연료전지 혁명: 2025년 수소 에너지가 교통, 에너지, 기술을 변화시키다

연료전지는 실험실을 넘어 청정 에너지 혁명의 중심 무대로 부상했습니다. 2025년, 수소 연료 기반 전력은 산업 전반에 걸쳐 전례 없는 추진력을 얻고 있습니다. 이 장치는 전기를 전기화학적으로—주로 수소를 사용하여—생성하며, 배출가스가 전혀 없고(오직 수증기만 발생) 효율이 높습니다. 모든 주요 경제국들은 이제 연료전지를 배터리와 전력망이 도달하기 어려운 부문의 탈탄소화에 필수적인 기술로 인식하고 있습니다. 각국 정부는 수소 전략을 내놓고, 기업들은 연구개발 및 인프라에 수십억 달러를 투자하고 있으며, 연료전지 차량과 전력 시스템은 점점 더 많이 시장에 출시되고 있습니다. 이 보고서는 오늘날 연료전지의 현황을 심층적으로 살펴보며, 주요 연료전지 유형과 이들의 응용 분야(운송, 고정식 발전, 휴대용 기기 등)를 다룹니다. 최근 기술 혁신이 성능을 개선하고 비용을 절감하는 방법을 검토하고, 연료전지의 환경적 영향과 경제적 타당성을 평가하며, 최신 시장 동향, 정책, 산업 발전을 전 세계적으로 조사합니다. 과학자, 엔지니어, 업계 리더의 시각을 포함하여 앞으로의 길에 대한 기대와 도전 모두를 조명합니다.

연료전지는 새로운 개념이 아닙니다. 초기 알칼리형 연료전지는 아폴로 우주선에 전력을 공급하는 데 사용되었으나, 이제야 비로소 대중적으로 채택될 준비가 되어 있습니다. Dr. Sunita Satyapal 미국 에너지부 수소 프로그램의 오랜 국장은 2025년 인터뷰에서 다음과 같이 밝혔습니다. 정부 지원 연구개발 덕분에 “촉매, 막, 전해조를 포함한 1,000건 이상의 미국 특허”가 가능해졌고, “아마존, 월마트 등 주요 기업에서 운영 중인 약 7만 대의 상업용 수소 연료전지 지게차”와 같은 실질적 성공으로 이어졌으며, 이는 목표 지향적 자금 지원이 “시장 돌파구를 촉진할 수 있다”는 점을 입증합니다. innovationnewsnetwork.com 오늘날의 연료전지는 그 어느 때보다 효율적이고 내구성이 뛰어나며 저렴해졌지만, 여전히 과제가 남아 있습니다. 비용, 수소 인프라, 내구성은 Satyapal에 따르면 여전히 “가장 큰 도전 과제 중 하나”이며, 회의론자들은 진전이 때때로 과장에 미치지 못했다고 지적합니다. 그럼에도 불구하고, 강력한 지원과 혁신 덕분에 연료전지 산업은 상당한 성장과 낙관을 경험하고, 수소 기반 미래의 토대를 마련하고 있습니다. 토요타 수소 수석 엔지니어의 말처럼, “이 길은 결코 쉽지 않았지만, 옳은 길입니다.” pressroom.toyota.com

(아래 섹션에서는 연료전지 혁명의 모든 측면을 최신 데이터와 전 세계 전문가의 인용과 함께 살펴봅니다.)

주요 연료전지 유형

연료 전지는 각각 고유한 전해질, 작동 온도, 최적의 적용 분야를 가진 여러 종류가 있습니다 energy.gov. 주요 범주에는 다음이 포함됩니다:

고분자 전해질막 연료전지(PEMFC) – 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC)는 고체 고분자막을 전해질로, 백금 기반 촉매를 사용합니다. 비교적 낮은 온도(~80°C)에서 작동하여 빠른 시동과 높은 출력 밀도를 제공합니다 energy.gov. PEM 연료전지는 순수 수소(및 공기 중 산소)를 필요로 하며 일산화탄소와 같은 불순물에 민감합니다 energy.gov. 소형·경량 설계로 차량에 이상적이며, 실제로 대부분의 수소 자동차, 버스, 트럭에 PEMFC가 사용되고 있습니다 energy.gov. 자동차 제조사들은 수십 년간 PEM 기술을 개선하며 백금 사용량을 줄이고 내구성을 높여왔습니다.
고체 산화물 연료전지(SOFC) – SOFC는 단단한 세라믹 전해질을 사용하며 매우 높은 온도(600–1,000°C)에서 작동합니다 energy.gov. 이로 인해 내부 개질이 가능하여, 수소, 바이오가스, 천연가스, 심지어 일산화탄소까지 다양한 연료를 내부에서 수소로 전환해 사용할 수 있습니다 energy.gov. SOFC는 약 60%의 전기 효율(열병합 발전 모드에서는 85% 이상)에 도달할 수 있습니다 energy.gov. 높은 작동 온도 덕분에 귀금속 촉매가 필요하지 않습니다 energy.gov. 하지만 극한의 고온으로 인해 시동이 느리고, 재료의 열적 스트레스와 부식 등 문제가 있습니다 energy.gov. SOFC는 주로 고정형 발전(1kW급 소형부터 수 MW급 발전소까지)에 사용되며, 연료 다양성과 효율성이 큰 장점입니다. Bloom Energy와 같은 기업이 데이터 센터와 유틸리티용 SOFC 시스템을 배치하고 있으며, 일본에서는 수만 대의 소형 SOFC가 가정용 열병합 발전에 사용되고 있습니다.
인산형 연료전지(PAFC) – PAFC는 전해질로 액체 인산을, 촉매로는 주로 백금 촉매를 사용합니다. 이들은 오래된 “1세대” 연료전지 기술로, 최초로 상업용 고정식으로 사용된 연료전지입니다 energy.gov. PAFC는 약 150–200°C에서 작동하며, PEMFC보다 불순한 수소(예: 천연가스 개질 수소)에 더 내성이 있습니다 energy.gov. 병원이나 사무실 건물의 현장 발전기, 초기 버스 실증사업 등 고정식 응용 분야에 사용되어 왔습니다 energy.gov. PAFC는 약 40%의 전기 효율(열병합 시 최대 85%)에 도달할 수 있습니다 energy.gov. 단점으로는 크기가 크고 무게가 무거우며, 백금 사용량이 많아 비용이 높다는 점이 있습니다 energy.gov. 오늘날에도 PAFC는 두산 등 기업에서 고정식 발전용으로 생산되고 있으나, 신형 연료전지와 경쟁하고 있습니다.
알칼라인 연료전지(AFC) – 최초로 개발된 연료전지 중 하나로(1960년대 NASA에서 사용), AFC는 수산화칼륨과 같은 알칼리성 전해질을 사용합니다. 성능과 효율이 높으며(우주 응용에서 60% 이상) energy.gov. 하지만 기존 액체 전해질 AFC는 이산화탄소에 매우 민감하여, 공기 중 CO₂만으로도 탄산염이 형성되어 성능이 저하됩니다 energy.gov. 이로 인해 과거에는 밀폐된 환경(우주선 등)이나 정화된 산소가 필요했습니다. 최근에는 알칼라인 막 연료전지(AMFC)와 같이 고분자막을 사용하는 방식이 개발되어 CO₂ 민감도가 줄었습니다 energy.gov. AFC는 비귀금속 촉매를 사용할 수 있어 잠재적으로 저렴합니다. 일부 기업(예: 영국 AFC Energy)은 알칼라인 시스템을 오프그리드 전력 및 전기차 충전용으로 도입하는 등 알칼라인 기술을 재조명하고 있습니다. 그러나 CO₂ 내성, 막 내구성, PEM에 비해 짧은 수명 등 과제가 남아 있습니다 energy.gov. 현재 AFC는 틈새 시장에 사용되지만, 지속적인 연구개발로 소형~중형(수 와트~수 킬로와트) 전력 분야에서 실용화 가능성이 있습니다.
용융 탄산염 연료전지(MCFC) – MCFC는 고온 연료전지(작동 온도 약 650°C)로, 세라믹 매트릭스에 현탁된 용융 탄산염 전해질을 사용합니다 energy.gov. 이 연료전지는 천연가스나 바이오가스를 사용하는 대형 고정식 발전소(예: 유틸리티 발전 또는 산업용 열병합 발전)를 위해 설계되었습니다. MCFC는 니켈 촉매(백금 불필요)를 사용할 수 있으며, 작동 온도에서 탄화수소를 내부 개질하여 수소로 전환할 수 있습니다 energy.gov. 즉, MCFC 시스템은 천연가스와 같은 연료를 직접 공급받아 현장에서 수소를 생성하므로 시스템이 단순해집니다(외부 개질기 불필요) energy.gov. 전기 효율은 60~65%에 달할 수 있으며, 폐열을 함께 사용할 경우 85% 이상의 효율도 달성할 수 있습니다 energy.gov. 가장 큰 단점은 내구성입니다. 뜨겁고, 부식성 탄산염 전해질과 고온으로 인해 부품 열화가 가속화되어, 현재 설계에서는 수명이 약 5년(약 40,000시간)로 제한됩니다 energy.gov. 연구자들은 수명을 연장하기 위해 더 내식성이 강한 소재와 설계를 모색하고 있습니다. MCFC는 한국에서 수백 메가와트 규모로 도입되었으며(한국은 고정식 연료전지 분야 세계 선두주자 중 하나로, 2020년대 중반 기준 1GW 이상의 연료전지 발전 용량을 설치함) fuelcellsworks.com. 미국에서는 FuelCell Energy와 같은 기업이 유틸리티 및 대형 시설을 위해 MCFC 발전소를 제공하며, 종종 천연가스 공급업체와 협력하고 있습니다.
직접 메탄올 연료전지(DMFC) – PEM 연료전지 기술의 하위 집합으로, DMFC는 연료전지 애노드에서 액체 메탄올(보통 물과 혼합됨)을 직접 산화시킵니다 energy.gov. 메탄올에 탄소가 포함되어 있기 때문에 부산물로 CO₂를 생성하지만, 액체 연료라는 편리함을 제공하여 수소보다 취급이 쉽습니다. 메탄올의 에너지 밀도는 압축 수소보다 높지만(휘발유보다는 낮음), 기존 연료 물류를 활용할 수 있습니다 energy.gov. DMFC는 일반적으로 저출력(수십 와트에서 몇 kW)으로, 휴대용 및 원격 응용 분야에 사용됩니다. 예를 들어, 오프그리드 배터리 충전기, 군용 휴대용 전원 팩, 소형 이동 장치 등이 있습니다. 수소 PEMFC와 달리 DMFC는 고압 탱크가 필요 없으며, 연료를 가벼운 병에 담아 운반할 수 있습니다. 그러나 DMFC 시스템은 효율과 출력 밀도가 낮고, 촉매가 중간 반응 생성물에 의해 오염될 수 있습니다. 또한 여전히 귀금속 촉매를 사용합니다. DMFC는 2000년대에 소비자 전자제품(프로토타입 연료전지 휴대폰 및 노트북 등)에서 관심을 받았으나, 현대 리튬 배터리가 이 분야에서 대부분 대체하였습니다. 오늘날 DMFC 및 유사한 휴대용 연료전지는 무거운 배터리나 발전기에 의존하지 않고 장시간 오프그리드 전원이 필요한 곳(예: 군대, 원격 환경 센서 등)에서 사용됩니다. DMFC 시장은 여전히 비교적 작으며(전 세계적으로 수억 달러 규모 imarcgroup.com), 메탄올 연료전지의 성능과 내구성을 개선하기 위한 꾸준한 발전이 이루어지고 있습니다 techxplore.com.

각 연료전지 유형은 특정 용도에 적합한 장점을 가지고 있습니다 – 빠른 시동 자동차 엔진(PEMFC)부터 메가와트급 발전소(MCFC 및 SOFC)까지 다양합니다. 아래 표 1는 주요 특성과 일반적인 용도를 요약합니다:

(표 1: 주요 연료전지 유형 비교 – PEMFC, SOFC, PAFC, AFC, MCFC, DMFC) energy.gov

연료전지 종류	전해질 & 온도	주요 적용 분야	장점	단점
PEMFC	고분자막; 약 80°C	차량(자동차, 버스, 지게차); 일부 고정식 및 휴대용 응용	높은 출력 밀도; 빠른 시동; 소형 energy.gov	순수 H₂와 백금 촉매 필요; 불순물에 민감 energy.gov.
SOFC	세라믹 산화물; 600–1000°C	고정식 발전(마이크로 CHP, 대형 플랜트); 선박, 주행거리 연장기 가능성	연료 다양성(천연가스, 바이오가스 사용 가능); 매우 효율적(60% 이상); 귀금속 불필요 energy.gov.	시동이 느림; 고온 재료 문제; 단열 및 열순환 관리 필요 energy.gov.
PAFC	액체 인산; 약 200°C	고정식 CHP 유닛(200kW급); 초기 버스 시범	성숙한 기술; 개질 연료(일부 CO 포함)에 내성 energy.gov; 우수한 CHP 효율(열 이용 시 85%).	크고 무거움; 백금 사용량 많음(비쌈) energy.gov; 약 40% 전기 효율; 사용 점차 감소.
AFC	알칼리성(KOH 또는 막); 약 70°C	우주 응용; 틈새 휴대용 및 백업 시스템	높은 효율 및 성능(CO₂ 없는 환경에서) energy.gov; 비귀금속 촉매 사용 가능.	CO₂에 취약(개선된 AMFC 버전 제외) energy.gov; 기존 설계는 순수 O₂ 필요; 신형 막 타입은 내구성 개선 중 energy.gov.
MCFC	용융 탄산염; 약 650°C	대규모 발전소; 산업용 CHP(수백 kW~수 MW)	연료 다양성(CH₄ 내부 개질); 높은 효율(약 65% 전기) energy.gov; 저렴한 촉매(니켈) 사용.	부식으로 인한 짧은 수명(약 5년) <a href=”https://www.energy.gov/eere/fuelcells/types-fuel-cells#:~:text=itself%20by%20a%20process%20called,reformingenergy.gov; 매우 높은 작동 온도; 대형 고정식 용도에만 적합(차량에는 적합하지 않음).
DMFC	고분자막(메탄올 공급); 약 60–120°C	휴대용 발전기; 군용 배터리 대체; 소형 이동 장치	액체 메탄올 연료 사용(운반 용이, H₂ 대비 높은 에너지 밀도) energy.gov; 간단한 연료 보충.	낮은 출력 및 효율; 일부 CO₂ 배출; 메탄올 크로스오버 및 촉매 중독 문제.

