118 산업이슈 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 Ⅰ. 수소경제시대의도래 Ⅱ. 연료전지산업의개요 목 차 Ⅲ. 연료전지의용도별개발현황 Ⅳ. 향후전망및시사점 Ⅰ. 수소경제시대의도래 11) 수소경제시대의개념 - 수소경제란탄소 (C) 를중심으로구축되어온에너지기반이수소 (H)

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강하 금
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1 118 산업이슈 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 Ⅰ. 수소경제시대의도래 Ⅱ. 연료전지산업의개요 목 차 Ⅲ. 연료전지의용도별개발현황 Ⅳ. 향후전망및시사점 Ⅰ. 수소경제시대의도래 11) 수소경제시대의개념 - 수소경제란탄소 (C) 를중심으로구축되어온에너지기반이수소 (H) 중심으로전환되는미래의경제사회를의미 광의로는석유, 천연가스, 원자력, 신재생에너지등을이용하여수소를생산, 연료전지등에활용하는저탄소경제를지칭 펜실베이니아대학교워튼스쿨교수인리프킨 (Jeremy Rifkin) 의저서 수소경제 The Hydrogen Economy (2002) 를통해알려짐 리프킨에따르면 2020년경석유공급체계불안정으로분쟁이예상되며이에대비해지구상에서가장구하기쉬우며, 고갈되지않고공해도없는수소의중요성증가전망 세계에너지가채매장량및가채년수 구 분 석 유 석 탄 천연가스 가채매장확인량 12,379억 bbl 8,475억톤 177조m3 연간생산량 298억 bbl 64억톤 3조m3 가채년수 42년 133년 60년 자료 : BP Statistical Review of World Energy, 년유가가 150달러수준에이르며향후천연자원의고갈에대한우려와이산화탄소배출에따른환경오염등의이슈로각국의지속가능한 (sustainable) 에 * 본고는산은경제연구소조경진선임연구원이집필하였으며, 본고의내용은집필자의견해로당행의공식입장이아님

2 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 119 너지원에대한관심이증가 교토의정서에의해선진국은 08년부터 12년까지온실가스배출량을 1990년대비 5.2% 이하로감축하도록결정됨 각국정부는기존천연자원부족에대한대책으로태양열, 풍력등대체에너지에대한투자와기술개발에정책적지원을확대 이와같은다양한문제의해결을위한대체에너지중가장이상적인수소에너지에대한관심이증가하고있는추세 수소에너지의장점 - 수소에너지는태양광, 태양열, 석탄, 석유와같은 1차에너지를변환시켜얻을수있는 2차에너지 기존화석연료대비연소시극소량의질소산화물 (NOx) 를제외하고는공해물질이생성되지않음 고압가스, 액체수소등저장이가능하여필요시언제든사용이가능하다는장점이있음 무한정한자원인물을원료로제조가가능하여고갈에대한위험이없음 산업용의기초소재로부터수소자동차, 분산발전등현재의에너지시스템에서모든분야에적용이가능 수소에너지시스템 제조 / 분리기술저장기술응용기술 태양광지열수력 광분해 생물학적분해열화학분해 전기분해 수소 고압가스저장 액체저장 고체저장 화학저장 가정용 산업용 수송용 석유천연가스 부생가스 수증기 분리 개질반응 안전대책기술 자료 : 신재생에너지백서 (2008)

3 120 산업이슈 - 향후수소의제조및저장, 수송등시스템을구축해야하고저가로대량생산할수있는제조방법등기술확보가필수 현재까지가장대표적인수소에너지이용방법은연료전지로발전용, 수송용, 가정용및휴대용등여러분야로개발이진행중 Ⅱ. 연료전지산업의개요 연료전지의역사 년대우주선용전원장치에적용되면서상용화가시작됨 연료전지는 1839년영국의물리학자인그라브 (William Robert Grove) 에의하여개발되었으나당시상용화에성공한증기기관등에가려실용화단계를위한연구로이어지지못함 1959년프란시스베이컨 (Francis Bacon) 박사가알칼리전해질형연료전지를발명하였고이후 1965년미국 NASA의유인우주선 Gemini 5호에연료전지가탑재됨 우주선용에먼저적용된이유는로켓의연료가수소와산소이며반응물인물은승무원의식수로사용할수있고장시간고출력으로사용이가능하다는장점등이있기때문 연료전지발전단계 Davy 연료전지원리발견 Grove 수소와산소로전류생산 Bacon 알칼리형전지개발 Gemini 5 원료원으로적용 아폴로호에적용 자동차업체들연료전지실용화선언 도시바등휴대용전지모델공개 년대들어교토의정서발효등의영향으로고체고분자형연료전기의개발등비약적인발전이시작됨 1990년미국다우케미칼에서현대연료전지의시초인고체고분자형연료전지기술을개발하며연료전지산업의비약적인발전을촉발 1997년교토의정서발효에의하여온실가스절감방안으로연료전지와같은신

