의해 선진국은 ’08년부터 ’12년까지 온실가스 배출량을 1990년

비 5.2% 이하로 감축하도록 결정됨

․각국 정부는 기존 천연자원 부족에 한 책으로 태양열, 풍력 등 체에 지

에 한 투자와 기술개발에 정책 지원을 확

․이와 같은 다양한 문제의 해결을 한 체에 지 가장 이상 인 수소에

지에 한 심이 증가하고 있는 추세

○ 수소에 지의 장

- 수소에 지는 태양 , 태양열, 석탄, 석유와 같은 1차 에 지를 변환시켜 얻을

수 있는 2차 에 지

․기존 화석연료 비 연소시 극소량의 질소산화물(NOx)를 제외하고는 공해물

질이 생성되지 않음

․고압가스, 액체수소 등 장이 가능하여 필요시 언제든 사용이 가능하다는 장

이 있음

․무한정한 자원인 물을 원료로 제조가 가능하여 고갈에 한 험이 없음

․산업용의 기 소재로부터 수소자동차, 분산발 등 재의 에 지 시스템에서

모든 분야에 용이 가능

수소 에 지 시스템

수 소

고 압 가 스저 장

액 체 저 장

고 체 저 장

화 학 저 장

가 정 용

산 업 용

수 송 용

태 양 광지 열수 력

석 유천 연 가 스

제 조 /분 리 기 술 저 장 기 술 응 용 기 술

안 전 대 책 기 술

광 분 해

생 물 학 적 분 해열 화 학 분 해

전 기 분 해

부 생 가 스 분 리

수 증 기 개 질 반 응

자료 : 신재생에 지 백서(2008)

120 산업이슈

- 향후 수소의 제조 장, 수송 등 시스템을 구축해야 하고 가로 량 생산

할 수 있는 제조방법 등 기술 확보가 필수

․ 재까지 가장 표 인 수소에 지 이용방법은 연료 지로 발 용, 수송용,

가정용 휴 용 등 여러분야로 개발이 진행

Ⅱ. 연료 지 산업의 개요

○ 연료 지의 역사

- 1960년 우주선용 원장치에 용되면서 상용화가 시작됨

․연료 지는 1839년 국의 물리학자인 그라 (William Robert Grove)에 의하

여 개발되었으나 당시 상용화에 성공한 증기기 등에 가려 실용화 단계를

한 연구로 이어지지 못함

․1959년 란시스 베이컨(Francis Bacon) 박사가 알칼리 해질형 연료 지를

발명하 고 이후 1965년 미국 NASA의 유인 우주선 Gemini 5호에 연료 지가

탑재됨

․우주선용에 먼 용된 이유는 로켓의 연료가 수소와 산소이며 반응물인 물

은 승무원의 식수로 사용할 수 있고 장시간 고출력으로 사용이 가능하다는 장

등이 있기 때문

연료 지 발 단계

1800 1997

Davy 연료전지원리발견

Grove 수소와 산소로 전류생산

1839

Bacon알칼리형전지 개발

1959 1965

Gemini 5원료원으로적용

1968

아폴로호에적용

2002

자동차업체들연료전지 실용화선언

도시바 등휴대용 전지모델 공개

- 1990년 들어 교토의정서 발효 등의 향으로 고체고분자형 연료 기의 개발

등 비약 인 발 이 시작됨

․1990년 미국 다우 미칼에서 연료 지의 시 인 고체고분자형 연료 지

기술을 개발하며 연료 지 산업의 비약 인 발 을 발

․1997년 교토의정서 발효에 의하여 온실가스 감방안으로 연료 지와 같은 신

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 121

기술에 한 기술개발이 증가함

․2000년 들어 수송용, 휴 용, 가정용 등 다양한 분야에 응용하기 한 개발

이 가속화됨

○ 연료 지의 원리 특징

- 연료 지는 에 지를 장하는 기존 2차 지와 달리 수소와 산소의 화학반응을

통해 발생되는 에 지를 기로 변환시키는 에 지 변환장치임

․공 된 수소는 양극에서 수소이온과 자로 분리되며 수소이온은 음극으로 이

동 후 공기 등과 반응하여 물이 발생되고 분리된 자의 외부흐름이 류를

형성하여 기를 발생시킴

․ 체 시스템은 개질기1)/스텍2)/ 력변환기3)/보조기기 등으로 구성

연료 지 시스템 구성도

개질기(Reformer)

연료전지(Stack)