(참고: 재생/가역 연료전지처럼 역방향으로 전해조로 작동할 수 있는 기타 특수 연료전지 유형이나, 박테리아를 이용해 전력을 생성하는 미생물 연료전지 등도 존재하지만, 이들은 본 보고서의 범위를 벗어납니다. 우리는 위에서 언급한 주요 상업/연구 카테고리에 집중합니다.)

운송 분야의 연료전지

아마도 연료전지가 가장 눈에 띄게 사용되는 분야는 운송일 것입니다. 수소 연료전지 전기차(FCEV)는 빠른 연료 보급과 긴 주행 거리, 그리고 배출가스가 없는 점에서 배터리 전기차를 보완합니다. 2025년에는 연료전지 버스, 트럭, 승용차, 심지어 기차까지도 점점 더 많이 도입되고 있으며, 특히 배터리의 무게나 충전 시간이 문제가 되는 용도에서 두드러집니다. 30개 이상의 업계 CEO 연합이 EU 지도자들에게 보낸 공동 서한에서 언급했듯이, “수소 기술은 도로 운송의 다양화, 회복력, 비용 효율적인 탈탄소화에 필수적”이라고 주장하며, 배터리와 연료전지를 모두 활용하는 이원화 접근법이 “단순 전기화에만 의존하는 것보다 유럽에 더 저렴할 것”이라고 밝혔습니다. hydrogen-central.com

연료전지 자동차 및 SUV

승용 FCEV(예: 토요타 미라이, 현대 넥쏘)는 수년 전부터 시판되고 있습니다. 이들은 PEM 연료전지 스택을 사용해 전기 모터를 구동하며, 배터리 전기차와 유사하지만 3~5분 만에 수소 가스로 재급유할 수 있습니다. 토요타, 현대, 혼다는 전 세계적으로 수만 대의 연료전지 자동차를 도로에 내놓았으며(아직은 배터리 전기차에 비해 틈새 시장이지만), 2025년 기준 전 세계 FCEV 시장 규모는 약 30억 달러로, 연 20% 이상 성장할 것으로 전망됩니다 globenewswire.com. 소비자 수요는 수소 충전 인프라가 구축된 지역(미국 캘리포니아, 일본, 한국, 일부 유럽 국가(독일, 영국 등))에서 가장 높습니다. 예를 들어, 독일은 현재 전국적으로 100개 이상의 수소 충전소가 운영 중이며 globenewswire.com, 일본은 약 160개의 충전소를 보유해 이들 국가가 FCEV의 주요 시장이 되고 있습니다. 프랑스는 70억 유로 규모의 국가 수소 계획을 발표하며, 정부 및 대중교통용 수소버스와 경상용차 도입을 포함하고 있습니다 globenewswire.com.

자동차 제조업체들은 다중 경로 전략의 일환으로 연료전지 기술에 계속 전념하고 있습니다. 도요타는 2025년에 “수소 기반 사회”를 위한 광범위한 로드맵을 제시하며, 연료전지를 미라이 세단을 넘어 대형 트럭, 버스, 심지어 고정식 발전기까지 확장할 계획을 밝혔습니다 pressroom.toyota.com. “도요타의 탈탄소화 노력의 많은 부분이 배터리 전기차에 집중되어 있지만, 수소 연료전지 파워트레인은 여전히 우리의 다중 경로 전략에서 중요한 부분입니다,”라고 회사는 확인했습니다 pressroom.toyota.com. 도요타의 접근법에는 협력적 표준 제정도 포함됩니다: “우리는 전통적으로 경쟁 관계였던 기업들과 협력하여 수소 충전 표준을 개발하고 있습니다… 업계 표준이 우리만의 경쟁 우위보다 더 큰 이익이 된다는 점을 인식했기 때문입니다,”라고 도요타 첨단 모빌리티 수석 엔지니어인 Jay Sackett가 말했습니다 pressroom.toyota.com. 이러한 업계 협력은 연료 충전 프로토콜과 안전 관행의 통일을 목표로 하며, 이는 채택 속도를 높일 수 있습니다.

성능 측면에서 최신 연료전지 자동차는 기존 차량과 맞먹는 수준입니다. 현대 NEXO SUV(2025년형)는 수소 한 번 충전으로 700km 이상 주행 가능하다고 주장합니다 globenewswire.com. 이 차량들은 오염물질을 배출하지 않으며, 유일한 부산물은 물입니다. 미라이는 이를 증명하기 위해 도로에 물을 떨어뜨린 것으로 유명합니다. 자동차 제조사들은 비용 절감에도 힘쓰고 있습니다: 미라이 2세대 모델은 가격이 인하되었고, 중국 제조사들도(대개 정부 보조금과 함께) 저가 모델로 진입하고 있습니다. 그럼에도 불구하고, 연료 인프라는 소비자용 FCEV에 있어 여전히 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐와 같은 과제입니다 – 2025년 기준 전 세계 수소 충전소는 약 1,000개로, 주유소나 전기차 충전소에 비해 매우 적은 수치입니다. 많은 국가들이 충전소 구축에 자금을 지원하고 있습니다; 예를 들어 독일의 H2 Mobility 이니셔티브는 전국적인 수소 고속도로 네트워크를 목표로 하고 있으며, 캘리포니아 주 정부 프로그램도 10,000대 이상의 FCEV를 지원하기 위해 수십 개의 충전소에 보조금을 지급하고 있습니다.

버스 및 대중교통

수소연료전지는 대중교통 버스에서 초기 주요 적용 분야로 주목받아 왔습니다. 버스는 차고지로 돌아오기 때문에(연료 보급이 용이함) 장시간 운행하며, 이는 연료전지의 빠른 연료 보급과 긴 주행거리에 적합합니다. 유럽에서는 2023년 1월 기준 370대의 수소연료전지 버스가 운행 중이었으며, 2025년까지 1,200대 이상으로 확대할 계획입니다 sustainable-bus.com. 이러한 확대는 도시들이 수소버스를 도입할 수 있도록 지원하는 EU의 자금 지원 프로그램(JIVE 및 Clean Hydrogen Partnership 프로젝트 등) 덕분에 가능해졌습니다. 실제로 진전이 나타나고 있습니다. 유럽에서는 2025년 상반기 수소버스 등록 대수가 전년 동기 대비 426% 증가(2025년 상반기 279대, 2024년 상반기 53대)했습니다 sustainable-bus.com. 이들 버스는 일반적으로 PEM 연료전지 시스템(대표적으로 Ballard Power Systems, Toyota, Cummins 등 공급)과 배터리 하이브리드가 결합되어 있습니다. 1회 충전 시 300~400km의 주행거리를 제공하며, 장거리 노선이나 추운 기후에서 배터리 전기버스가 겪는 무게 및 주행거리 한계를 피할 수 있습니다.

런던, 도쿄, 서울, 로스앤젤레스와 같은 도시들은 모두 수소버스를 도입해 운행 중입니다. 예를 들어 비엔나는 도심에 충전 인프라를 설치하지 않기 위해 일부 시내 노선에 수소버스를 선택했습니다. H₂ 버스를 사용함으로써 “더 이상 도심에 충전 인프라가 필요하지 않으며, 빠른 연료 보급과 긴 주행거리 덕분에 더 적은 차량으로 노선을 운행할 수 있어 차량 대수도 줄일 수 있다”고 교통 운영사는 밝혔습니다 sustainable-bus.com. 실제 운행 성과도 고무적입니다. 대중교통 기관들은 연료전지 버스가 디젤 버스와 비슷한 가동률과 연료 보급 시간을 달성하며, 배출가스가 수증기라 대기질 개선에도 도움이 된다고 보고합니다. 주요 단점은 여전히 비용입니다. 연료전지 버스는 디젤 버스의 1.5~2배 가격이지만, 대량 주문과 신모델 출시로 가격이 하락하고 있습니다. 2023년 이탈리아 볼로냐는 130대의 수소버스(Solaris Urbino 모델)를 주문했는데, 이는 현재까지 단일 최대 H₂ 버스 입찰 사례입니다 sustainable-bus.com. 이는 대규모 도입에 대한 신뢰를 보여줍니다. 특히 중국은 이미 수천 대의 연료전지 버스를 운행 중입니다(상하이 등 여러 도시에서 도심 노선 및 2022년 동계올림픽에 투입). 실제로 중국은 전 세계 FCEV 버스의 90% 이상을 차지하며, 강력한 국가 지원 아래 수소 대중교통 및 물류 차량을 빠르게 보급하고 있습니다 globenewswire.com.

산업 전문가들은 연료전지가 장거리 코치와 대형 대중교통 분야를 지배할 것으로 보고 있다.

“수소 연료전지 기술은 장거리 운행에서 ‘포스트 디젤’ 시대의 선호 옵션으로 부상하고 있다”고 Sustainable Bus 매거진은 여러 도시 간 이동용 연료전지 코치 개발 프로젝트를 인용하며 보도했다 sustainable-bus.com. 예를 들어, FlixBus(유럽의 주요 코치 운영사)는 450km 이상의 주행거리를 목표로 연료전지 코치를 시범 운행 중이다 sustainable-bus.com. Van Hool과 Caetano와 같은 제조사들도 H₂ 코치를 개발하고 있다. 대형 운행에서는 내구성 향상이 요구된다. 현재 승용차용 연료전지 스택은 약 5,000~8,000시간을 버티지만, 코치나 트럭은 약 30,000시간 이상이 필요하다. Freudenberg는 버스용 연료전지를 개발하며 “최소 35,000시간의 수명을 목표로 한 전용 대형 설계”를 갖추고 있는데, 이는 상업용 차량에 필요한 내구성의 획기적 향상을 반영한다 sustainable-bus.com. 이는 연료전지가 대중교통 및 화물 운송의 혹독한 운행 주기를 충족할 수 있도록 극복되고 있는 엔지니어링 과제 중 하나다.

트럭 및 대형 운송

대형 트럭은 연료전지의 가장 유망하고 필수적인 적용 분야 중 하나로 여겨집니다. 이 차량들은 장거리 주행, 빠른 연료 보급, 높은 적재 용량이 필요하며, 이러한 부분에서 배터리는 무게와 충전 시간 때문에 어려움을 겪습니다. 연료전지 트럭은 10~20분 만에 수소를 충전할 수 있고, 500km 이상의 주행거리를 위한 충분한 수소를 실을 수 있으며, 동등한 에너지의 대형 배터리 팩보다 수소 탱크가 더 가벼워 적재량도 유지할 수 있습니다. 주요 트럭 제조사들도 프로그램을 운영 중입니다: 다임러 트럭과 볼보는 트럭용 연료전지 시스템 생산을 위한 합작회사(cellcentric)를 설립했으며, 이 10년 후반에 대량 생산을 목표로 하고 있습니다. 니콜라, 현대, 도요타, 하이존 등도 2025년에 도로 위에서 프로토타입 또는 초기 상용 연료전지 세미트럭을 선보일 예정입니다. 유럽 수소 모빌리티 얼라이언스는 “대형 장거리 트럭 운송이 수소 자동차의 주요 활용 사례이며, 대형 연료전지 시스템이 핵심 기술”이라고 단언했습니다hydrogen-central.com. 이러한 견해는 다임러 트럭 CEO인 카린 로드스트롬의 발언에서도 드러납니다. 그는 “수소 트럭은 배터리 전기 트럭을 완벽하게 보완합니다. 장거리, 빠른 연료 보급, 그리고 유럽에 큰 기회를 제공합니다. 우리는 수소 기술을 선도하고 있으며, 지금 전 가치사슬에 걸쳐 행동한다면 그 우위를 유지할 수 있습니다.” hydrogen-central.com 그녀의 발언은 유럽 제조사들이 연료전지 기술에 막대한 투자를 해왔으며(다임러는 1990년대에 연료전지 연구개발을 시작), 리더십을 내줄 생각이 없음을 강조합니다. 하지만 이들은 정책 입안자들에게 수소 트럭 인프라를 지금 구축해 그 우위를 활용할 것을 촉구하고 있습니다.