4 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 121 기술에대한기술개발이증가함 2000년대들어수송용, 휴대용, 가정용등다양한분야에응용하기위한개발이가속화됨 연료전지의원리및특징 - 연료전지는에너지를저장하는기존 2차전지와달리수소와산소의화학반응을통해발생되는에너지를전기로변환시키는에너지변환장치임 공급된수소는양극에서수소이온과전자로분리되며수소이온은음극으로이동후공기등과반응하여물이발생되고분리된전자의외부흐름이전류를형성하여전기를발생시킴 전체시스템은개질기 1) / 스텍 2) / 전력변환기 3) / 보조기기등으로구성 연료전지시스템구성도 Air H2+1/2O2 H2O Cathode( 음극 ) 연료 개질기 (Reformer) H2 연료전지 (Stack) 전력변환기 (Inverter) 교류 Anode( 양극 ) 천연가스나프타메탄올 열 자료 : 신재생에너지 RD&D 전략 - 연료전지는기존내연기관대비친환경, 저소음, 고효율등의특징으로인하여휴대용, 수송용등다양한분야에적용이가능 연료전지는연소과정을통한발전이아니므로이산화탄소와같은공해물질이생성되지않는친환경에너지원 내연기관과같은폭발현상이없어작동중소음이없으며 Kg당에너지밀도또한이차전지보다높음 1) 고온에서메탄올, 개솔린, LPG등의탄화수소연료를촉매를사용하여분해, 수소를얻는장치 2) 단위전지를수십장, 수백장직렬로쌓아올린본체 3) 연료전지에서나오는직류전기를교류로변환시키는장치

5 122 산업이슈 전기와물의발전효율 30~40% 에온수로회수되는열효율 40% 가더해져총 70~80% 의발전효율을나타내내연기관대비우수 연료전지의종류 - 연료전지는전해질 4) 종류에따라 6종류로구분되며종류에따라작동온도, 출력규모및이용분야에차이가있음 인산염 (Phosphoric Acid) 연료전지는타연료전지대비저효율이며고가인백금촉매사용등으로보급이활발하지못함 용융탄산염 (Molten Carbonate) 연료전지는고온에서작동하여귀금속전극물질을사용하지않고도 45% 이상발전효율이있고양질의폐열사용을통한열병합이용이하여대형발전용에적합 고체산화물 (Solid Oxide) 연료전지는세라믹을전해질로사용하여 500~1000 의고온에서운전되어효율이높고열병합발전이용이 고분자전해질막 (Proton-exchange membrane) 연료전지는작동온도가낮고효율이높으나낮은온도에서작동되어폐열활용이어렵고고온에서사용되는개질기와연계도어려움 직접메탄올 (Direct Methanol) 연료전지는연료로수소대신메탄올을사용하며연료공급체계가단순하여소형화가가능하며연료보충이용이하여휴대용으로개발중 알칼리 (Alkaline) 연료전지는저온에서작동되면서효율이높아우주선용으로적용되었으나제조시높은가격으로인하여타용도로확대되지못함 연료전지의종류 종류 / 특징고온형저온형 구분용융탄산염 (MCFC) 고체산화물 (SOFC) 인산염 (PAFC) 알칼리 (AFC) 고분자전해질막 (PEMFC) 직접메탄올 (DMFC) 전 해 질 탄산염 세라믹 인산염 알칼리 이온교환막 이온교환막 작동온도 ( ) 550~ ~ ~250 50~120 50~100 50~100 주 촉 매 Perovskites 니켈 백금 니켈 백금 백금 효 율 용도발전용발전용중소건물특수용 ( 우주선 ) 자료 : 신재생에너지의이해 수송용, 가정용 휴대용 4) 극성용매에서이온화되어전기를전도하는물질로양이온은음극, 음이온은양극으로이동해전류가흐름