전력변환기(Inverter)

교류연료 H2

천연가스나프타메탄올

Air

Anode(양극)

Cathode(음극)

열

H2+1/2O2 → H2O

자료 : 신재생에 지 RD&D 략

- 연료 지는 기존 내연기 비 친환경, 소음, 고효율 등의 특징으로 인하여

휴 용, 수송용 등 다양한 분야에 용이 가능

․연료 지는 연소과정을 통한 발 이 아니므로 이산화탄소와 같은 공해물질이

생성되지 않는 친환경 에 지원

․내연기 과 같은 폭발 상이 없어 작동 소음이 없으며 Kg당 에 지 도

한 이차 지보다 높음

1) 고온에서 메탄올, 개솔린, LPG등의 탄화수소 연료를 매를 사용하여 분해, 수소를 얻는 장치

2) 단 지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아올린 본체

3) 연료 지에서 나오는 직류 기를 교류로 변환시키는 장치

122 산업이슈

․ 기와 물의 발 효율 30～40%에 온수로 회수되는 열효율 40%가 더해져 총

70～80%의 발 효율을 나타내 내연기 비 우수

○ 연료 지의 종류

- 연료 지는 해질4) 종류에 따라 6종류로 구분되며 종류에 따라 작동온도, 출

력규모 이용분야에 차이가 있음

․인산염(Phosphoric Acid) 연료 지는 타 연료 지 비 효율이며 고가인 백

매 사용 등으로 보 이 활발하지 못함

․용융탄산염(Molten Carbonate) 연료 지는 고온에서 작동하여 귀 속 극물

질을 사용하지 않고도 45% 이상 발 효율이 있고 양질의 폐열사용을 통한 열

병합이 용이하여 형 발 용에 합

․고체산화물(Solid Oxide) 연료 지는 세라믹을 해질로 사용하여 500～1000℃

의 고온에서 운 되어 효율이 높고 열병합 발 이 용이

․고분자 해질막(Proton-exchange membrane) 연료 지는 작동온도가 낮고 효

율이 높으나 낮은 온도에서 작동되어 폐열활용이 어렵고 고온에서 사용되는

개질기와 연계도 어려움

․직 메탄올(Direct Methanol) 연료 지는 연료로 수소 신 메탄올을 사용하며

연료공 체계가 단순하여 소형화가 가능하며 연료 보충이 용이하여 휴 용으

로 개발

․알칼리(Alkaline) 연료 지는 온에서 작동되면서 효율이 높아 우주선용으로

용되었으나 제조시 높은 가격으로 인하여 타용도로 확 되지 못함

연료 지의 종류

종류/특징 고온형 온형

구 분용융탄산염

(MCFC)

고체산화물

(SOFC)

인산염

(PAFC)

알칼리

(AFC)

고분자

해질막

(PEMFC)

직 메탄올

(DMFC)

해 질 탄산염 세라믹 인산염 알칼리 이온교환막 이온교환막

작동온도(℃) 550～700 600～1000 150～250 50～120 50～100 50～100

주 매 Perovskites 니 백 니 백 백

효 율 80 85 70 85 75 40

용 도 발 용 발 용 소건물특수용

(우주선)

수송용,

가정용휴 용

자료 : 신재생에 지의 이해

4) 극성용매에서 이온화되어 기를 도하는 물질로 양이온은 음극, 음이온은 양극으로 이동해 류가 흐름

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 123

Ⅲ. 연료 지의 용도별 개발 황

□ 수송용 연료 지

○ 개발 동기

- 환경오염, 높은 석유의존도 등의 향으로 수송용 연료 지에 한 각국의 심이

증가 추세

․EU는 1993년부터 질소산화물 등의 배출기 을 6단계로 강화하 으며 향후 규

격에 미달된 차량은 매를 불허할 방침

․미국의 캘리포니아는 ’05년부터 무공해차량(Zero Emission Vehicle, ZEV)을 일

정비율 매하도록 의무화

․미국과 같이 해외 석유의존도가 60.0%에 가까운 국가들은 에 지 독립을 해

체연료에 한 개발 필요성이 높아짐

․’16년까지 선박의 질소산화물 배출량을 80% 감축하도록 국제해양오염방지 약

이 발효될 정이어서 선박용 연료 지의 개발이 가속화될 망

캘리포니아의 연도별 ZEV 의무 매비율 규정

’05～’08 ’09～’11 ‘12～’14 ‘15～’17 ‘18

매비율(%) 10 11 12 14 16

자료 : 자동차부품연구원

- 연료 지차는 타 차량 비 효율이 높아 경제성에서도 유리함

․가솔린차의 효율이 16%, 하이 리드차는 26.0%인 반면 연료 지차는 36%로

타 차량 비 높은 효율성 보유

내연기 효율 비교(국내 SUV 차량 기 )