실제 현장 시험이 이 개념을 입증하고 있습니다. 현대는 2020년부터 스위스에 47대의 수소 연료전지 대형 트럭(XCIENT 모델) 차량을 배치했으며, 2025년까지 이 트럭들은 총 400만 km 이상의 운행 기록을 달성했습니다. 이를 바탕으로, 현대자동차 부회장 장재훈은 유럽에서 자사의 수소 트럭이 “총 1,500만 킬로미터 이상을 주행… 상업 물류에서 수소의 신뢰성과 확장성을 모두 입증했다”고 발표했습니다. hydrogen-central.com 이는 연료전지 트럭이 강도 높은 일상 운행을 감당할 수 있다는 강력한 증거입니다. 북미에서는 스타트업 니콜라가 초기 고객에게 연료전지 세미 트럭을 납품했으며(회사는 재정적 어려움과 2023년 구조조정을 겪었음 h2-view.com). 도요타는 로스앤젤레스 항만에서 드레이지(단거리 운송)용으로 수소 연료전지 클래스-8 트럭(미라이 기반 연료전지 스택 사용)을 제작했으며, 약 30대의 수소 트럭이 롱비치의 전용 수소 “Tri-Gen” 플랜트에서 연료를 공급받아 화물을 운송하고 있습니다 pressroom.toyota.com. 이 플랜트는 FuelCell Energy와 함께 건설되었으며, 현장에서 재생 바이오가스를 수소, 전기, 물로 전환합니다 – 하루 최대 1,200kg의 수소와 2.3MW의 전력을 생산합니다 pressroom.toyota.com. 이 수소는 도요타 트럭과 승용 FCEV 모두에 연료로 공급되고, 전기는 항만 운영에 사용되며, 부산물인 물은 선박에서 하역된 차량 세차에까지 활용됩니다 pressroom.toyota.com. 도요타는 이 시스템만으로도 항만에서 “연간 9,000톤의 CO₂ 배출을 상쇄한다”고 강조했으며, 이는 디젤 트럭이 배출했을 양을 대체하는 것입니다 pressroom.toyota.com. “매일 최대 2만 번의 기회가 수소 연료전지 트럭으로 대기질을 개선할 수 있습니다,”라고 도요타의 제이 새킷은 언급하며, LA/롱비치 항만에서 디젤 트럭이 대체될 수 있는 일일 운행 횟수를 지적했습니다 pressroom.toyota.com.

트럭용 수소 연료 보급은 파트너십을 통해 촉진되고 있습니다. EU에서는 여러 기업이 H2Accelerate 이니셔티브를 출범하여 2020년대 후반 장거리 트럭을 위한 수소 화물 회랑과 충전소의 동시 구축을 추진하고 있습니다. 캘리포니아 에너지 위원회는 드레이지(단거리 운송) 및 궁극적으로 내륙 물류 허브로 가는 장거리 노선을 지원하기 위해 하루 수십 대의 트럭에 연료를 공급할 수 있는 대용량 수소 트럭 충전소 여러 곳에 자금을 지원하고 있습니다. 중국 정부는 일부 성에서 보조금과 의무 규정을 통해 연료전지 트럭을 적극적으로 장려하고 있으며, 2025년까지 5만 대의 연료전지 차량 도로 운행 및 2030년까지 10만~20만 대 운행, 그리고 1,000개의 수소 충전소 설치를 목표로 하고 있습니다 globenewswire.com. 이미 중국은 중장비 연료전지 트럭을 제철소 운영 및 광산에 투입하여, 국내 기술(웨이차이, REFIRE 등 기업이 연료전지 시스템 제공)을 활용하고 있습니다.

기차, 선박, 항공기

도로 차량을 넘어, 연료전지는 다른 운송 수단에서도 역할을 찾고 있습니다:

기차: 여러 대의 수소 연료전지 여객 열차가 현재 운행 중이며, 이는 철도 탈탄소화의 중요한 이정표입니다. 특히, 알스톰의 Coradia iLint 연료전지 열차는 2018년 독일에서 상업 운행을 시작했으며, 2022년에는 니더작센 주의 지역 노선에서 디젤 열차를 대체해 운행 중입니다. 2022년에는 프랑크푸르트 지역에서 알스톰 연료전지 열차 14대가 운행을 시작했고, 이탈리아, 프랑스, 영국에서도 시범 사업이 진행 중입니다. 이 열차들은 수소를 탱크에 실어 1회 충전으로 1,000km 이상 주행할 수 있어, 전철화되지 않은 노선(유럽 철도망의 약 절반)에 적합합니다. 연료전지 열차는 저교통 노선에서 비용이 많이 드는 전기선 설치가 필요 없습니다. 2025년 기준, 유럽은 수소 열차 확대를 약속했습니다. 예를 들어, 이탈리아는 롬바르디아 지역에 연료전지 열차 6대 주문, 프랑스는 알스톰 차량을 테스트 중, 영국은 HydroFLEX 열차를 시험 운행했습니다. 미국에서는 개발 속도가 느리지만, 스타들러 등 기업이 캘리포니아에 수소 열차를 공급하고 있습니다. 중국도 2021년 수소 기관차 시제품을 공개했습니다. 화물 부문에서는 광산 기업 앵글로 아메리칸이 2MW 연료전지 하이브리드 기관차를 2022년에 선보였습니다. 요약하면, 연료전지는 배터리가 너무 무겁거나 주행거리가 부족한 철도 노선에서 그 가치를 입증하고 있습니다.
해양 (선박 및 보트): 해양 분야에서는 연료전지를 보조 및 주 동력원으로 모두 탐색하고 있습니다. 소형 여객 페리와 선박이 초기 도입자였습니다. 2021년, 노르웨이의 MF Hydra는 세계 최초의 액체 수소 연료전지 페리로, 1.36MW Ballard 연료전지 시스템을 탑재해 자동차와 승객을 운송했습니다. 일본은 연료전지 페리(HydroBingo)를 시험 운항했으며, 연안 운송에 수소 도입을 모색하고 있습니다. 유럽연합은 H2Ports, FLAGSHIPS와 같은 프로젝트에 자금을 지원하여 항만에서 H₂ 선박과 수소 벙커링을 시연하고 있습니다. 대형 선박의 경우, 현재로서는 암모니아 또는 메탄올과 같은 수소 유래 연료를 연료전지와 함께 사용하는 것이 합의된 방향입니다(적절한 설계로 ‘분해’하거나 연료전지에서 직접 사용 가능). 예를 들어, 노르웨이의 크루즈 운영사 Hurtigruten은 2026년까지 친환경 암모니아를 사용하는 SOFC 크루즈선을 개발 중입니다. 또 다른 틈새 시장은 수중 차량 및 잠수함입니다. 연료전지(특히 PEM)는 조용하고 공기 독립적인 동력을 제공할 수 있으며, 독일의 Type 212A 잠수함은 은밀한 작전을 위해 수소 연료전지를 사용합니다. 장거리 컨테이너선은 단기적으로 암모니아 또는 메탄올을 연소하는 내연기관에 의존할 가능성이 높지만, 연료전지는 항만 기동 보조용으로 활용되거나, 수 MW급 고출력 연료전지가 개발되면 점차 확대될 수 있습니다. 안전 및 저장 문제가 해결되면, 연료전지는 선박에 디젤 엔진의 소음과 진동 없이 무공해 추진의 가능성을 제공합니다.
항공: 항공은 탈탄소화가 가장 어려운 분야이며, 수소 연료전지는 특정 틈새 시장을 위해 활발히 연구되고 있습니다. 연료전지가 점보 제트를 직접 구동할 가능성은 거의 없지만(수소 연소 또는 다른 연료가 그 역할을 할 수 있음), 소형 항공기나 하이브리드 시스템의 일부로서는 잠재력이 있습니다. 여러 스타트업(ZeroAvia, Universal Hydrogen, H2Fly)이 수소 연료전지로 프로펠러를 구동하는 소형 비행기를 개조해 비행에 성공했습니다. 2023년, ZeroAvia는 두 개의 엔진 중 하나를 연료전지-전기 파워트레인으로 교체한 19인승 시험기(도르니에 228)를 비행시켰습니다. 이들의 다음 목표는 2027년까지 40~80인승 지역 항공기를 수소로 운항하는 것입니다. 에어버스는 세계 최대의 항공기 제조사로, 처음에는 수소 연소 터빈을 연구했으나 2023년에는 ZEROe 프로그램의 주요 경로로 “완전 전기식, 수소 연료전지 엔진을 탑재한 항공기”에 초점을 전환한다고 발표했습니다 airbus.com. 2025년 6월, 에어버스는 엔진 제조사인 MTU Aero Engines와 항공용 연료전지 추진 기술 개발 및 성숙을 위한 대규모 파트너십을 체결했습니다. “미래 수소 항공기를 위한 완전 전기식 연료전지 추진에 집중하는 것은 이 분야에 대한 우리의 자신감과 진전을 보여줍니다,”라고 Bruno Fichefeux 에어버스 미래 프로그램 책임자가 밝혔습니다 airbus.com. “MTU와의 협업을 통해 지식을 모으고, 핵심 기술의 성숙을 가속화하며, 궁극적으로 미래 상업용 항공기를 위한 혁신적인 수소 추진 시스템을 제공할 수 있을 것입니다. 우리는 함께 이를 적극적으로 개척하고 있습니다.” airbus.com 마찬가지로, MTU의 Dr. Stefan Weber는 “사실상 배출이 없는 비행을 가능하게 하는 혁신적 추진 개념”에 대한 비전을 강조하며, 이번 공동 노력이 연료전지 항공기 상용화의 핵심 단계라고 밝혔습니다 airbus.com. 이 파트너십은 수년간의 로드맵을 그립니다: 먼저 부품(고출력 연료전지 스택, 극저온 H₂ 저장 등)을 개선하고, 이후 실물 크기 연료전지 파워트레인의 지상 테스트를 거쳐, 2030년대에 인증 가능한 항공용 연료전지 엔진을 목표로 합니다 airbus.com. 초기 적용 대상은 소형 지역 항공기가 될 가능성이 높지만, 단일 통로의 단거리 항공기로 확장하는 것이 궁극적인 목표입니다. 연료전지는 물만 배출하며, 순항 고도에서 높은 효율성을 갖는 장점이 있습니다. 과제는 무게(연료전지 및 모터 vs. 터보팬 엔진)와 충분한 수소(아마도 액체 수소 형태)를 항공기에 저장하는 것입니다. 에어버스의 공개적 약속은 이러한 과제가 해결될 수 있다는 강한 신념을 보여줍니다. 한편, 연료전지s는 항공기에서 다른 방식으로도 사용되고 있습니다: APU(보조 동력 장치)로서 기내 전기를 조용하게 공급하거나, 승무원을 위한 물을 생성하는 데(재생 연료 전지) 사용되고 있습니다. NASA와 기타 기관들은 전기 항공기의 에너지 저장 수단으로 재생 연료 전지를 사용하는 방안을 연구해 왔습니다. 전반적으로 수소 항공기는 아직 초기 단계이지만, 2020년대 후반에는 에어버스, MTU, 보잉, 유니버설 하이드로젠과 같은 기업들이 연구개발과 시제품 테스트를 강화함에 따라 연료 전지로 구동되는 항공기가 상업 노선에 처음 투입될 것으로 보입니다.
드론 및 특수 차량: 더 작지만 성장 중인 분야는 연료전지 드론 및 특수 차량입니다. Intelligent Energy와 Doosan Mobility와 같은 기업들은 드론용 PEM 연료전지 파워팩을 개발하여 리튬 배터리보다 훨씬 긴 비행 시간을 가능하게 했습니다. 수소 드론 키트는 UAV가 배터리로 20~30분 비행하는 것에 비해 2~3시간 동안 비행할 수 있게 하여, 감시, 지도 제작, 배송 등에서 큰 가치를 제공합니다. 2025년, 한국은 심지어 5kg의 화물을 1시간 이상 운반하는 수소 연료전지 멀티콥터 드론을 시연했습니다. 지상에서는 연료전지가 앞서 언급한 지게차와 공항 장비(견인 트랙터, 냉장 트럭)에도 동력을 공급하는데, 이 분야에서는 배터리 교체가 번거롭기 때문입니다. 자재 운반 분야는 조용히 연료전지 성공 사례가 되었으며: 7만 대 이상의 연료전지 지게차가 현재 창고에서 매일 사용되고 있습니다 innovationnewsnetwork.com, 이는 기업에 “창고 환경에서의 제로 배출”과 더 높은 생산성(배터리 충전 대기 시간 없음)을 제공합니다. Walmart와 Amazon 같은 대형 소매업체들은 Plug Power와 같은 공급업체를 통해 이에 대규모로 투자했습니다. 이러한 초기 도입은 연료전지가 고유의 장점(빠른 연료 보충, 연속 동력)이 배터리나 엔진을 능가하는 틈새 시장을 찾을 수 있음을 보여줍니다.