6 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 123 Ⅲ. 연료전지의용도별개발현황 수송용연료전지 개발동기 - 환경오염, 높은석유의존도등의영향으로수송용연료전지에대한각국의관심이증가추세 EU는 1993년부터질소산화물등의배출기준을 6단계로강화하였으며향후규격에미달된차량은판매를불허할방침 미국의캘리포니아는 05년부터무공해차량 (Zero Emission Vehicle, ZEV) 을일정비율판매하도록의무화 미국과같이해외석유의존도가 60.0% 에가까운국가들은에너지독립을위해대체연료에대한개발필요성이높아짐 16년까지선박의질소산화물배출량을 80% 감축하도록국제해양오염방지협약이발효될예정이어서선박용연료전지의개발이가속화될전망 캘리포니아의연도별 ZEV 의무판매비율규정 05~ 08 09~ 11 12~ 14 15~ 판매비율 (%) 자료 : 자동차부품연구원 - 연료전지차는타차량대비효율이높아경제성에서도유리함 가솔린차의효율이 16%, 하이브리드차는 26.0% 인반면연료전지차는 36% 로타차량대비높은효율성보유 내연기관효율비교 ( 국내 SUV 차량기준 ) ( 단위 : %) 연료생산효율 차량효율 합계 가 솔 린 차 디 젤 차 하이브리드차 전 기 차 연 료 전 지 차 자료 : 자동차부품연구원

7 124 산업이슈 국내외기술개발동향 - 미국, 일본, 독일등자동차산업이발달한선진국을중심으로대략 2015~ 20년경상용화를목표로개발이진행중 - 개발국가중일본의진행상황이가장앞선상황으로 HONDA, TOYOTA 등은시범운행을위한리스판매를이미시행 일본정부는 05년전문국립연구소설립, 자동차기업들과함께연계한데모프로그램등을통해체계적인육성정책을시행 HONDA 의 FCX Clarity는가장진보된형태의양산형연료전지차로평가되며 08년 7월부터미국캘리포니아에서리스판매중 TOYOTA는 02, 05, 08년일본내공공기관에한정적인리스판매를진행중이며부품가격절감및중 / 장거리용차량개발을추진 일본연료전지차성능비교 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 중 량 1,635kg 1,880kg 수 소 저 장 3.92kg, 350bar 6.3kg, 700bar 자료 : 자동차부품연구원 - 미국은금융위기이후장기투자가요구되는연료전지차에대한개발비중을줄여가고있는추세 미국정부는 09년예산에서연료전치차연구지원비 1억불을삭감하여향후정책변화를예고 세계에서가장먼저 퓨전하이드로젠 999 를개발한 Ford도 09년 5월향후개발의무게중심을연료전지차에서하이브리드차와전기차로이동할것을결정 금융위기이후자동차업계의자금난심화와장기투자에따른리스크등이주요원인으로분석 - 유럽은독일을중심으로개발이진행중이며 05년에기술플랫폼발표후여러데모프로그램을통해상용화를추진중 BMW는 1978년부터연구에착수하여수소를실린더내에서직접폭발시키는내연엔진방식의수소차를개발하여현재수소 140L 탑재시가솔린 40L탑재시