(단 : %)

연료생산효율 차량효율 합계

가 솔 린 차 88 18 16

디 젤 차 89 22 20

하 이 리 드 차 88 30 26

기 차 26 80 21

연 료 지 차 75 48 36

자료 : 자동차부품연구원

124 산업이슈

○ 국내외 기술개발 동향

- 미국, 일본, 독일 등 자동차 산업이 발달한 선진국을 심으로 략 2015～’20년

경 상용화를 목표로 개발이 진행

- 개발국가 일본의 진행상황이 가장 앞선 상황으로 HONDA, TOYOTA 등은

시범운행을 한 리스 매를 이미 시행

․일본정부는 ’05년 문 국립연구소 설립, 자동차 기업들과 함께 연계한 데모

로그램 등을 통해 체계 인 육성정책을 시행

․HONDA의 FCX Clarity는 가장 진보된 형태의 양산형 연료 지차로 평가되며

’08년 7월부터 미국 캘리포니아에서 리스 매

․TOYOTA는 ’02, ’05, ’08년 일본내 공공기 에 한정 인 리스 매를 진행 이며

부품가격 감 /장거리용 차량개발을 추진

일본 연료 지차 성능비교

HONDA TOYOTA

차 명 Clarity FCHV-adv

모 터 출 력 100kw 90kw

F C 출 력 100kw 90kw

최 고 속 력 160kph 155kph

주 행 거 리 430～570km 760～830km

량 1,635kg 1,880kg

수 소 장 3.92kg, 350bar 6.3kg, 700bar

자료 : 자동차부품연구원

- 미국은 융 기 이후 장기투자가 요구되는 연료 지차에 한 개발 비 을

여가고 있는 추세

․미국정부는 ’09년 산에서 연료 치차 연구지원비 1억불을 삭감하여 향후 정

책변화를 고

․세계에서 가장 먼 ‘퓨 하이드로젠 999’를 개발한 Ford도 ’09년 5월 향후 개

발의 무게 심을 연료 지차에서 하이 리드차와 기차로 이동할 것을 결정

․ 융 기 이후 자동차 업계의 자 난 심화와 장기투자에 따른 리스크 등이 주

요 원인으로 분석

- 유럽은 독일을 심으로 개발이 진행 이며 ’05년에 기술 랫폼 발표 후 여러

데모 로그램을 통해 상용화를 추진

․BMW는 1978년부터 연구에 착수하여 수소를 실린더내에서 직 폭발시키는

내연 엔진방식의 수소차를 개발하여 재 수소 140L 탑재시 가솔린 40L탑재시

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 125

와 동일한 400km 주행이 가능

․Volkswagen은 ’08년 Tiguan Hymotion을 출시하며 ’20년 양산에 비한 기본

모델로 책정

유럽 연료 지차 상용화 계획

2007

Light HouseProject

대형 Demo 런칭(~100대: 500만유로)

2010

Demo 확대(수백대)

2012 2015

상용화 준비(~200대)

2020

양산시장으로 점진적 확대

FCS: Euro 100/kw항속거리: 400kw내구수명: 5,000h(승용), 10,000(버스)

자료 : 자동차부품연구원

- 국내는 ․기아차에서 개발 이며 정부도 모니터링 사업 등을 통해 활성화에

노력

․ ․기아차는 ’00년에 연료 지차 1호(스포티지)를 개발하 으며 ’04～’09년

미 에 지성 시범운행에 「투싼」 등 모델로 참여한바 있으며 '10년 양산을

목표로 하고 있음

․정부는 ’06년 8월부터 ’09년 7월동안 453억원을 지원하여 수소연료 지차 34

를 통한 모니터링 사업을 실시

수소연료 지차 모니터링 사업

항 목 내 용

기 간 ’06년 8월～’09년 7월

비 용 906억원(정부지원 50%)