요약하면, 연료전지는 승용차에서 대형 차량, 심지어 하늘까지 운송 전반에 걸쳐 점차 진입하고 있습니다. 대형 운송 분야는 명확한 강점이 있으며, 전문가들은 수소 연료전지가 “운송 탈탄소화에 필수적인 역할, 특히 배터리 전기 옵션이 충분하지 않은 분야에서” hydrogen-central.com를 할 것이라고 널리 동의합니다. 향후 몇 년이 그 범위를 결정할 것이며, 이는 충분한 수소 충전 인프라 구축과 차량 가격 인하를 위한 규모의 경제 달성에 달려 있습니다. 그러나 공공 차량, 화물 운송, 틈새 시장에서 연료전지 차량의 존재는 이미 수소 수요를 촉진하고 기술을 대중화하는 데 기여하고 있습니다. Oliver Zipse BMW CEO의 말처럼: “오늘날의 맥락에서 수소는 단순한 기후 솔루션이 아니라 회복력의 원동력입니다. … BMW에서는 수소 없이는 완전한 탈탄소화나 경쟁력 있는 유럽 모빌리티 산업이 불가능하다는 것을 알고 있습니다.” hydrogen-central.com

연료전지를 이용한 고정형 발전

수소차가 주목을 받는 동안, 고정형 연료전지 시스템은 우리가 전력을 생산하고 사용하는 방식을 조용히 변화시키고 있습니다. 연료전지는 가정, 건물, 데이터 센터, 심지어 전력망에 청정하고 효율적인 전기와 열을 공급할 수 있습니다. 연료전지는 연소 발전기(및 그에 따른 배출/소음)에 대한 대안이 될 수 있으며, 재생에너지 비중이 높은 전력망에 필요할 때 공급 가능한 전력을 제공해 안정성을 높일 수 있습니다. 주요 고정형 적용 분야는 다음과 같습니다:

백업 전원 및 원격 전원 – 통신 타워, 데이터 센터, 병원, 군사 시설 등은 신뢰할 수 있는 백업 전원이 필요합니다. 전통적으로는 디젤 발전기가 이 역할을 해왔지만, 연료전지 대안(수소 또는 액체 연료 사용)이 무배출 백업을 위해 점점 더 인기를 얻고 있습니다. 예를 들어, Verizon과 AT&T는 배터리 UPS 시스템보다 더 오랜 시간 가동을 위해 통신 타워에 수소 연료전지 백업을 도입했습니다. 2024년, Microsoft는 3MW 연료전지 발전기를 데이터 센터 백업용 디젤 발전기 대체용으로 현장 생산 수소로 가동하는 데 성공했다고 발표했습니다 carboncredits.com. 연료전지는 즉시 시동이 가능하고 엔진에 비해 유지보수가 거의 필요 없습니다. 또한 실내 시설(또는 도심 지역)에서는 무배출 운전이 큰 장점입니다 – CO₂, NOx, 미세먼지 오염이 없습니다. 미국과 유럽의 통신 업계는 특히 소음이나 환경 규제로 디젤 사용이 제한되는 곳에서 연료전지를 도입하기 시작했습니다. SFC Energy나 GenCell과 같은 소형 휴대용 연료전지 발전기는 군사 전초기지나 재난 구호 작전 등 원격지 전원 공급에도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 미 육군 프로젝트에서는 연료전지 발전기가 장착된 “H2Rescue” 트럭을 재난 지역에 투입하는데 – 이 트럭은 25kW 전력을 72시간 연속 공급할 수 있으며 최근 한 번의 수소 충전으로 1,806마일 주행 세계 기록을 세웠습니다 innovationnewsnetwork.com. 이러한 역량 덕분에 연료전지는 긴급 대응 기관에서 회복력 있는 백업 전원으로 주목받고 있습니다.
주거 및 상업용 마이크로 CHP – 일본과 한국에서는 수만 가구에 마이크로 연료전지 열병합발전(CHP) 유닛이 설치되어 있습니다. 일본의 장기 Ene-Farm 프로그램(파나소닉, 도시바 등 지원)은 2009년 이후 40만 대 이상의 PEMFC 및 SOFC 가정용 유닛을 보급했습니다. 이 유닛들(전기 출력 약 0.5~1kW)은 가정용 전기를 생산하고, 폐열은 온수나 난방에 활용되어 전체 효율이 80~90%에 달합니다. 보통 소형 개질기를 통해 천연가스에서 추출한 수소로 작동합니다. 현장에서 전기를 생산함으로써 전력망 부하와 탄소발자국을 줄일 수 있습니다(특히 재생에너지 기반 가스와 결합할 경우). 한국도 주택용 연료전지에 인센티브를 제공합니다. 유럽과 미국도 시범 사업(예: 독일 KfW 프로그램의 연료전지 마이크로 CHP 유닛 등)을 진행 중이지만, 초기 비용이 높고 천연가스 가격이 역사적으로 낮아 보급이 더딥니다. 그러나 기후 변화 대응을 위해 천연가스 난방이 단계적으로 중단되면, 연료전지 CHP는 특히 그린 수소나 바이오가스를 연료로 사용할 경우 효율적인 가정 에너지의 틈새 시장을 차지할 수 있습니다.
주요 발전 및 유틸리티 규모 연료전지 발전소 – 연료전지는 메가와트 규모의 발전소로 집적되어 전력망에 전기를 공급하거나 공장/병원/대학교 캠퍼스에 전력을 공급할 수 있습니다. 장점으로는 높은 효율, 매우 낮은 배출가스(특히 수소나 바이오가스를 사용할 경우), 그리고 다른 발전소에 비해 작은 설치 면적이 있습니다. 예를 들어, 한국 화성시의 59MW 연료전지 파크(POSCO Energy MCFC 유닛 사용)는 수년간 전력망에 전기를 공급해왔습니다 researchgate.net. 한국은 이 분야의 세계 선두주자입니다: 1GW 이상의 고정형 연료전지 용량이 설치되어 도시 및 산업 현장에 분산 전력을 공급하고 있습니다 fuelcellsworks.com. 한 가지 동인은 한국의 재생에너지 목표입니다 – 연료전지는 특정 규정 하에서 청정에너지로 인정받으며, 석탄/디젤 발전기를 대체함으로써 지역 대기질도 개선합니다. 미국에서는 Bloom Energy(SOFC 시스템)와 FuelCell Energy(MCFC 시스템)와 같은 기업들이 1MW에서 약 20MW까지 유틸리티 및 대형 기업 캠퍼스를 위한 프로젝트를 구축해왔습니다. 2022년, Bloom과 SK E&S는 한국에서 80MW 규모의 Bloom SOFC 설치를 개시했습니다 – 세계 최대 연료전지 어레이입니다 bloomenergy.com. 특히, 이 시스템들은 부하 추종이 가능하며 일부는 열병합(지역난방 또는 산업용 증기에 유용)도 제공합니다. 유럽에서는 연료전지 발전소가 아직 적지만 증가 추세에 있으며 – 독일, 이탈리아, 영국 등에서 한 자릿수 MW 규모의 설치가 이루어지고 있으며, 종종 바이오가스를 사용하는 PEM 또는 SOFC 유닛이 사용됩니다. 2025년, 노르웨이 Statkraft는 40MW 수소 연료전지 발전소(재생에너지 보완용)를 계획했으나, 비용 문제로 일부 신규 수소 프로젝트를 보류했습니다 ts2.tech. 최근 추세는 연료전지가 분산 에너지 자원 믹스의 일부가 되어, 오염이 적은 신뢰성 높은 전력을 제공한다는 점입니다. 또한 간헐적인 재생에너지를 보완하기도 합니다; 예를 들어, 연료전지는 잉여 태양광/풍력으로 생산된 수소(직접 또는 연결된 전해조를 통해)를 사용하고, 재생에너지 출력이 낮을 때 가동되어 사실상 에너지 저장 역할을 합니다. 이러한 “전력-수소-전력(Power-to-Hydrogen-to-Power)” 개념이 마이크로그리드에서 시험되고 있습니다. 미국 국립재생에너지연구소는 2024년 콜로라도 캠퍼스에 1MW 규모의 PEM 연료전지 시스템(도요타 제공)을 설치하여, 연료전지를 활용한 에너지 회복력 강화 및 태양광/저장장치와의 통합 연구를 진행 중입니다 pressroom.toyota.com.
산업 및 상업용 CHP – 주택을 넘어, 더 큰 연료전지 CHP 시스템은 병원, 대학, 기업 시설에서 사용됩니다. 1.4MW PAFC 플랜트는 병원에 전력을 공급하고 폐열로 증기를 제공하여 전체 효율이 80%를 넘길 수 있습니다. 예일과 캘리포니아 주립대와 같은 대학들은 캠퍼스 내에서 수 MW급 연료전지 플랜트(FuelCell Energy MCFC 유닛)를 운영하여 전력망 의존도와 배출량을 줄이고 있습니다. IBM, Apple, eBay와 같은 기업들은 데이터 센터에 연료전지 팜을 설치했습니다(예: Apple은 노스캐롤라이나에 주로 바이오가스를 연료로 하는 10MW Bloom Energy 연료전지 팜을 보유). 이들은 현장에서 청정 전력을 공급할 뿐만 아니라 백업 및 전력망 지원 역할도 합니다. 정부는 인센티브를 통해 이러한 프로젝트를 장려합니다. 미국에서는 연료전지에 대한 연방 투자세액공제(ITC, 30% 공제)가 최소 2025년까지 갱신되었고 fuelcellenergy.com, 캘리포니아와 같은 주에서는 SGIP를 통해 추가 크레딧을 제공합니다. 유럽에서는 일부 국가가 열병합 연료전지 유닛에 대해 발전차액지원제도(feed-in tariff)나 보조금을 지급합니다. 그 결과, 고정형 연료전지 설치는 2023–2024년에 연간 약 400MW가 추가되며 사상 최대치를 기록할 전망이고, 2030년대에는 전 세계적으로 연간 1GW 이상이 예상됩니다 fuelcellsworks.com. 이는 전력 산업 전체로 보면 아직 소규모이지만, 성장 속도는 빨라지고 있습니다.
전력망 균형 및 전력 저장 – 연료전지의 새로운 응용 분야는 재생에너지 비중이 높은 전력망의 균형을 맞추는 것입니다. 태양광/풍력이 많은 지역에서는 수소 에너지 저장을 모색하고 있습니다. 잉여 전력이 있을 때 물을 전기분해해 수소로 만들고, 이를 저장했다가 수요가 높거나 재생에너지 출력이 낮을 때 연료전지에 공급해 다시 전기를 생산합니다. 이 모드에서 연료전지는 매우 빠르게 반응하는 무배출 피커 플랜트 역할을 합니다. 예를 들어, 미국 유타주(Intermountain Power)에서는 2030년까지 수백 MW 규모의 가역형 고체산화물 연료전지를 도입해 전기분해와 발전을 전환하며, 수소 동굴에 에너지를 저장해 로스앤젤레스의 100% 청정에너지 달성을 지원할 계획입니다. 유럽의 전력회사들도 이와 유사한 소규모 파일럿 시스템을 시험 중입니다. 배터리 저장은 일반적으로 단기(수 시간) 균형을 담당하지만, 수소 + 연료전지는 수일 또는 계절 간의 공백을 메울 수 있습니다. 이는 전력망의 완전한 탈탄소화에 필수적입니다. 미국 에너지부의 Hydrogen Earthshot은 수소 비용을 낮춰 이러한 장기 저장을 경제적으로 만드는 것을 목표로 합니다. Dr. Sunita Satyapal은 “수소는 수주 또는 수개월 동안 에너지를 저장할 수 있는 몇 안 되는 옵션 중 하나”라고 언급하며, 더 깊은 재생에너지 통합을 가능하게 한다고 했습니다 iea.org iea.org.

정책 지원도 고정형 연료전지를 촉진하고 있습니다. 예를 들어, 뉴욕주는 2025년에 혁신적인 수소 연료전지 프로젝트를 위한 370만 달러의 자금 지원을 발표하여 그리드 신뢰성을 높이고 산업의 탈탄소화를 추진하고 있습니다 nyserda.ny.gov. “호출 주지사 하에 뉴욕은 청정 에너지를 제공하기 위해 첨단 연료를 포함한 모든 자원을 검토하고 있습니다.”라고 도린 해리스 NYSERDA CEO는 수소 연료전지에 대한 투자를 “화석연료 의존도를 줄이고, 그리드 신뢰성에 기여하며, 우리 지역사회를 더 건강하게 만들 수 있는 높은 가치의 제안”이라고 밝혔습니다. nyserda.ny.gov 이 프로그램은 “균형 잡힌 전력망을 위한 확실한 용량”으로 활용되거나 산업 공정을 탈탄소화할 수 있는 연료전지 시스템 설계를 모집하고 있습니다 nyserda.ny.gov. 이는 연료전지가 배출 없이 필요할 때 전력(용량)을 제공할 수 있음을 인식한 것으로, 석탄 발전소가 퇴출되는 상황에서 점점 더 중요한 특성입니다. 마찬가지로, 미국 수소 연합은 뉴욕과 같은 주가 “목표를 명확히 한 주 차원의 행동이 회복력 있고 저탄소 에너지 경제로의 국가적 진전을 가속화할 수 있음을 보여주고 있다”고 언급하며, 그리드 및 산업용으로 확장 가능한 연료전지 기술을 발전시키고 있다고 밝혔습니다 nyserda.ny.gov. 아시아에서는 일본의 새로운 수소 전략(2023)이 전력과 모빌리티 모두에서 연료전지의 활용 확대를 요구하고 있으며, 중국의 14차 5개년 계획은 수소를 산업 탈탄소화와 에너지 안보 지원의 핵심으로 명시적으로 포함하고 있습니다 payneinstitute.mines.edu.

요약하자면, 고정형 연료전지는 파일럿 단계를 넘어 실질적 보급 단계로 꾸준히 이동하고 있습니다. 이들은 청정 비상 전력 공급, 열 회수를 통한 현장 발전(효율성 향상), 그리고 잠재적으로 간헐적 재생에너지와 신뢰성 있는 전력망을 잇는 다리 역할 등 중요한 역할을 수행합니다. 또한 전력 생산을 분산시켜 회복력을 높이는데, 이는 2021년 텍사스 정전 사태와 같은 사건 이후 큰 관심사입니다. 비용이 하락하고 연료(특히 그린 수소나 바이오가스)의 공급이 개선됨에 따라, 앞으로 더 많은 건물과 주요 시설에 연료전지가 전력을 공급할 것으로 기대할 수 있습니다. 실제로 2030년대에는 연료전지가 전 세계적으로 수 기가와트의 분산 발전 용량을 차지하며, 조용하지만 중요한 청정 에너지 인프라의 한 축을 형성할 전망입니다.