8 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 125 와동일한 400km 주행이가능 Volkswagen은 08년 Tiguan Hymotion을출시하며 20년양산에대비한기본모델로책정 유럽연료전지차상용화계획 Light House Project 대형 Demo 런칭 (~100 대 : 500 만유로 ) Demo 확대 ( 수백대 ) 상용화준비 (~200 대 ) 양산시장으로점진적확대 FCS: Euro 100/kw 항속거리 : 400kw 내구수명 : 5,000h( 승용 ), 10,000( 버스 ) 자료 : 자동차부품연구원 - 국내는현대 기아차에서개발중이며정부도모니터링사업등을통해활성화에노력중 현대 기아차는 00년에연료전지차 1호 ( 스포티지 ) 를개발하였으며 04~ 09년미에너지성시범운행에 투싼 등모델로참여한바있으며 '10년양산을목표로하고있음 정부는 06년 8월부터 09년 7월동안 453억원을지원하여수소연료전지차 34대를통한모니터링사업을실시 수소연료전지차모니터링사업 항목 내용 기 간 06년 8월~ 09년 7월 비 용 906억원 ( 정부지원금 50%) 규 모 승용차 30대 ( 투싼 18대, 스포티지 12대 ), 버스 4대 참여기관 현대기아차, KIST, 울산대, 건국대, KATECH 등 자료 : 자동차부품연구원 향후과제 - 수소충전소등인프라구축 연료전지차보급이미미하여충전소사용빈도가낮아대규모투자가어렵고투자비도충전소 1곳당 30억원으로높은수준 08년국내주유소는총 12,500개이나수소충전소는 20년까지 500개수준에머물전망으로상용화까지는시간이필요

126 산업이슈 국내수소연료전지자동차모니터링및보급사업계획 ( 단위 : 억원 ) 단계 기간 승용차수소충전소대수가격대수가격 모니터링 1단계 07~ 09 30 5.4 9 30 모니터링 2단계 10~ 12 500 3 10 30 보급사업 1단계 13~ 15 3,000 1.2 20 30 보급사업 2단계 16~ 20 50,000 0.

9 126 산업이슈 국내수소연료전지자동차모니터링및보급사업계획 ( 단위 : 억원 ) 단계 기간 승용차수소충전소대수가격대수가격 모니터링 1단계 07~ 모니터링 2단계 10~ 보급사업 1단계 13~ 15 3, 보급사업 2단계 16~ 20 50, 자료 : 신재생에너지 RD&D - 하이브리드차및전기차대비차별성부각 하이브리드차와전기차도 CO 2 배출량감소효과가높고인프라투자비용은상대적으로낮은수준 정부도 09년 ' 전기자동차활성화방안 ' 을통해관련부품개발을지원하고인프라를구축해 '11년까지양산을실현하고 '15년세계전기차시장의 10% 를점유하겠다는계획을발표 미래자동차시장전망 자료 : Global Insight 2004 휴대용연료전지 개발동기 - 대체에너지차원보다는노트북, MP3 등휴대용전자기기의활성화에따른사용시간연장등이주요개발동기 장시간전원이없는장소에서휴대기기를사용하는빈도가증가하면서사용시간연장에대한소비자들의욕구가증가

10 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 127 기존 2차전지대비체적당, 중량당에너지밀도가 5배정도높아소형화및경량화에유리 휴대용전원유형에따른충전시간및에너지밀도비교 전원유형 충전시간 에너지밀도 (Wh/kg) Ni-Cd 8 hours 40 Ni-MH 8 hours 100 Li-ion 3 hours 150 Adv.LPB 3 hours 300 DMFC ( 연료전지 ) Some Seconds 1,000 자료 : 신재생에너지 RD&D, 휴대용전자기기시장의급성장으로에너지원인전지의수요도확대될것으로예상되어연료전지산업도우리나라의새로운성장동력산업으로서부상할가능성이높음 세계휴대폰시장은 09년 10.4억대에서 12년 13.7억대로 31.7%, 넷북시장은 09년 1.5억대에서 12년 2.5억대로 66.7% 증가예상 세계 2차전지시장은 08년 억불에서 09년 352.3억불로 27.6% 증가할전망 세계휴대용전자기기시장전망 ( 단위 : 억대 ) 전자기기 연평균증가율 (%) 휴대폰 미니노트북 자료 : IDC (International Data Corporation) 개발현황 - 각국가별환경에따라개발되는용도에차이가있으며일부제품은상용화되어판매중 - 미국은장시간충전없이사용해야하는군사용전자제품에적용할수있는연료전지가상용화되어일부제품에사용중 미국에서군사용이활발하게개발및보급되고있는이유는국방비지출이커서진입가능한시장이다양하고연료전지의높은가격을수용할수있기때문 Hydrogen Power 사는 30W급병사용휴대전지를개발하였고 Giner Electrochemical 사는미육군통신용휴대전지를개발중 - 유럽은주로레저용휴대전지개발이앞서고있으며일부제품은상용화되어판매중 유럽에서는야외활동을기반으로한레저문화가발달하여레저용연료전지개

0 25.0 30.8 Leisure 45% 20.0 16.9 15.0 14.4 14.6 10.