규 모 승용차 30 (투싼 18 , 스포티지 12 ), 버스 4

참 여 기 기아차, KIST, 울산 , 건국 , KATECH 등

자료 : 자동차부품연구원

○ 향후 과제

- 수소충 소 등 인 라 구축

․연료 지차 보 이 미미하여 충 소 사용빈도가 낮아 규모 투자가 어렵고

투자비도 충 소 1곳당 30억원으로 높은 수

․’08년 국내 주유소는 총 12,500개이나 수소충 소는 ’20년까지 500개 수 에 머물

망으로 상용화까지는 시간이 필요

126 산업이슈

국내 수소연료 지 자동차 모니터링 보 사업 계획

(단 : 억원)

단 계 기 간 승용차 수소충 소

수 가 격 수 가 격

모니터링 1단계 ’07～’09 30 5.4 9 30

모니터링 2단계 ‘10～’12 500 3 10 30

보 사업 1단계 ‘13～’15 3,000 1.2 20 30

보 사업 2단계 ‘16～’20 50,000 0.6 500 28

자료 : 신재생에 지 RD&D

- 하이 리드차 기차 비 차별성 부각

․하이 리드차와 기차도 CO2배출량 감소효과가 높고 인 라 투자비용은 상

으로 낮은 수

․정부도 ’09년 ' 기자동차 활성화방안'을 통해 련 부품 개발을 지원하고 인

라를 구축해 '11년까지 양산을 실 하고 '15년 세계 기차 시장의 10%를

유하겠다는 계획을 발표

미래 자동차 시장 망

자료 : Global Insight 2004

□ 휴 용 연료 지

○ 개발 동기

- 체에 지 차원보다는 노트북, MP3 등 휴 용 자기기의 활성화에 따른 사

용시간 연장 등이 주요 개발 동기

․장시간 원이 없는 장소에서 휴 기기를 사용하는 빈도가 증가하면서 사용시

간 연장에 한 소비자들의 욕구가 증가

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 127

․기존 2차 지 비 체 당, 량당 에 지 도가 5배정도 높아 소형화 경

량화에 유리

휴 용 원유형에 따른 충 시간 에 지 도 비교

원유형 충 시간 에 지 도(Wh/kg)

Ni-Cd 8 hours 40

Ni-MH 8 hours 100

Li-ion 3 hours 150

Adv.LPB 3 hours 300

DMFC (연료 지) Some Seconds 1,000

자료 : 신재생에 지 RD&D, 2008

- 휴 용 자기기 시장의 성장으로 에 지원인 지의 수요도 확 될 것으로

상되어 연료 지산업도 우리나라의 새로운 성장동력 산업으로서 부상할 가능

성이 높음

․세계 휴 폰 시장은 ’09년 10.4억 에서 ’12년 13.7억 로 31.7%, 넷북 시장은

’09년 1.5억 에서 ’12년 2.5억 로 66.7% 증가 상

․세계 2차 지 시장은 ’08년 276.2억불에서 ’09년 352.3억불로 27.6% 증가할 망

세계 휴 용 자기기 시장 망

(단 : 억 )

자기기 2009 2010 2011 2012 연평균 증가율(%)

휴 폰 10.4 11.5 12.4 13.3 8.5

미니노트북 1.5 1.8 2.1 2.5 18.5

자료 : IDC (International Data Corporation)

○ 개발 황

- 각 국가별 환경에 따라 개발되는 용도에 차이가 있으며 일부 제품은 상용화되어

매

- 미국은 장시간 충 없이 사용해야 하는 군사용 자제품에 용할 수 있는 연

료 지가 상용화되어 일부제품에 사용

․미국에서 군사용이 활발하게 개발 보 되고 있는 이유는 국방비 지출이 커

서 진입가능한 시장이 다양하고 연료 지의 높은 가격을 수용할 수 있기 때문

․Hydrogen Power사는 30W 병사용 휴 지를 개발하 고 Giner Electrochemical

사는 미육군 통신용 휴 지를 개발

- 유럽은 주로 용 휴 지 개발이 앞서고 있으며 일부 제품은 상용화되어 매

․유럽에서는 야외활동을 기반으로 한 문화가 발달하여 용 연료 지 개

128 산업이슈

발이 상 으로 활발함

․독일의 Smart Fuel Cell사는 SFC A50이라는 연료 지를 개발하여 ’04년부터

매 이며 주로 요트 등 용으로 매 이며 ’08년 매출액 €14.6M을 기록

․Smart Fuel Cell사는 휴 용 연료 지를 상업 으로 매하는 유일한 회사

Smart Fuel Cell 매출액 추이 Smart Fuel Cell 용도별 매출액 비

(백만유로)