휴대용 및 오프그리드 연료전지 응용 분야

모든 연료전지가 대형이거나 차량에 장착되는 것은 아니며, 중요한 개발 분야 중 하나는 오프그리드, 소비자 또는 군사용 휴대용 연료전지입니다. 이들은 주머니 크기의 충전기부터 휴대 가능한 1~5kW 발전기까지 다양합니다. 그 매력은 무거운 배터리나 오염을 유발하는 소형 엔진 없이 외딴 곳이나 기기에 전기를 공급할 수 있다는 점입니다.

군사 및 전술적 사용: 야전의 군인들은 무전기, GPS, 야간 투시경 및 기타 전자기기를 작동시키기 위해 무거운 배터리를 휴대합니다. 액체 연료로 작동하는 연료전지는 소형 카트리지에서 필요할 때 전력을 생산함으로써 그 짐을 덜어줄 수 있습니다. 미 육군은 메탄올 및 프로판 연료전지 유닛을 휴대용 배터리 충전기로 테스트한 바 있습니다. 예를 들어, 20파운드의 예비 배터리 대신 3파운드의 연료전지와 연료 캔 몇 개만 들고 다닐 수 있습니다. UltraCell(ADVENT) 및 SFC Energy와 같은 회사들은 군사용으로 50~250W급 유닛을 공급합니다. 2025년, SFC Energy는 최대 100W 출력(2,400Wh 에너지 용량)의 차세대 휴대용 전술 연료전지를 공개했습니다. 이는 이전 모델 대비 약 2배의 출력입니다(fuelcellsworks.com). 이러한 메탄올 연료 시스템은 며칠 동안 조용하게 전력을 공급할 수 있어 은밀 작전이나 센서 전초기지에 매우 유용합니다. 예를 들어 독일 연방군은 야전 부대의 배터리 충전을 위해 SFC의 “Jenny” 연료전지를 널리 채택했으며, 배터리 물류가 크게 줄었다고 밝혔습니다. 미국, 영국 등도 “휴대용” 연료전지 개발 프로그램을 운영 중입니다. 주로 사용되는 연료는 메탄올이나 포름산(편리한 수소 운반체)이며, 일부 실험적 설계는 화학 수소화물 팩을 이용해 즉석에서 수소를 생성하기도 합니다. 이러한 장치가 더욱 견고해지고 에너지 밀도가 높아지면, 현재 군과 긴급구조대가 사용하는 소형 가솔린 발전기와 대형 배터리 팩 상당수를 대체할 수 있을 것입니다.
레저 및 캠핑: 캠핑 연료전지 발전기라는 틈새 소비자 시장이 등장했습니다. 이는 본질적으로 DMFC 또는 PEM 시스템으로, 가스 발전기와 달리 조용하고 매연 없이 RV나 오두막에 전력을 공급할 수 있습니다. 예를 들어, Efoy(SFC Energy 제공)는 RV 소유자, 보트 이용자, 오두막 사용자에게 판매되는 메탄올 연료전지 유닛(45~150W 연속)을 제공합니다. 이들은 배터리 뱅크를 자동으로 충전하며, 일주일 동안 몇 리터의 메탄올만 소비해 오프그리드 조명과 가전제품 전력을 제공합니다. 시끄러운 발전기를 돌리거나 태양광 패널을 운반하는 대신, 가끔 메탄올 카트리지만 교체하면 되는 편리함 덕분에 특히 유럽에서 소수지만 꾸준한 고객층을 확보하고 있습니다. 이 유닛들은 요트에서도 매력적입니다. 장거리 항해 시 조용하게 배터리를 충전할 수 있기 때문입니다.
개인 전자기기 충전기: 수년간 기업들은 노트북, 휴대폰, 기타 기기를 충전하거나 구동할 수 있는 소형 연료전지를 시연해 왔습니다. 예를 들어, Brunton과 Point Source Power는 수소 및 프로판 연료전지 캠핑 충전기를 선보였고, Toshiba는 2005년에 DMFC 프로토타입 노트북을 공개한 바 있습니다. 보급은 제한적이었는데, 리튬 배터리가 크게 발전하면서 연료전지 충전기는 대부분의 소비자에게 매력적이지 않았기 때문입니다. 하지만 이 개념은 특히 비상 대비용(캠프 스토브 연료로 작동하는 소형 연료전지 랜턴/USB 충전기 등)으로 여전히 등장하고 있습니다. 예를 들어, Lilliputian Systems는 부탄 연료전지 휴대폰 충전기(Nectar)를 개발해 FCC 승인까지 받았지만, 대중 시장에는 진출하지 못했습니다. 잠재력은 여전히 존재하며, 휴대용 연료전지가 특정 사용자(예: 현장 기자, 탐험대 등)에게 더 긴 기기 사용 시간을 제공할 수 있습니다. 더 유망한 접근법은 수소 카트리지를 사용하는 것일 수 있습니다. 기업들은 소형 금속 수소화물 또는 화학적 수소 카트리지(캔 음료 크기 정도)를 검토 중이며, 이를 통해 소형 PEM 연료전지로 노트북을 수십 시간 구동할 수 있습니다. 2024년, Intelligent Energy는 드론용 수소 연료전지 주행거리 확장기 프로토타입을 출시했고, 노트북용 유사 기술도 암시했습니다. 수소 저장과 안전성이 성공적으로 소형화된다면, USB 기기가 확산되는 만큼 주류 전자기기를 위한 상업용 연료전지 충전기가 마침내 등장할 수도 있습니다.
드론 및 로보틱스: 운송 섹션에서 수소 드론을 언급했지만, 전원 공급원 관점에서 보면 이들 역시 휴대용 연료전지입니다. 고부가가치 드론 작업(감시, 지도 제작, 배송 등)은 연료전지가 제공하는 더 긴 비행 시간의 이점을 누릴 수 있습니다. 1~5kW급 연료전지 팩이 멀티콥터 및 소형 항공기 드론에 통합되어 왔습니다. 2025년, 한국 두산모빌리티의 수소 드론은 연료전지와 고밀도 수소 저장을 활용해 13시간(멀티로터 구성) 비행 기록을 세웠습니다. 이는 일반적으로 20~30분마다 배터리를 교체해야 하는 파이프라인 점검이나 수색구조 드론 등에서 판도를 바꿀 수 있습니다. 또 다른 예로, NASA 제트추진연구소는 연료전지로 구동되는 화성 비행기 개념을 실험했는데, 연료전지의 장시간 운용 능력 덕분에 UAV가 화성 표면의 넓은 지역을 탐사할 수 있습니다(화성에서는 재급유가 불가능하므로 수소는 화학 수소화물을 사용). 지구에서는 연료전지가 일부 자율 로봇 및 지게차의 동력원으로도 사용되고 있습니다. 빠른 재급유와 배기가스가 없다는 점 덕분에, 창고에서 로봇이나 지게차가 몇 시간씩 충전하는 대신 2분 만에 수소를 보충하고 계속 작업할 수 있습니다.
비상 및 의료 기기: 휴대용 연료전지는 의료 장비(예: 일반적으로 배터리 팩에 의존하는 휴대용 산소 농축기 또는 인공호흡기)에도 시험적으로 사용되고 있습니다. 이 아이디어는 야전 병원이나 재난 시에 사용할 수 있는 장시간 지속되는 전원 공급원입니다. 또한, 프로판이나 디젤과 같은 물류 연료로 작동하는 개질기(리포머) 내장 연료전지도 재난 대응용으로 개발 중입니다. 예를 들어, 앞서 언급한 H2Rescue 트럭은 전력 공급뿐만 아니라 물도 생산할 수 있어, 비상 상황에서 모두 중요한 필요를 충족합니다 innovationnewsnetwork.com. GenCell과 같은 기업은 암모니아(널리 사용되는 화학물질)로 작동하는 알칼라인 연료전지 발전기를 제공하여, 외딴 지역이나 비상 상황에서 오프그리드 전력 솔루션을 제공합니다. 암모니아 분해를 통해 연료전지용 수소를 생산하며, 인프라가 마비된 상황에서도 중요한 부하에 연속적으로 전력을 공급할 수 있습니다.

휴대용 연료전지 시장은 아직 비교적 작지만 성장하고 있습니다. 한 보고서에 따르면 2024년 기준 62억 달러 규모이며, 2030년까지 연평균 약 19%의 성장이 예상된다고 합니다 maximizemarketresearch.com. 다양한 산업에서 이러한 틈새 솔루션을 채택하고 있기 때문입니다. 수요는 군사, 레저, 드론, 백업 전원 등 여러 분야에 분산되어 있습니다. 하지만 모두 공통적으로, 연료전지는 배터리가 부족하고 발전기가 바람직하지 않은 상황에서 청정하고 조용하며 장시간 지속되는 전력을 제공할 수 있다는 점을 공유합니다. 기술은 이미 상당히 성숙하여 신뢰성이 높아졌고(기업들은 현재 휴대용 유닛에 대해 5,000~10,000시간의 스택 수명을 광고함), 운용도 간소화되었습니다(핫스왑 연료 카트리지, 자동 시동 시스템 등). 예를 들어, 최신 DMFC 설계는 성능을 높이는 촉매와 멤브레인을 적용하였으며, 연구자들은 악명 높은 메탄올 크로스오버를 완화하고 효율을 높이는 방법을 찾고 있습니다 techxplore.com. 이로 인해 제품의 매력과 경제성이 향상되고 있습니다. 한 기술 리뷰에서는 DMFC 및 기타 휴대용 연료전지가 “이전보다 더 나은 성능과 낮은 비용을 제공하여 특정 틈새 시장에서 대규모 사용에 적합하다”고 평가했습니다 ts2.tech.

결론적으로, 휴대용 연료전지가 당장 여러분의 스마트폰 배터리를 대체하지는 않겠지만, 특수 임무를 조용히 가능하게 하고 있습니다. 예를 들어, 장기 임무 중인 군인, 더 멀리 비행하는 드론, 조용한 오프그리드 전력을 즐기는 캠핑족, 폭풍 이후 생명 구조 장비를 가동하는 응급 구조대 등입니다. 연료(특히 수소 및 메탄올 카트리지) 공급이 개선되고 생산량이 증가함에 따라, 이러한 휴대용 및 오프그리드 응용 분야는 더욱 확대되어 연료전지 생태계를 보완할 것으로 보입니다.

연료전지 발전을 이끄는 기술 혁신

최근 몇 년간 연료전지 기술의 발전은 비용, 내구성, 성능 등 과거의 한계를 해결하는 데 중요한 역할을 했습니다. 전 세계의 연구자와 엔지니어들은 소재 과학, 엔지니어링 설계, 제조 전반에 걸쳐 혁신을 이루며 연료전지를 더욱 효율적이고, 저렴하며, 오래 사용할 수 있도록 만들고 있습니다. 여기서는 연료전지 개발을 가속화하는 몇 가지 주요 기술 혁신과 돌파구를 소개합니다:

촉매 감소 및 대체재: PEM 연료전지의 주요 비용 요인은 반응에 사용되는 백금 촉매입니다. 백금 함량을 줄이거나 대체하기 위한 상당한 연구개발이 이루어져 왔습니다. 2025년, SINTEF(노르웨이) 연구팀은 백금 나노입자의 배열과 막 설계를 최적화하여, PEM 연료전지에서 성능을 유지하면서 백금 사용량을 62.5% 감소시키는 놀라운 성과를 보고했습니다 norwegianscitechnews.com. “연료전지에서 백금의 양을 줄임으로써 비용 절감에 기여할 뿐만 아니라, 중요한 원자재의 공급과 지속가능성에 대한 글로벌 과제도 고려하고 있습니다,”라고 Patrick Fortin, SINTEF 연구원이 설명했습니다 norwegianscitechnews.com. 이들이 개발한 이 “면도날처럼 얇은” 새로운 막 기술은 두께가 단 10마이크로미터(종이 한 장 두께의 약 1/10)이며, 출력이 높게 유지되도록 촉매를 매우 균일하게 코팅해야 했습니다 norwegianscitechnews.com. 그 결과, 더 저렴하고 환경 친화적인 막-전극 조립체가 만들어졌으며, 필요한 전력도 그대로 제공합니다. 이러한 돌파구는 비용을 낮추고 희귀한 백금(주로 남아프리카/러시아에서 채굴되는 중요한 원자재)에 대한 의존도를 줄여줍니다. 동시에, 연구자들은 백금족금속-프리(PGM-free) 촉매(예: 철-질소 도핑 탄소, 페롭스카이트 산화물 등 새로운 소재)를 사용하여 궁극적으로 백금을 완전히 없애는 방안도 모색 중입니다. 일부 실험용 PGM-free 캐소드가 실험실에서 준수한 성능을 보였으나, 내구성이 과제이며, 그럼에도 불구하고 꾸준히 진전되고 있습니다.
새로운 멤브레인 및 PFAS-프리 소재: PEM 연료전지는 전통적으로 나피온(Nafion)과 유사한 플루오르화 고분자 멤브레인을 사용합니다. 하지만 이들은 PFAS(‘영원한 화학물질’) 범주에 속하며, 분해될 경우 환경 및 건강에 위험을 초래할 수 있습니다. 이에 PFAS-프리 멤브레인 개발이 진행 중이며, 기존만큼 효과적인 성능을 목표로 하고 있습니다. 위에서 언급한 SINTEF의 혁신은 멤브레인 두께를 33% 줄여(전도성 향상 및 소재 사용량 감소), 멤브레인 내 플루오르 함량도 낮춰 잠재적 PFAS 위험을 줄였습니다 norwegianscitechnews.com. EU에서도 PFAS 규제를 검토 중이어서 시의적절한 변화입니다. 다른 기업들은 PFAS를 완전히 배제한 탄화수소계 멤브레인이나 복합 멤브레인을 시험 중입니다. 개선된 멤브레인은 더 높은 작동 온도(PEM의 경우 120°C 이상, 폐열 활용 및 불순물 내성 향상)를 가능하게 합니다. 흥미로운 발전 중 하나는 알칼라인 멤브레인 연료전지용 음이온 교환 멤브레인(AEM)으로, 더 저렴한 촉매를 사용할 수 있고 불순 수소도 활용할 수 있을 것으로 기대됩니다. AEM의 과제는 화학적 안정성이었으나, 최근에는 5,000시간 이상의 수명을 달성한 내구성 높은 AEM 고분자가 개발되어 PEM 수준의 신뢰성에 근접하고 있습니다.
내구성 향상: 연료전지 스택은 경제성을 위해 더 오래 지속되어야 하며, 이는 특히 중장비 및 고정형 응용 분야에서 중요합니다. 내구성 향상을 위한 혁신에는 더 나은 바이폴라 플레이트 코팅(부식 방지), 탄소 부식에 강한 촉매 지지체, 그리고 전해질 내 독점 첨가제 사용 등이 있습니다. 예를 들어, 토요타의 최신 미라이 연료전지 스택은 1세대 대비 내구성이 2배로 향상되어, 현재 8,000~10,000시간(자동차 주행거리 15만 마일 이상)에 도달했습니다. 중장비용 연료전지에서는 Ballard와 Cummins와 같은 기업들이 30,000시간을 목표로 내구성 높은 멤브레인과 부식 저항 부품을 도입했습니다. 앞서 언급한 Freudenberg의 중장비 연료전지는 특수 전극 설계와 가습 시스템을 적용해 고부하에서의 열화를 줄였습니다 sustainable-bus.com. 미국 에너지부의 Million Mile Fuel Cell Truck 프로그램은 30,000시간(약 100만 마일 주행) 트럭 연료전지를 목표로 하고 있습니다. 2023년, 이 컨소시엄은 “플래티넘 1g당 2.5kW”의 출력을 내는 새로운 촉매를 개발했다고 발표했으며, 이는 기존 촉매 대비 3배의 출력 밀도를 달성하면서 내구성과 비용 목표도 충족했습니다 innovationnewsnetwork.com. 현재 이 기술을 라이선스 형태로 제공 중이며, 차세대 트럭 연료전지의 내구성 향상과 비용 절감에 크게 기여할 수 있습니다. 또한, 첨단 진단 및 제어 알고리즘을 통해 수명을 연장하고 있는데, 최신 시스템은 연료전지에 가해지는 스트레스를 최소화하도록 작동 조건을 동적으로 조정할 수 있습니다(예: 급속 동결 방지, 열화 유발 전압 스파이크 제한 등).
고온 PEM 및 CO 내성: PEM 연료전지를 100°C 이상에서 작동시키는 것은 바람직하다(더 나은 열 회수, 더 간단한 냉각, 일부 불순물에 대한 내성). 연구자들은 PEM 연료전지가 150–180°C에서 작동할 수 있도록 하는 인산 도핑 폴리벤즈이미다졸(PA-PBI) 멤브레인을 개발했다. 여러 기업(예: Advent Technologies)이 이러한 고온 PEM(HT-PEM) 연료전지를 상용화하고 있으며, 이 연료전지는 표준 PEM을 중독시키는 1–2%의 일산화탄소도 견딜 수 있기 때문에 개질 메탄올이나 천연가스를 연료로 사용할 수 있다 energy.gov. HT-PEM 시스템은 특히 고정식 및 해양 APU에서 유망성을 보이고 있으나, 수명은 아직 저온 PEM만큼 길지 않다.
제조 및 대량생산: 많은 혁신이 연료전지를 더 쉽고 저렴하게 생산하는 데 집중되고 있다. 기업들은 자동화된 MEA 제작(막 전극 조립체), 촉매의 롤투롤 코팅 및 향상된 품질 관리(머신 비전으로 모든 멤브레인의 결함 검사 포함)를 정교하게 다듬었다. 바이폴라 플레이트 제조도 개선되어, 얇은 금속 플레이트를 프레스하는 것이 이제 일반적이며(더 비싼 가공 흑연 플레이트를 대체), 플라스틱 복합 플레이트도 시험되고 있다. 스택은 대량 조립에 맞게 설계된다. 예를 들어, 도요타의 최신 스택은 부품 수를 줄이고, 더 가볍고 단순한 성형 탄소-폴리머 바이폴라 플레이트를 사용한다. 이러한 발전은 킬로와트당 비용을 낮추고 있다. 2020년 DOE는 자동차용 PEMFC 스택이 대량 생산 시 약 $80/kW의 비용이 들 것으로 추정했으며, 2025년까지 업계 목표는 연간 10만 대 생산 시 $60/kW 미만, 2030년까지는 $40/kW 미만으로, 이는 FCEV가 내연기관과 가격 경쟁력을 갖게 할 것이다 innovationnewsnetwork.com. 제조 혁신에서 3D 프린팅도 주목할 만하다: 연구자들은 복잡한 유로 플레이트와 촉매층 등 연료전지 부품을 3D 프린팅하기 시작했으며, 이는 폐기물을 줄이고 성능을 향상시키는 새로운 설계를 가능하게 한다(예: 균일한 가스 분포를 위한 최적화된 유로).
재활용 및 지속가능성: 연료전지 보급이 확대됨에 따라, 스택의 수명이 다한 후 귀중한 소재(백금, 멤브레인 등)를 회수하는 재활용에 관심이 쏠리고 있다. 새로운 방법도 등장하고 있는데, 예를 들어 2025년 보고서에서는 사용된 연료전지에서 촉매 물질을 분리·회수하는 ‘음파’ 기술이 소개되었다 fuelcellsworks.com. IEA는 연료전지에서 백금을 재활용하는 것이 가능하며, 수백만 대의 FCEV가 생산될 경우 신규 백금 수요를 최소화하는 데 중요하다고 언급한다. 한편, 일부 기업은 친환경 제조에 집중하고 있다: 생산 공정에서 유독성 화학물질을 제거(특히 구형 PFAS 함유 멤브레인 관련)하고, 연료전지가 전 생애주기에서 친환경 이미지를 실현하도록 보장하는 것이다.
시스템 통합 및 하이브리드화: 많은 연료전지 시스템이 현재 배터리나 울트라커패시터와 스마트하게 통합되어 순간적인 부하를 처리하고 있습니다. 이러한 하이브리드 방식은 연료전지가 일정하고 최적의 부하(효율성과 수명 향상)를 유지하도록 하면서, 배터리가 피크 부하를 담당하여 전체 시스템의 반응성과 수명을 개선합니다. 예를 들어, 거의 모든 연료전지 자동차는 하이브리드이며(미라이에는 회생 제동 에너지 저장 및 가속 보조를 위한 소형 배터리가 있음), 연료전지 버스와 트럭에도 종종 리튬이온 버퍼가 포함됩니다. 전력전자 및 제어 소프트웨어의 발전으로 이러한 통합이 원활하게 이루어지고 있습니다. 또한, 전해조 및 재생에너지와의 통합도 혁신의 뜨거운 분야로, 잉여 태양광으로 전기분해를 통해 수소를 생산하고, 저장된 수소로 밤에 연료전지 발전을 하는 등 가상 폐쇄 루프를 구현합니다. 가역 연료전지(고체산화물 또는 PEM 방식으로 역방향 작동하여 전해조 역할도 하는 것) 개념은 이러한 시스템을 단순화하기 위해 연구 중인 첨단 기술 중 하나입니다 energy.gov. 현재 여러 스타트업이 가역 SOC(고체산화물 셀) 시스템의 프로토타입을 보유하고 있습니다.
신규 연료 및 운반체: 혁신은 수소 기체 연료에만 국한되지 않습니다. 암모니아 기반 연료전지와 같이(연료전지 시스템 내에서 암모니아를 수소로 분해하거나, 특수 촉매로 직접 암모니아 연료전지를 구현) 대안도 연구되고 있습니다. 성공할 경우, 에너지 운송을 위해 암모니아 인프라를 활용할 수 있습니다. 또 다른 새로운 아이디어는 액상 유기 수소 운반체(LOHC)로, 촉매를 이용해 필요할 때 연료전지에 수소를 방출합니다. 2023년에는 직접 포름산 연료전지가 높은 출력 밀도를 달성할 수 있음을 연구진이 입증하기도 했습니다. 포름산은 액체 상태로 수소를 운반하므로 H₂보다 취급이 쉬울 수 있습니다. 이들 기술은 아직 상용화되지 않았지만, 미래에는 다양한 연료 선택지를 제공하여, 용도에 따라 가장 편리한 수소 운반체를 사용할 수 있게 함으로써 보급을 가속화할 수 있습니다.
연료전지 재활용 및 세컨드 라이프: 지속가능성 측면에서, 연료전지 스택이 점차 성능이 저하되기 때문에, 또 다른 아이디어로는 중고 자동차 연료전지의 재활용(EV 배터리가 고정형 저장장치로 재사용되는 것과 유사하게)입니다. 예를 들어, 자동차용 연료전지가 초기 성능의 80% 이하로 떨어져 운전용으로는 수명이 끝났더라도, 가정용 CHP 유닛이나 비상 발전기 등 저부하 용도로는 여전히 사용할 수 있습니다. 이를 위해서는 셀을 쉽게 교체하거나 재조립할 수 있는 모듈형 설계가 필요합니다. 일부 자동차 제조사는 연료전지 수명주기의 경제성과 지속가능성 향상을 위해 이에 관심을 보이고 있습니다.

이러한 혁신의 상당수는 협력적 노력을 통해 지원되고 있습니다. EU의 연료전지 및 수소 공동사업단과 미국 에너지부(US DOE) 컨소시엄은 국가 연구소, 학계, 산업계를 모아 이러한 기술적 과제에 함께 대응하고 있습니다. 예를 들어, DOE의 연료전지 성능 및 내구성 컨소시엄(FC-PAD)은 더 나은 소재 개발을 위한 열화 메커니즘 연구에 집중하고 있습니다. 유럽에서는 CAMELOT(앞서 SINTEF 사례에서 언급)와 같은 프로젝트가 혁신적 설계를 통해 PEMFC 성능 한계를 극복하고자 합니다 norwegianscitechnews.com.

또한 전해조(수소를 생산하는 반대 기술)에서의 빠른 발전도 주목할 만하다. 전해조는 연료전지 그 자체는 아니지만, 전해조 기술의 발전(더 저렴한 촉매, 새로운 멤브레인 종류, 불순물이 있는 물 사용 가능성 등 ts2.tech)은 그린 수소를 더 저렴하고 접근하기 쉽게 만들어 연료전지 생태계에 직접적인 이익을 준다. IEA는 전 세계 전해조 제조가 25배로 확대되고 있다고 보고했으며, 이는 그린 수소의 비용을 낮추고 연료전지 도입을 촉진할 것이다 innovationnewsnetwork.com. AI를 이용한 시스템 제어 및 유지보수 예측을 위한 디지털 트윈과 같은 기술도 연료전지 시스템에 적용되어 가동 시간과 성능을 극대화하고 있다.

이러한 지속적인 혁신 덕분에 실제적인 개선이 이루어졌다: 현대 연료전지는 약 20년 전 제품에 비해 수명은 5배, 출력 밀도는 3배, 비용은 훨씬 저렴해졌다. EKPO Fuel Cell Technologies의 CEO인 Gernot Stellberger 교수는 업계 서한에서 이렇게 요약했다: “EKPO에서 우리는 연료전지를 성능, 비용, 신뢰성 측면에서 경쟁력 있게 만듭니다.” 그러나 그는 그 혜택을 실현하려면 “수소 모빌리티는 상용화 준비가 되어 있지만, 초기 비용 격차를 해소할 결정적인 정책 지원이 필요하다”고 언급했다 hydrogen-central.com. 이는 기술이 동전의 한 면일 뿐이며, 이러한 혁신이 실제로 비용 절감으로 이어지려면 제조 확대를 위한 정책적 지원이 필요함을 강조한다. 다음에는 정책 및 경제적 측면을 살펴보겠지만, 기술 관점에서 볼 때 연료전지 분야는 매우 활발하다. 소재 연구실, 스타트업 차고, 기업 R&D 센터 등에서 혁신이 이어지고 있다. 이러한 혁신은 연료전지의 고전적 과제(비용, 수명, 촉매 의존성)를 극복할 수 있다는 자신감을 주며, 광범위한 활용의 문을 연다.