11 128 산업이슈 발이상대적으로활발함 독일의 Smart Fuel Cell사는 SFC A50이라는연료전지를개발하여 04년부터판매중이며주로요트등레저용으로판매중이며 08년매출액 14.6M을기록 Smart Fuel Cell사는휴대용연료전지를상업적으로판매하는유일한회사 Smart Fuel Cell 매출액추이 Smart Fuel Cell 용도별매출액비중 ( 백만유로 ) 44.3 R&D 25% Leisure 45% 자료 : 시티증권 Defence 20% Industrial 10% 자료 : Smart Fuel Cell - 일본, 한국등아시아국가들은휴대용전자제품에적용할연료전지의개발시도가있었으나상업성확보에어려움을겪고있음 삼성SDI, LG화학과같은국내이차전지업체들은노트북용, 휴대폰용으로시제품개발은성공했으나상업성확보가어려워이후개발이지연됨 일본도 Fujitsu, Toshiba사등이휴대폰용, 노트북용등으로시제품을개발한상황이나상업성확보에어려움을겪고있음 삼성 SDI 노트북용연료전지 Toshiba 노트북용연료전지 자료 : 삼성 SDI 자료 : Toshiba

12 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 새로운용도로의료용에대한개발도진행중이며가능성을높여가고있는상황 연료전지의모든부품들을생체친화적재료 ( 고분자, 세라믹및탄소 ) 로구성 삽입형뇌파감지센서, 인공관절의영구에너지원, 소형치료기기등에응용이가능할것으로전망 Pacemaker( 심장박동조율기 ) 는 10년세계시장규모가 25억달러규모이나현재리튬요오드전지가사용되어재료의유독성과낮은에너지밀도때문에연료전지로대체가연구중 의료용연료전지는고부가가치산업인의료산업과연관되어중장기적으로국가차원의파급효과가클것으로예상되며전자, 바이오등다양한산업의협업을통한기술개발이필요 향후과제 - 개발동기가청정에너지로서의대체연료개념보다는휴대용전자기기의사용시간연장에대한니즈등이기때문에상업성확보가관건 국내일부대기업에서개발을진행하다 05~ 06년상업성확보의어려움으로개발이보류된상황 국내시장확대의어려움, 부품전문기업도부족으로촉매, 전해질막등을수입품에의존하여효과적인연구개발에어려움 기존이차전지업체들에게있어서연료전지는자신들의제품과경쟁관계이므로개발에대해소극적인측면도있음 현재국내연료전지모델의가격이개당 50~80만원대 ( 노트북용 ) 수준으로 4~ 5천원수준인이차전지대비매우높아상용화수준의가격까지낮추는데상당한시간이소요될전망 소비자들도현재의이차전지대비큰장점을얻지못하여비싼비용을지불해가며수소연료전지를구매할이유가부족 휴대용이차전지 vs 연료전지개당가격비교 가격이차전지 4~5천원연료전지 50~80만원자료 : 업계자료 ( 연료전지는직접메탄올방식기준 ) - 현재군사용, 레저용과같은일부니치마켓이외시장으로확대되기어려워기업들이진입하여개발과투자를확대하기어려움