14.4 14.616.9

30.8

44.3

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

40.0

45.0

50.0

07 08 09 10 11

Leisure45%

Industrial10%

Defence20%

R&D25%

자료 : 시티증권 자료 : Smart Fuel Cell

- 일본, 한국 등 아시아 국가들은 휴 용 자제품에 용할 연료 지의 개발시도가

있었으나 상업성 확보에 어려움을 겪고 있음

․삼성SDI, LG화학과 같은 국내 이차 지업체들은 노트북용, 휴 폰용으로 시제

품 개발은 성공했으나 상업성 확보가 어려워 이후 개발이 지연됨

․일본도 Fujitsu, Toshiba사 등이 휴 폰용, 노트북용 등으로 시제품을 개발한

상황이나 상업성 확보에 어려움을 겪고 있음

삼성 SDI 노트북용 연료 지 Toshiba 노트북용 연료 지

자료 : 삼성 SDI 자료 : Toshiba

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 129

- 새로운 용도로 의료용에 한 개발도 진행 이며 가능성을 높여가고 있는 상황

․연료 지의 모든 부품들을 생체 친화 재료(고분자, 세라믹 탄소)로 구성

․삽입형 뇌 감지센서, 인공 의 구에 지원, 소형치료기기 등에 응용이

가능할 것으로 망

․Pacemaker(심장박동 조율기)는 ’10년 세계 시장규모가 25억달러 규모이나

재 리튬요오드 지가 사용되어 재료의 유독성과 낮은 에 지 도 때문에 연

료 지로 체가 연구

․의료용 연료 지는 고부가가치 산업인 의료산업과 연 되어 장기 으로 국

가차원의 효과가 클 것으로 상되며 자, 바이오 등 다양한 산업의 업

을 통한 기술개발이 필요

○ 향후 과제

- 개발 동기가 청정에 지로서의 체연료 개념보다는 휴 용 자기기의 사용시

간 연장에 한 니즈 등이기 때문에 상업성 확보가 건

․국내 일부 기업에서 개발을 진행하다 ’05～’06년 상업성 확보의 어려움으로

개발이 보류된 상황

․국내시장 확 의 어려움, 부품 문기업도 부족으로 매, 해질막 등을 수입

품에 의존하여 효과 인 연구개발에 어려움

․기존 이차 지 업체들에게 있어서 연료 지는 자신들의 제품과 경쟁 계이므로

개발에 해 소극 인 측면도 있음

․ 재 국내 연료 지 모델의 가격이 개당 50～80만원 (노트북용)수 으로 4～

5천원 수 인 이차 지 비 매우 높아 상용화수 의 가격까지 낮추는데 상당

한 시간이 소요될 망

․소비자들도 재의 이차 지 비 큰 장 을 얻지 못하여 비싼 비용을 지불해

가며 수소 연료 지를 구매할 이유가 부족

휴 용 이차 지 vs 연료 지 개당 가격 비교

가 격

이차 지 4～5천원

연료 지 50～80만원

자료 : 업계자료 (연료 지는 직 메탄올방식 기 )

- 재 군사용, 용과 같은 일부 니치마켓이외 시장으로 확 되기 어려워 기업

들이 진입하여 개발과 투자를 확 하기 어려움

130 산업이슈

․미국의 군사용, 유럽은 용 등 일부 한정된 용도로만 개발이 진행 이며 일

반 휴 용 자기기로는 역을 확 하지 못하고 있는 상황

․기존의 화석연료에 한 체에 지로서의 성격이 약해 정부차원에서 정책

으로 지원을 하기에도 어려움

□ 가정용/상업용 연료 지

○ 개발 동기

- 높은 경제성과 CO2 배출량 감소라는 장 을 모두 보유

․생산된 기와 함께 발생되는 폐열로 온수와 난방을 공 하여 기존 보일러 비

26%의 에 지 감 40%의 CO2 배출량 감소 효과가 기 됨

․사이즈가 소형으로 설치가 용이하고 소음이 없어 주거용에 합

CO2 배출량 에 지 소비량

(g-CO2)

-40%990

595

0

200

400

600

800

1000

1200

기존 발전시스템 연료전지

(MJ)

-26%15.6

11.6

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

기존 발전시스템 연료전지

자료 : 도쿄가스(신재생에 지 RD&D 략 재인용) 자료 : 도쿄가스(신재생에 지 RD&D 략 재인용)