연료전지의 환경적 영향

연료전지는 종종 “무배출” 에너지 장치로 홍보된다. 실제로 순수 수소를 사용할 때 유일한 부산물은 수증기다. 이는 특히 사용 지점에서 대기 오염물질과 온실가스를 제거하는 데 큰 환경적 이점을 제공한다. 그러나 환경적 영향을 완전히 평가하려면 연료 생산 경로와 전 과정 요인을 고려해야 한다. 여기서는 연료전지의 환경적 장단점과 이들이 더 넓은 탈탄소화 퍼즐에서 어떤 역할을 하는지 논의한다:

제로 배출가스/지역 오염물질 배출 없음: 연료전지 전기차(FCEV)와 연료전지 발전소는 현장에서 연소 배출가스를 전혀 발생시키지 않습니다. 차량의 경우, 이는 CO₂, NOₓ, 탄화수소, 미세먼지가 배기구에서 전혀 나오지 않고 – 오직 물만 배출된다는 것을 의미합니다. 대기질 문제로 어려움을 겪는 도시 지역에서는 이것이 큰 장점입니다. 디젤버스를 대체하는 연료전지 버스 한 대마다 CO₂뿐만 아니라 호흡기 질환을 유발하는 유해한 디젤 매연과 NOₓ도 함께 줄어듭니다. 고정형 응용 분야도 마찬가지입니다. 도심에서 수소로 작동하는 연료전지는 디젤 발전기나 마이크로터빈과 달리 오염물질 없이 깨끗한 전력을 공급합니다. 이는 특히 인구 밀집 지역이나 밀폐된 환경(예: 창고 지게차 – 프로판 지게차를 연료전지로 교체하면 실내 일산화탄소 축적이 사라짐)에서 대기질과 공중 보건을 크게 개선할 수 있습니다. 연료전지 시스템은 또한 조용하여 엔진 발전기나 차량에 비해 소음 공해도 줄여줍니다.
온실가스 배출: 수소(또는 기타 연료)가 재생 가능 또는 저탄소 원천에서 생산된다면, 연료전지는 에너지 사용의 심층 탈탄소화로 가는 경로를 제공합니다. 예를 들어, 태양광 전기분해로 생산된 수소를 사용하는 연료전지 자동차는 수명주기 CO₂ 배출이 거의 제로에 가까워 진정한 친환경 이동성을 실현합니다. 국제에너지기구(IEA)의 2050년 넷제로 시나리오에서는, 직접 전기화가 어려운 중장기 운송 및 산업 부문 탈탄소화를 위해 수소와 연료전지에 의존합니다 iea.org. 그러나, 수소의 원천이 매우 중요합니다. 현재 수소의 약 95%는 CO₂ 포집 없이 화석연료(천연가스 개질 또는 석탄 가스화)로 생산됩니다 iea.org. 이러한 “그레이” 수소는 상류에서 상당한 CO₂를 배출하며, 천연가스 기준으로 수소 1kg당 약 9~10kg의 CO₂가 발생합니다. 이런 수소를 연료전지 차량에 사용할 경우, 실제로는 수명주기 배출량이 휘발유 하이브리드 차량과 비슷하거나 더 높아질 수 있으며, 이는 배출원을 배기관에서 수소 플랜트로 옮기는 것에 불과합니다. 따라서 기후 혜택을 실현하려면 수소가 반드시 저탄소여야 합니다: 즉, 재생에너지 전기로 전기분해한 “그린 수소”이거나, 탄소 포집 및 저장과 결합한 화석연료 기반 “블루 수소”여야 합니다. 현재 저배출 수소는 전체 수소(2023년 약 97Mt 중 <1Mt)에서 극히 미미한 역할만 하고 있습니다 iea.org, 하지만 새로운 프로젝트의 물결이 진행 중이며, 2030년까지 이 상황을 극적으로 바꿀 수 있습니다 iea.org. IEA는 발표된 프로젝트가 실현될 경우, 2030년까지 저탄소 수소 생산이 5배 증가할 것이라고 언급합니다 iea.org. 또한 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 수소 세액공제(그린 수소 기준 최대 $3/kg)와 EU의 수소 전략 등 정책도 청정 수소 공급 확대를 위해 경쟁적으로 추진되고 있습니다 iea.org. 그 사이 일부 연료전지 프로젝트는 “과도기적” 연료를 사용합니다: 예를 들어, 많은 고정형 연료전지는 천연가스를 사용하지만, 연소 발전소보다 효율이 높아 CO₂ 감축 효과를 내며(열병합 모드에서는 별도의 열 생산을 대체해 추가 감축 효과가 있습니다). 예를 들어, 60% 효율의 연료전지는 동일 연료 기준 33% 효율의 전력망 발전소 대비 kWh당 CO₂ 배출이 약 절반입니다 energy.gov. 바이오가스(폐기물에서 나온 재생 천연가스)와 결합하면, 연료전지는 탄소 중립 또는 탄소 마이너스가 될 수도 있습니다. 예를 들어, Bloom Energy 서버의 상당수는 매립지 바이오가스를 연료로 사용합니다. 캘리포니아에서는 연료전지 프로젝트가 종종 지정 바이오가스를 사용해 매우 낮은 CO₂ 배출을 인증받고 있습니다.
감축이 어려운 부문: 연료전지(및 수소)는 다른 수단이 실패하는 곳에서 탈탄소화를 가능하게 합니다. 중공업(철강, 화학, 장거리 운송)에서는 직접 전기화가 어렵고, 바이오연료도 한계가 있습니다. 수소는 철강 제조(직접 환원 방식)에서 석탄을 대체할 수 있고, 연료전지는 고온 열 또는 전력을 무배출로 공급할 수 있습니다. 트럭 운송에서는 배터리가 40톤 화물을 800km 이상 운반하기에는 비현실적인 무게가 될 수 있지만, 연료전지의 수소는 가능합니다. IEA는 수소와 수소 기반 연료가 “배출 감축이 어려운 부문에서, 다른 해결책이 없거나 어렵다면 중요한 역할을 할 수 있다”고 강조합니다. 예를 들어 중공업과 장거리 운송 부문이 이에 해당합니다 iea.org. IEA의 넷제로 시나리오에서 2030년까지 이들 부문이 수소 수요의 40%를 차지할 것으로 예상됩니다(현재는 0.1% 미만) iea.org. 연료전지는 이들 부문에서 수소를 청정하게 사용 가능한 에너지로 전환하는 장치입니다.
에너지 효율 및 km당 CO₂: 효율성 측면에서 연료전지 차량은 일반적으로 내연기관보다 에너지 효율이 높지만, 배터리 전기차보다는 낮습니다. PEM 연료전지 자동차는 수소의 에너지를 바퀴 동력으로 전환할 때 약 50~60%의 효율(수소 생산 시 일부 손실 포함)을 보입니다. BEV는 그리드-투-휠 효율이 70~80%이고, 휘발유 차량은 20~25%에 불과합니다. 따라서 천연가스에서 생산한 수소를 연료전지차에 사용해도 동급 휘발유차에 비해 CO₂가 줄어드나, 재생에너지 수소를 사용할 때만큼은 아닙니다. 재생에너지 수소를 사용하면 km당 CO₂는 거의 0에 가깝습니다. 또한 연료전지는 부분 부하에서도 높은 효율을 유지하므로, FCEV는 도심 주행 시 정지-출발이 잦은 내연기관차보다 효율 저하가 적을 수 있습니다.
오염물질과 대기 질: 우리는 배기구 오염물질에 대해 다뤘지만, 상류(생산 과정)도 고려해야 합니다. 천연가스에서 수소를 생산할 때는 CO₂가 배출되지만(포집하지 않는 한), 인체 건강에 영향을 미치는 지역 오염물질은 배출하지 않습니다. 일부 지역에서 사용되는 석탄 가스화 수소 생산은, 정화하지 않으면 상당한 오염물질을 배출하지만, 높은 CO₂ 배출량 때문에 이 방식은 점차 줄어들고 있습니다. 반면, 전기분해는 재생에너지로 구동될 경우 환경 오염물질 배출이 거의 없습니다(대형 플랜트라면 냉각탑에서 수증기가 약간 나올 수 있지만, 이는 미미한 수준입니다). 물 사용도 또 다른 측면입니다: 연료전지는 자체적으로 물을 소비하기보다는 생산합니다(PEM 연료전지는 H₂ 1kg당 약 0.7리터의 물을 생성). 수소를 전기분해로 만들려면 물이 필요하며, H₂ 1kg당 약 9리터가 필요합니다. 천연가스에서 수소를 만들면, 물을 소비하는 것이 아니라 오히려 물을 생성합니다(CH₄ + 2O₂ -> CO₂ + 2H₂O). 따라서 물에 미치는 영향은 경로에 따라 다릅니다: 그린 수소는 물을 사용하지만(상대적으로 적은 양임; 예를 들어, H₂ 1톤(상당한 에너지량) 생산에 약 9~10톤의 물이 필요하며, 이는 철강 1톤 생산에 드는 물과 비슷합니다). 일부 기업들은 전기분해에 폐수나 심지어 해수를 사용하는 방법을 찾고 있습니다(최근 돌파구로 PEM 전해조가 불순한 물에서도 작동하게 됨 ts2.tech). 전반적으로, 수소/연료전지는 바이오연료나 열발전소에 비해 물 집약도가 높지 않으며, 일부 용도에서는 연료전지가 오히려 물을 공급할 수도 있습니다. 예를 들어, 토요타 Tri-gen 시스템은 부산물로 하루 1,400갤런의 물을 생산하며, 이 물을 차량 세차에 사용합니다 pressroom.toyota.com.
소재 및 자원 영향: 연료전지는 일부 희귀 금속(백금족 금속)을 사용하지만, 소량만 필요합니다. 앞서 언급했듯이, 이들 금속의 사용량은 줄어들고 있으며 재활용도 가능합니다. 자원 관점에서, 미래에 수백만 대의 연료전지차가 보급된다면 백금 공급을 다소 늘려야 하겠지만, 추정치에 따르면 2040년까지 수백 톤 정도만 추가로 필요할 것으로 보이며, 이는 재활용을 감안하면 충분히 가능하다고 합니다(반면, 배터리는 대량의 리튬, 코발트, 니켈 등이 필요해 지속가능성 문제가 제기됨). 또한, 연료전지는 특정 핵심 광물에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다: 예를 들어, FCEV는 대규모로 리튬이나 코발트가 필요하지 않으며(소형 배터리만 필요), FCEV가 상당한 점유율을 차지할 경우 해당 공급망에 대한 수요를 완화할 수 있습니다. 수소 자체는 다양한 지역 자원(재생에너지, 원자력, 바이오매스 등)에서 생산할 수 있어 에너지 안보를 강화하고 석유 채굴/정제의 환경 영향을 줄일 수 있습니다. 재생에너지가 풍부한 지역(햇볕이 강한 사막, 바람이 많은 평원 등)은 대규모 송전선 없이도 수소를 통해 에너지를 수출할 수 있습니다.
대안과의 비교: 연료전지를 환경적 관점에서 배터리 전기차(BEV)나 바이오연료 등 다른 솔루션과 비교해볼 가치가 있습니다. BEV는 효율이 더 높지만, 대형 배터리 채굴 등 제조 과정에서의 영향이 있고, 진정으로 저탄소가 되려면 청정 전력망이 필요합니다. 연료전지는 환경 부담을 수소 생산으로 전가합니다. 만약 수소가 청정하게 생산된다면, 환경 영향이 매우 낮을 수 있습니다. 실제로는 혼합 방식이 존재할 가능성이 높습니다. 많은 전문가들은 연료전지와 배터리가 상호보완적이라고 봅니다. 즉, 배터리는 단거리 및 경량 차량에, 연료전지는 중량이 크고 장거리 주행이 필요한 경우에 적합하다는 것입니다. EU CEO들의 서한에서 강조했듯이, 이러한 결합 접근법은 각 기술을 최적의 용도에 사용할 때 전체 시스템 비용과 인프라, 그리고 환경 영향을 최소화할 수 있습니다 hydrogen-central.com.
수소 누출: 현재 연구되고 있는 미묘한 환경적 고려사항 중 하나는 대기 중 수소 누출의 영향입니다. 수소 자체는 온실가스가 아니지만, 누출될 경우 메탄의 수명을 연장시켜 간접적으로 온난화에 기여할 수 있습니다. 이 위험에 대한 연구가 진행 중이며, Hydrogen Council은 누출을 낮게 유지하는 것이 중요하다고 언급합니다(이는 우수한 엔지니어링으로 달성 가능). 그럼에도 불구하고, 누출된 H₂의 최악의 경우 온난화 효과는 동등한 에너지 함량의 CO₂나 메탄 누출보다 훨씬 낮습니다. 그럼에도 불구하고, 업계는 수소의 생산, 운송, 사용 과정에서 손실을 최소화하기 위해 센서와 프로토콜을 개발하고 있습니다.

종합적으로 볼 때, 연료전지의 환경 전망은 매우 긍정적입니다 단, 수소가 청정한 원천에서 나올 경우에 한합니다. 그래서 그린 수소의 대규모 확대에 많은 투자가 이뤄지고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)는 모멘텀이 강하다고 강조합니다(60개국이 수소 전략을 보유). 하지만 우리는 “저배출 수소에 대한 수요를 창출하고, 생산 확대 및 비용 절감을 위한 투자를 유치해야 한다”고 강조합니다. 그렇지 않으면 수소 경제는 환경적 약속을 달성하지 못할 것입니다 iea.org. 현재 발표된 저탄소 수소 프로젝트 중 최종 투자 결정에 도달한 것은 겨우 7%에 불과하며, 이는 명확한 수요나 정책 지원 부족 때문인 경우가 많습니다 iea.org. 이 격차는 현재 정책을 통해 해결되고 있습니다(다음 섹션에서 더 자세히 다룹니다).

급격한 변화를 확인할 수 있다. 예를 들어, 2025년 초 미국 재무부는 IRA의 수소 생산 세액공제에 대한 규정을 확정하여 투자자들에게 확실성을 제공했다iea.org. 유럽은 녹색 수소 구매를 보조하기 위해 수소은행 경매를 시작했다iea.org. 이러한 조치들은 더 많은 저탄소 수소를 촉진할 것이며, 이는 배치되는 모든 연료전지의 환경 발자국을 직접적으로 개선한다. 이미, 저배출 수소에 대한 전 세계 투자는 2025년에 약 70% 증가하여 거의 80억 달러에 이를 전망이다. 2024년에는 60% 급증했다ts2.tech. 요약하면, 수소가 더 깨끗할수록 연료전지는 더 친환경적이다 – 그리고 전체 산업이 수소 공급이 청정하게 될 수 있도록 신속히 움직이고 있다.