13 130 산업이슈 미국의군사용, 유럽은레저용등일부한정된용도로만개발이진행중이며일반휴대용전자기기로는영역을확대하지못하고있는상황 기존의화석연료에대한대체에너지로서의성격이약해정부차원에서정책적으로지원을하기에도어려움 가정용 / 상업용연료전지 개발동기 - 높은경제성과 CO 2 배출량감소라는장점을모두보유 생산된전기와함께발생되는폐열로온수와난방을공급하여기존보일러대비 26% 의에너지절감및 40% 의 CO 2 배출량감소효과가기대됨 사이즈가소형으로설치가용이하고소음이없어주거용에적합 (g-co2) CO 2 배출량 (MJ) 에너지소비량 % -26% 기존발전시스템 연료전지 기존발전시스템 연료전지 자료 : 도쿄가스 ( 신재생에너지 RD&D 전략재인용 ) 자료 : 도쿄가스 ( 신재생에너지 RD&D 전략재인용 ) - 국내천연가스인프라가잘갖추어져있어천연가스를개질하여수소를생산할경우연료전지보급이가속화될전망 국내도시가스보급률은 07년기준 72.1% ( 수도권 86.7%, 지방 56.4%) 로조만간 90.0% 수준까지확대될전망 연도별도시가스보급비율증가추이 ( 단위 : %) 수 도 권 지 방 전 국 자료 : 한국도시가스협회

14 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 131 개발현황 - 세계에서일본이상용화측면에서가장높은기술수준확보 미국은전기요금이저렴하여가정용연료전지에대한니즈가높지않은반면일본은상대적으로전기료가비싸가정용소규모발전시스템의수요가꾸준하여 02년부터실증사업을진행 08년기준 1kW 규모의가정용연료전지운전시간 1,847만시간, 전력량 1,038 만kWh를달성하였고인적및물적피해도발생되지않아성공적인실증운전이진행 - 09년 5월부터는일반인을대상으로판매를시작하여 2개월만에도쿄가스등총 5개사가 1,200여대를판매하였으며반응이좋아올해판매목표를상향하는추세 가격은 1kW기준 340만엔수준이며일본정부가 140만엔을지원 일반가정용은투자비회수기간이 60년정도걸려경제성이떨어지나전국민의지구온난화에대한문제의식과대규모주택메이커들의홍보를위한구매등으로예상외로판매가호조 도쿄가스, 신일본석유등연료전지판매사들도자사제품구입시도시가스요금할인등의유인책을통해판매촉진 일본가정용연료전지실증및모니터사업 시기모니터대수정부지원금제작업체 02년 12 2,000만엔미쯔시타전기, 도시바IFC 등 03년 33 1,250만엔마루베니, 미쓰비시등 05년 만엔도쿄가스, 신일본석유등 07년 5, 만엔 - 자료 : 한국에너지기술연구원 - 15년에자체시장규모가 1조원에육박할것으로전망 일본정부는향후발전효율 40% 확보, 내구성 9만시간확대등기술적인부분을보완하여 20년에약 60만대규모로시장을확대시킬계획 - 국내에서도모니터링사업등이활발하게진행중이며타용도대비상용화단계에가장근접해있는상황 GS퓨어셀과퓨어셀파워는 04년부터각각가정용연료전지실증연구를진행중이며현재전국적으로 20기의시스템을운영중 한국가스공사주관으로도시가스 10개사가가정용연료전지모니터링사업을

15 132 산업이슈 시행중이며 3단계에걸쳐총 200기를모니터예정 기술의국산화율이낮아모니터링사업에사용되는연료전지의핵심부품의상당수가해외에서조달되고있어개발이시급 가정용연료전지모니터링사업계획 구분 1단계 2단계 3단계 ( 06~ 08년) ( 07~ 09년) ( 08~'10년) 모니터링대수 40대 70대 100대 대 상 도시가스 지자체 사용자 국 산 화 율 55% 70% 80% 국산화품목스택, 열공급모듈 연료처리장치, 펌프및센서 전력변환기, 필터 시스템가격 1.3 억원 1.0 억원 8 천만원 자료 : 신재생에너지 RD&D, 2008 향후과제 - 가격과기술면에서현재의전기및가스시스템대비경쟁력이떨어져이를극복하기위한지원및개발이필요 국내가구들의시간대별전력사용량이 500W에서 3kW로편차가높아현재연료전지기술로편차를맞추기어려움 계절에따라전기와열에대한수요변화가심하여하절기연료전지를통해발생되는열을적절히사용할방법을찾지못함 현재연료전지개당가격이 8,000만원수준으로 100만원미만의기존보일러대비매우비싸경제성이떨어짐 국내의경우일본대비기술력이 3~4년정도뒤떨어져향후일본기업에국내시장을잠식당할가능성이높음 발전용연료전지 개발동기 - 일반적으로발전용연료전지는출력이 25kW 이상이며장치형으로운전되는연료전지를말하며용도는산업백업용, 분산발전용, 중앙발전용등으로구분 - 산업백업용은계통전원의문제발생시사용되는비상전원을말하며기존디젤발전기대비발전효율이높고운영비용이낮은장점을보유 상시운전을통해발생되는열과전력을판매하여수익을얻고비상시에는내부로돌려초기가동시간을단축하고경제성을높일수있는구조