- 국내 천연가스 인 라가 잘 갖추어져 있어 천연가스를 개질하여 수소를 생산할

경우 연료 지 보 이 가속화될 망

․국내 도시가스 보 률은 ’07년 기 72.1% (수도권 86.7%, 지방 56.4%)로 조만

간 90.0% 수 까지 확 될 망

연도별 도시가스 보 비율 증가 추이

(단 : %)

2003 2004 2005 2006 2007

수 도 권 83.8 85.7 86.1 86.4 86.7

지 방 46.7 48.5 50.2 52.7 56.4

국 66.5 68.0 68.9 70.1 72.1

자료 : 한국도시가스 회

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 131

○ 개발 황

- 세계에서 일본이 상용화 측면에서 가장 높은 기술수 확보

․미국은 기요 이 렴하여 가정용 연료 지에 한 니즈가 높지 않은 반면

일본은 상 으로 기료가 비싸 가정용 소규모 발 시스템의 수요가 꾸 하여

’02년부터 실증사업을 진행

․’08년 기 1kW 규모의 가정용 연료 지 운 시간 1,847만시간, 력량 1,038

만kWh를 달성하 고 인 물 피해도 발생되지 않아 성공 인 실증 운 이

진행

- ’09년 5월부터는 일반인을 상으로 매를 시작하여 2개월만에 도쿄가스 등

총 5개사가 1,200여 를 매하 으며 반응이 좋아 올해 매 목표를 상향하는

추세

․가격은 1kW기 340만엔 수 이며 일본정부가 140만엔을 지원

․일반 가정용은 투자비 회수기간이 60년정도 걸려 경제성이 떨어지나 국민의

지구온난화에 한 문제의식과 규모 주택 메이커들의 홍보를 한 구매 등

으로 상외로 매가 호조

․도쿄가스, 신일본석유 등 연료 지 매사들도 자사 제품구입시 도시가스 요

할인 등의 유인책을 통해 매 진

일본 가정용 연료 지 실증 모니터 사업

시기 모니터 수 정부지원 제작업체

’02년 12 2,000만엔 미쯔시타 기, 도시바IFC 등

’03년 33 1,250만엔 마루베니, 미쓰비시 등

’05년 400 600만엔 도쿄가스, 신일본석유등

’07년 5,000 100만엔 -

자료 : 한국에 지기술연구원

- ’15년에 자체 시장규모가 1조원에 육박할 것으로 망

․일본정부는 향후 발 효율 40% 확보, 내구성 9만시간 확 등 기술 인 부분

을 보완하여 ’20년에 약 60만 규모로 시장을 확 시킬 계획

- 국내에서도 모니터링 사업 등이 활발하게 진행 이며 타 용도 비 상용화단계

에 가장 근 해 있는 상황

․GS퓨어셀과 퓨어셀 워는 ’04년부터 각각 가정용 연료 지 실증 연구를 진행

이며 재 국 으로 20기의 시스템을 운

․한국가스공사 주 으로 도시가스 10개사가 가정용 연료 지 모니터링 사업을

132 산업이슈

시행 이며 3단계에 걸쳐 총 200기를 모니터 정

․기술의 국산화율이 낮아 모니터링 사업에 사용되는 연료 지의 핵심부품의 상

당수가 해외에서 조달되고 있어 개발이 시

가정용 연료 지 모니터링 사업계획

구 분1단계

(’06～’08년)

2단계

(’07～’09년)

3단계

(’08～'10년)모 니 터 링 수 40 70 100

상 도시가스 지자체 사용자국 산 화 율 55% 70% 80%

국 산 화 품 목 스택, 열공 모듈연료처리장치,

펌 센서

력변환기,

필터

시 스 템 가 격 1.3억원 1.0억원 8천만원

자료 : 신재생에 지 RD&D, 2008

○ 향후 과제

- 가격과 기술면에서 재의 기 가스 시스템 비 경쟁력이 떨어져 이를 극

복하기 한 지원 개발이 필요

․국내가구들의 시간 별 력사용량이 500W에서 3kW로 편차가 높아 재 연

료 지 기술로 편차를 맞추기 어려움

․계 에 따라 기와 열에 한 수요변화가 심하여 하 기 연료 지를 통해 발

생되는 열을 히 사용할 방법을 찾지 못함

․ 재 연료 지 개당 가격이 8,000만원 수 으로 100만원 미만의 기존 보일러

비 매우 비싸 경제성이 떨어짐

․국내의 경우 일본 비 기술력이 3～4년 정도 뒤떨어져 향후 일본기업에 국내

시장을 잠식당할 가능성이 높음

□ 발 용 연료 지

○ 개발 동기

- 일반 으로 발 용 연료 지는 출력이 25kW 이상이며 장치형으로 운 되는 연

료 지를 말하며 용도는 산업 백업용, 분산발 용, 앙발 용 등으로 구분

- 산업백업용은 계통 원의 문제발생시 사용되는 비상 원을 말하며 기존 디젤

발 기 비 발 효율이 높고 운 비용이 낮은 장 을 보유

․상시운 을 통해 발생되는 열과 력을 매하여 수익을 얻고 비상시에는 내

부로 돌려 기 가동시간을 단축하고 경제성을 높일수 있는 구조

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 133

백업용 디젤 발 기와 연료 지 비교

디젤 발 기 연료 지

발 효율 36～43% 47%열회수 불가 가능

발 차액제도 불가 가능CO2 감 불가 가능

자료 : 신재생에 지 RD&D

- 분산발 용은 소규모로 수요지역 근처에 분산 배치된 원을 말하며 형 발

소 비 건설 비용과 소요시간이 낮아 수요변화에 신속 응 가능

․ 형 발 소에서 장거리 력 운송도 력의 5～8% 정도가 손실되는 반면

근거리 송을 하는 분산발 은 손실이 미미

․기존 발 소 비 동일 력 열량 생산시 에 지 소비는 38%, CO2 배출량

은 25% 수 까지 낮출 수 있음

․ 선망 설치, 규모 투자에 한 부담 등에 따른 경제 리스크를 피할 수 있음

○ 개발 황

- 발 용 연료 지는 미국의 기술이 상용화 수 에 이른 상황

․Fuel Cell Energy(美)와 UTC Power(美)가 상업 매를 진행 이며 HydroGen,

Rolls Royce, Siemens, Ansaldo 등이 ‘12년 상업화를 목표로 개발

․미국은 Renewable Portfolio Standards(RPS) 제도와 CO2 규제강화로 기술개발

지원

발 용 연료 지 생산기업 황

기업 국가 규모 기 /총효율 상태 연료 매 수

Ansaldo 이태리125kw,250kw,500kw

60%/85% 개발 기테스트천연가스,

에탄올,디젤,<10

Fuel Cell 미국300kw,1.2MW,2.4MW

47%/ND 상업화 천연가스 90<

HydroGen 미국2MW-30MW

40～43%/NA

Field trial,'12년 상업화 목표 천연가스 1

Rolls-Royce 미국 1MW ND/NA Lab test,‘12년 상업화 목표 천연가스 1

Siemens 미국0.5kw,125kw,700kw

44～47%/80%

Field test,‘12년 상업화 목표 천연가스 <10

UTC 미국200kw,400kw

37%>85% 상업화 천연가스 275<

자료 : Energy Insight 2008, ND: Not disclosed, NA: Not applicable

134 산업이슈

- 국내는 선진국 비 기술수 이 40～60% 수 이며 포스코 워, 두산 공업 등

이 해외 기업과의 기술제휴를 통해 개발을 추진

․포스코 워는 미국의 FCE와 제휴하여 시장진입을 추진 이며 국내 최 로

100MW 규모의 연료 지 생산공장을 공할 정

․두산 공업은 한국과기원, 한국에 지기술연구원 등과 컨소시엄을 구성하여

’07년부터 ’10년까지 FCE의 기술을 벤치마킹한 300kW 시스템 독자 개발 추진

○ 향후 과제

- 발 용 연료 지 시스템은 기존 디젤 시스템 비 기 투자비가 2～10배 수