16 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 133 백업용디젤발전기와연료전지비교 디젤발전기 연료전지 발전효율 36~43% 47% 열회수 불가 가능 발전차액제도 불가 가능 CO2 절감 불가 가능 자료 : 신재생에너지 RD&D - 분산발전용은소규모로수요지역근처에분산배치된전원을말하며대형발전소대비건설비용과소요시간이낮아수요변화에신속대응가능 대형발전소에서장거리전력운송도중전력의 5~8% 정도가손실되는반면근거리전송을하는분산발전은손실이미미 기존발전소대비동일전력및열량생산시에너지소비는 38%, CO 2 배출량은 25% 수준까지낮출수있음 전선망설치, 대규모투자에대한부담등에따른경제적리스크를피할수있음 개발현황 - 발전용연료전지는미국의기술이상용화수준에이른상황 Fuel Cell Energy( 美 ) 와 UTC Power( 美 ) 가상업판매를진행중이며 HydroGen, Rolls Royce, Siemens, Ansaldo 등이 12년상업화를목표로개발중 미국은 Renewable Portfolio Standards(RPS) 제도와 CO 2 규제강화로기술개발지원 발전용연료전지생산기업현황 기업국가규모전기적 / 총효율상태연료판매대수 Ansaldo Fuel Cell HydroGen 이태리 미국 미국 125kw, 250kw, 500kw 300kw, 1.2MW, 2.4MW 2MW- 30MW 60%/85% 개발및초기테스트천연가스, 에탄올, 디젤, <10 47%/ND 상업화천연가스 90< 40~43%/ NA Rolls-Royce 미국 1MW ND/NA Siemens UTC 미국 미국 0.5kw, 125kw, 700kw 200kw, 400kw 44~47%/ 80% 자료 : Energy Insight 2008, ND: Not disclosed, NA: Not applicable Field trial, '12년상업화목표 Lab test, 12년상업화목표 Field test, 12 년상업화목표 천연가스 1 천연가스 1 천연가스 <10 37%>85% 상업화천연가스 275<

17 134 산업이슈 - 국내는선진국대비기술수준이 40~60% 수준이며포스코파워, 두산중공업등이해외기업과의기술제휴를통해개발을추진중 포스코파워는미국의 FCE와제휴하여시장진입을추진중이며국내최초로 100MW 규모의연료전지생산공장을준공할예정 두산중공업은한국과기원, 한국에너지기술연구원등과컨소시엄을구성하여 07년부터 10년까지 FCE의기술을벤치마킹한 300kW급시스템독자개발추진 향후과제 - 발전용연료전지시스템은기존디젤시스템대비초기투자비가 2~10배수준으로현재초기시장이불투명한상태이므로경제성확보를통한상용화확대가과제 백업발전용및분산발전용등소규모발전용연료전지사업부터활성화되도록정부의보조금지원등이필요 Ⅳ. 향후전망및시사점 향후전망 아직초기시장이형성되지않은상황이므로표준화선점을위한경쟁이심화될전망 - 각분야별로기술및특허를선점하는기업이향후시장을장악할가능성이높음 - 07년기준연료전지관련특허는일본이 62.1%, 미국이 12.5% 로 1, 2위를기록중이며한국은 5.7% 기록 년대들어기술선점의중요성이부각되며특허가급속도로증가하는상황 관련인프라투자도병행되야하고국가간전기요금수준도달라국가별로연료전지상용화의진행속도편차가클것으로전망됨 - 수소자동차의경우기술과가격이상용화단계에접근하더라도수소충전소가없는국가에서는사용이불가하므로개발도상국및후진국에서는적용에더많은시간이걸릴것으로예상됨 - 가정용연료전지의경우도미국과같이전기료가상대적으로싼국가에서는경