으로 재 기 시장이 불투명한 상태이므로 경제성 확보를 통한 상용화 확

가 과제

․백업발 용 분산발 용 등 소규모 발 용 연료 지 사업부터 활성화되도록

정부의 보조 지원 등이 필요

Ⅳ. 향후 망 시사

□ 향후 망

○ 아직 기시장이 형성되지 않은 상황이므로 표 화 선 을 한 경쟁이 심화될

망

- 각 분야별로 기술 특허를 선 하는 기업이 향후 시장을 장악할 가능성이

높음

- ’07년 기 연료 지 련 특허는 일본이 62.1%, 미국이 12.5%로 1, 2 를 기록

이며 한국은 5.7% 기록

- 2000년 들어 기술선 의 요성이 부각되며 특허가 속도로 증가하는 상황

○ 련 인 라 투자도 병행되야 하고 국가간 기요 수 도 달라 국가별로 연료

지 상용화의 진행속도 편차가 클 것으로 망됨

- 수소자동차의 경우 기술과 가격이 상용화 단계에 근하더라도 수소충 소가

없는 국가에서는 사용이 불가하므로 개발도상국 후진국에서는 용에 더 많

은 시간이 걸릴 것으로 상됨

- 가정용 연료 지의 경우도 미국과 같이 기료가 상 으로 싼 국가에서는 경

연료전지산업의 용도별 개발현황 및 향후 전망 135

제성이 낮아 진행속도가 더딜 망

- 분산발 용도 국내 일본과 같이 도시가스 인 라가 잘 갖추어져 있고 주택

이 집되어 있는 국가 주로 시장이 확 될 망

○ 국가별로 차이는 있겠으나 체 으로 가정용 > 발 용 > 수송용 > 휴 용 순

으로 상용화가 진행될 망

○ 가정용은 기존 도시가스 인 라를 이용할 수 있어 수소충 소과 같은 인 라가

필요한 수송용 비 투자비용이 상 으로 고 운용비용 환경 측면에서도

확실한 장 이 있음

- 우리나라는 도시가스 인 라가 잘 갖추어져 연료 지 단가 하락시 상용화 추진

여건이 매우 양호

○ 발 용도 분산발 백업발 용 등의 수요가 뒷받침되어 조기 상용화의 가능

성이 높음

- 규모 앙발 에 한 투자 리스크 건설 기간 등의 단 을 보완하기 해

분산발 시스템의 도입이 가속화될 망

- Smart Grid와 같은 개념의 방향 력망 구축이 보편화되면 분산발 시스템

의 잇 이 더욱 부각될 망

- 국내와 같이 좁은 지형에 많은 가구가 모여있고 도시가스 인 라가 잘 발달되어

있는 경우 분산발 의 효용성이 극 화될 가능성이 높음

○ 수송용은 인 라 투자비용 기차 등과의 경쟁 계로 상용화에 시일이 걸릴

망

- 단기간 시장 확 가 확실치 않은 상황에서 수소충 소 등 규모 인 라 설치가

어렵고 기차 등의 상용화가 가시화되고 있어 복투자의 험도 상존

○ 휴 용은 체에 지로서의 역할보다는 휴 용 자기기의 사용시간 연장을 목

표로 개발 되고있어 리스크가 높아 일부 특수 용도 이외 용도가 상용화되는데는

장시간이 소요될 망

․군사용, 용 등 이외 자기기에 용될만한 수요가 부족하여 투자가 어렵고

환경 인 측면이 약해 정부지원도 확 되기 어려움

136 산업이슈

□ 시사

○ 장기 인 에서 근

- 연료 지산업은 유망한 분야이나 수소생산, 인 라 투자 등 해결해야할 과제들

이 있어 단기간에 큰 성과를 기 하기는 어려움

․수소생산시 화석연료를 사용해야한다는 문제 과 새로운 인 라 투자에 한

비용 등 단기간 해결이 어려운 문제들이 상존

․정부의 로드맵에서도 부분의 용분야에서 상용화 기단계 목표를 2020년

정도로 설정하고 있음

○ 선택과 집 을 통한 략 인 육성 필요

- 국내외 환경을 면 히 분석하여 가장 경쟁력 있는 분야를 선정하여 집 육성

해야 함

․미국은 수송용 화석연료 비 이 높아 이를 낮추기 한 수송용 연료 지 개발

에 주력하고 있으며 일본은 높은 난방비용을 낮추기 해 가정용 연료 지 개

발에 주력

- 국내도 가장 가능성 높은 분야를 선정하여 집 육성하고 시스템 체를 개발

하는 것은 비용면에서 타 국가 비 경쟁력이 떨어지므로 부품시장쪽에 집 하

는 방안도 고려해야 함

․캐나다의 Ballad사는 957개의 연료 지 련 특허를 보유하여 HONDA, Ford

등 해외기업에 매

○ 정부의 강력한 의지

- 재까지는 정부의 보조 지 기 시장형성 등에 의해 개발과 투자가 진

행되므로 새로운 성장동력으로 육성하기 한 정부의 강력한 의지가 요구됨

․장기간 투자자 지원, 세재해택 보조 지 을 강화하여 기시장 형성 필요

․산학연, ․민의 공동연구 개발을 장려하여 기반기술 확보