18 연료전지산업의용도별개발현황및향후전망 135 제성이낮아진행속도가더딜전망 - 분산발전용도국내및일본과같이도시가스인프라가잘갖추어져있고주택이밀집되어있는국가위주로시장이확대될전망 국가별로차이는있겠으나대체적으로가정용 > 발전용 > 수송용 > 휴대용순으로상용화가진행될전망 가정용은기존도시가스인프라를이용할수있어수소충전소과같은인프라가필요한수송용대비투자비용이상대적으로적고운용비용및환경측면에서도확실한장점이있음 - 우리나라는도시가스인프라가잘갖추어져연료전지단가하락시상용화추진여건이매우양호 발전용도분산발전및백업발전용등의수요가뒷받침되어조기상용화의가능성이높음 - 대규모중앙발전에대한투자리스크및건설기간등의단점을보완하기위해분산발전시스템의도입이가속화될전망 - Smart Grid와같은개념의쌍방향전력망구축이보편화되면분산발전시스템의잇점이더욱부각될전망 - 국내와같이좁은지형에많은가구가모여있고도시가스인프라가잘발달되어있는경우분산발전의효용성이극대화될가능성이높음 수송용은인프라투자비용및전기차등과의경쟁관계로상용화에시일이걸릴전망 - 단기간시장확대가확실치않은상황에서수소충전소등대규모인프라설치가어렵고전기차등의상용화가가시화되고있어중복투자의위험도상존 휴대용은대체에너지로서의역할보다는휴대용전자기기의사용시간연장을목표로개발되고있어리스크가높아일부특수용도이외용도가상용화되는데는장시간이소요될전망 군사용, 레저용등이외전자기기에적용될만한수요가부족하여투자가어렵고환경적인측면이약해정부지원도확대되기어려움

19 136 산업이슈 시사점 중장기적인관점에서접근 - 연료전지산업은유망한분야이나수소생산, 인프라투자등해결해야할과제들이있어단기간에큰성과를기대하기는어려움 수소생산시화석연료를사용해야한다는문제점과새로운인프라투자에대한비용등단기간해결이어려운문제들이상존 정부의로드맵에서도대부분의적용분야에서상용화초기단계목표를 2020년정도로설정하고있음 선택과집중을통한전략적인육성필요 - 국내외환경을면밀히분석하여가장경쟁력있는분야를선정하여집중육성해야함 미국은수송용화석연료비중이높아이를낮추기위한수송용연료전지개발에주력하고있으며일본은높은난방비용을낮추기위해가정용연료전지개발에주력 - 국내도가장가능성높은분야를선정하여집중육성하고시스템전체를개발하는것은비용면에서타국가대비경쟁력이떨어지므로부품시장쪽에집중하는방안도고려해야함 캐나다의 Ballad사는 957개의연료전지관련특허를보유하여 HONDA, Ford 등해외기업에판매중 정부의강력한의지 - 현재까지는정부의보조금지급및초기시장형성등에의해개발과투자가진행되므로새로운성장동력으로육성하기위한정부의강력한의지가요구됨 장기간투자자금지원, 세재해택및보조금지급을강화하여초기시장형성필요 산학연, 관 민의공동연구개발을장려하여기반기술확보

연료전지 기본개념 및 응용분야

연료전지 기본개념 및 응용분야 신에너지첨단소재및혁신융합기술 - 제 2 강 연료전지기본개념및응용분야 목 차 연료전지의정의 연료전지의역사 연료전지의발전원리 연료전지의종류 연료전지의응용분야 연료전지의국내외기술동향 연료전지의시장규모 결언 들어가며 수소연료전지는친환경적이고, 획기적인에너지원으로서미국의에너지자립도를높일것이다. 이에향후 5 년간 12 억불을투자 ( 국정연설, 03.1) 연료전지자동차와가정용연료전지시스템을