더 넓은 관점에서 연료전지는 환경적 지속가능성에 기여한다. 이는 단순히 배출량뿐만 아니라, 에너지 다각화와 복원력을 가능하게 한다는 점에서도 그렇다. 연료전지는 잉여 재생에너지를 활용할 수 있어(낭비/출력을 방지), 외딴 지역이나 재해 지역에 청정 전력을 제공할 수 있다(인간과 생태계의 필요를 지원). 재생에너지와 결합하면, 한때 불가능하다고 여겨졌던 분야에서 화석연료를 단계적으로 퇴출시키는 것이 가능해져 오염과 기후 영향을 모두 줄일 수 있다. 에어리퀴드 CEO François Jackow는 간결하게 말했다: “수소는 산업과 모빌리티의 핵심 탈탄소화 수단이자, 미래 에너지 및 산업 복원력의 기둥이다.” hydrogen-central.com 연료전지는 그 수소를 오염 없이 실용적인 전력으로 바꾸는 일꾼이다.

결론적으로, 연료전지 기술은 청정한 공기, 온실가스 배출 감소, 재생에너지 통합 등 상당한 환경적 이점을 제공한다. 주요 주의점은 화석 수소를 사용할 경우 단순히 배출을 상류로 이전하는 것을 피해야 한다는 점인데, 이는 강력한 정책과 시장 동향이 적극적으로 해결하고 있는 과도기적 문제다. 그린 수소가 확대됨에 따라, 연료전지는 다양한 용도에서 진정한 제로 탄소 에너지를 제공할 수 있다. 배출가스 없는 운용과 점점 제로 탄소에 가까워지는 연료 공급의 결합은 연료전지를 많은 국가의 기후 전략과 기업의 지속가능성 계획의 핵심으로 만든다. 오염 저감과 기후 변화 대응에 있어 연료전지는 위협이 아니라 동맹에 가깝다는 점이 명확하다 – 이는 전 세계 과학자와 정책입안자들이 공감하는 결론이다.

경제적 타당성과 시장 동향

연료전지의 경제성은 오랫동안 면밀히 검토되어 온 주제입니다. 역사적으로 연료전지는 비싸고 첨단 기술의 호기심거리로, 우주 임무나 시범 사업에만 적합할 정도로 고가였습니다. 그러나 지난 10년간 비용이 크게 하락했고, 많은 연료전지 응용 분야가 경제적 실현 가능성에 근접하고 있습니다. 특히 정책적 지원과 대량 생산이 이루어질 때 더욱 그렇습니다. 여기서는 다양한 분야에서 연료전지의 경제적 실현 가능성을 평가하고, 투자, 성장 전망, 정책 이니셔티브가 시장에 미치는 영향 등 현재의 시장 동향을 살펴봅니다.

비용 추이와 경쟁력

연료전지 시스템의 비용은 킬로와트당 비용(고정형 및 자동차용 스택) 또는 단위당 전체 시스템 비용(버스나 자동차 등)으로 측정됩니다. 비용 절감에는 여러 요인이 기여했습니다:

대량 생산: 생산량이 수십 대에서 수천 대로 늘어나면서 제조 효율성이 향상됩니다. 예를 들어, 도요타는 대량 생산과 설계 단순화를 통해 미라이 연료전지 스택의 비용을 1세대 대비 2세대에서 약 75% 절감했습니다. 그럼에도 불구하고, FCEV는 낮은 생산량과 고가 부품 때문에 여전히 내연기관차나 심지어 배터리 차량보다 초기 비용이 더 높습니다(미라이는 인센티브 전 약 5만 달러 이상). 미국 에너지부는 2030년까지 대량 생산 시 내연기관과의 비용 동등성(연료전지 시스템 기준 약 $30/kW)을 목표로 하고 있습니다.
백금 절감: 앞서 기술적으로 백금을 줄이는 방법을 논의했지만, 경제적으로도 백금은 스택 비용의 큰 부분을 차지합니다. 백금 사용량을 줄이거나 재활용 백금을 사용하면 스택 비용에서 수천 달러를 절감할 수 있습니다. 현재 80kW 자동차용 연료전지는 설계에 따라 10~20g의 백금을 사용하며(그램당 $30 기준), 이는 $300~600 정도로 크진 않지만 무시할 수 없는 수준입니다. 대형 차량용 스택은 더 크지만, kW당 백금 사용량을 줄이기 위한 노력이 진행 중입니다. 한편, 고정형 MCFC와 SOFC는 백금을 전혀 사용하지 않아 소재 비용 측면에서 유리합니다(다만, 다른 고가 소재와 조립 공정이 필요함).
시스템 보조장치(BoP): 압축기, 가습기, 전력전자, 탱크 등 스택 이외의 부품도 비용에 크게 기여합니다. 이 역시 생산량 증가와 공급망 성숙도가 도움이 됩니다. 차량에서는 탄소섬유 수소탱크가 주요 비용 요소로(종종 연료전지 스택만큼 비쌈), 생산량이 두 배로 늘 때마다 약 10~20%씩 비용이 하락하고 있습니다. 업계는 대체 저장 방식(금속 수소화물이나 저렴한 섬유 등)을 연구 중이지만, 단기적으로는 복합소재 생산의 규모 확대가 관건입니다. EU와 일본은 자동화 및 신소재를 통해 2030년까지 탱크 비용을 절반으로 줄이는 프로그램을 운영 중입니다. 고정형에서는 BoP에 개질기(천연가스 사용 시), 인버터, 열교환기 등이 포함되며, 이 역시 표준화와 규모의 경제로 혜택을 보고 있습니다.
연료비: 경제성은 수소(또는 메탄올 등)의 가격에도 달려 있습니다. 현재 수소 연료는 초기 시장에서 비쌀 수 있습니다. 캘리포니아나 유럽의 공공 H₂ 충전소에서는 수소가 종종 kg당 10~15달러(에너지 기준으로는 휘발유 갤런당 4~6달러와 비슷한 수준)입니다. 이는 FCEV의 연료비가 마일당 휘발유와 비슷하거나 약간 더 비쌀 수 있음을 의미합니다(전기차의 전기 요금과 비교하면 더 높습니다). 하지만 대규모 생산이 시작되면서 비용이 점차 낮아지고 있습니다. 미국 에너지부(DOE)의 Hydrogen Shot은 2031년까지 수소 가격을 kg당 1달러로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다 innovationnewsnetwork.com. 이는 야심찬 목표이지만, 재생에너지 또는 SMR+CCS를 활용해 kg당 3달러만 되어도 연료전지차는 내연기관차보다 2~3배 효율적이기 때문에 마일당 운행비가 매우 저렴해집니다. 산업적으로는, 2025년 기준(매우 저렴한 재생에너지 사용 시) 그린 수소 가격이 kg당 4~6달러 수준까지 하락했고, 블루 수소는 kg당 2~3달러가 될 수 있습니다. 미국의 새로운 세액공제(kg당 최대 3달러)는 사실상 그린 수소를 생산자 기준 kg당 1~2달러로 낮출 수 있어, 향후 소매가도 5달러 이하로 내려갈 가능성이 높습니다. 유럽의 Hydrogen Bank가 추진하는 그린 수소 프로젝트도 비슷하게 kg당 4~5유로 이하로 계약을 목표로 하고 있습니다. 즉, 연료비 장벽이 해소되고 있어 연료전지의 경제성이 기존 연료 대비 개선될 전망입니다. 장거리 트럭의 경우, 수소가 kg당 5달러면 연료전지 트럭의 효율 덕분에 마일당 디젤(갤런당 3달러)과 비슷한 수준이 됩니다.
인센티브 및 탄소 가격제: 현재는 정부 인센티브가 연료전지의 경제성을 높여주고 있습니다. 많은 국가에서 보조금이나 세액공제를 제공합니다. 예를 들어, 미국은 연료전지차에 최대 7,500달러의 세액공제(전기차와 동일)를 제공하고, 캘리포니아는 추가 인센티브를, 여러 EU 국가는 FCEV 구매 보조금을 지원합니다(프랑스는 H₂차에 7,000유로, 독일은 자동차세 면제 등). 버스와 트럭의 경우, 대규모 공공 공동자금 프로그램이 있습니다(EU의 JIVE는 300대 이상의 버스 지원, 캘리포니아 HVIP는 H₂ 트럭 비용의 상당 부분을 보조). 고정형 연료전지는 세액공제(미국 30% ITC fuelcellenergy.com)와 일본의 CHP 보조금 등 프로그램의 혜택을 받습니다. 또한, 탄소 가격제나 배출 규제가 강화되면 CO₂ 배출 비용이 상승해 연료전지 같은 무배출 기술이 유리해집니다. 예를 들어, 유럽의 CO₂ 차량 규제와 향후 연료 의무화 정책 하에서는 그린 수소 사용 시 크레딧을 얻어 수익화할 수 있습니다. 이러한 정책 환경은 향후 5~10년간 자립적 시장 규모로 넘어가는 데 매우 중요합니다.

현재 경쟁력: 일부 틈새 시장에서는 연료전지가 이미 경제적으로 경쟁력이 있거나 근접해 있습니다:

창고 지게차: 연료전지 지게차는 대형 차량 운영에서 가동 시간과 인력 효율성 면에서 배터리 지게차를 능가합니다. Walmart와 같은 기업들은 더 높은 자본 지출에도 불구하고, 처리량 증가(배터리 교체 불필요, 더 일관된 출력)와 공간 절약(충전실 불필요) 덕분에 연료전지가 재정적으로 매력적이라는 것을 발견했습니다 innovationnewsnetwork.com. 이로 인해 Plug Power가 리스 모델로 수만 대를 배치하게 되었습니다. Plug Power의 CEO는 이러한 지게차가 고이용 현장에서 매력적인 투자수익률(ROI)을 가질 수 있다고 언급했으며, 이것이 Amazon, Walmart, Home Depot 등이 일찍 도입한 이유입니다.
버스: 연료전지 버스는 초기 비용이 디젤이나 배터리 버스보다 여전히 더 비쌉니다. 하지만 일부 대중교통 기관은 특정 노선(장거리, 한랭지, 고부하 운행)에서는 연료전지 버스가 배터리 버스보다 적은 대수로도 충분하다고 계산합니다(더 빠른 연료 주입과 더 긴 주행거리 덕분). 비엔나가 12대의 BEB(배터리 전기 버스)를 10대의 FCEB(연료전지 전기 버스)로 대체한 사례가 그 예입니다 sustainable-bus.com. 12년 수명 동안 수소 가격이 하락하고 유지보수가 비슷하다면, 총소유비용(TCO)이 수렴할 수 있습니다. 초기 데이터에 따르면 일부 차량에서는 연료전지 버스가 초기 배터리 버스보다 고장 시간이 더 적어 비용을 절감할 수 있습니다.
장거리 트럭: 이 분야에서는 디젤이 비용 면에서 강력한 기존 강자입니다. 연료전지 트럭은 초기 비용이 더 높고(현재 디젤의 1.5~2배) 수소는 마일당 디젤보다 아직 저렴하지 않습니다. 하지만 2020년대 후반 대량 생산이 예상되고(Daimler, Volvo, Hyundai 모두 양산 계획), 앞서 언급한 연료 가격 변화와 함께 경제성이 바뀔 수 있습니다. 특히 무배출 규제로 인해 운송 회사들이 비디젤 차량을 도입해야 할 경우, 연료전지는 운용 경제성(적재량 및 활용도) 때문에 장거리 노선에서 선호될 수 있습니다. ACT Research의 최근 연구에 따르면, 수소 가격이 약 $4/kg에 도달하면 FCEV 트럭이 2030년대 중반에 일부 중장비 부문에서 디젤과 TCO 동등성을 달성할 수 있다고 합니다. 캘리포니아와 유럽은 이미 2030년대 디젤 판매 중단을 예고하고 있어, 연료전지 트럭에 조기 투자할 사업적 근거가 마련되고 있습니다.
고정식 전력: 기본 전력 공급의 경우, 연료전지는 여전히 그리드 발전소나 엔진보다 kW당 자본 비용이 더 높은 경우가 많습니다. 하지만 신뢰성과 배출가스가 중요하게 여겨지는 곳에서는 경쟁력이 있습니다. 예를 들어, 데이터 센터는 연료전지와 그리드를 조합해 백업 발전기와 UPS 시스템이 필요 없는 구성을 사용할 수 있으며, 이는 비용을 상쇄할 수 있습니다. 마이크로소프트는 3MW 연료전지를 디젤 발전기 대신 사용함으로써 일부 전력 인프라를 제거하는 비용을 감안하면 전체 비용이 합리적일 수 있음을 발견했습니다 carboncredits.com. 전기 요금이 높은 지역(예: 디젤 발전기를 사용해 kWh당 $0.30이 드는 섬이나 외딴 지역)에서는, 현지에서 생산된 수소나 암모니아를 사용하는 연료전지가 비용 효율적인 청정 대체재가 될 수 있습니다. 정부도 환경 및 그리드 복원력의 이점을 위해 프리미엄을 지불할 의향이 있으며, NYSERDA와 같은 프로그램을 통해 초기 도입을 지원하고 있습니다 nyserda.ny.gov. 시간이 지나면서 탄소 비용이나 엄격한 오염 제한이 발전기에 적용된다면(일부 도시는 대형 건물의 신규 디젤 백업을 금지하는 방안을 검토 중), 연료전지는 경제적 우위를 얻게 됩니다.
마이크로 CHP: 가정용 연료전지 마이크로 CHP(열병합발전) 유닛은 여전히 상당히 비싸지만(수천만 원대), 일본에서는 보조금과 높은 전기요금, 액화천연가스 가격 덕분에 초기 도입자들에게 실용적이었습니다. 도입 이후 비용이 절반으로 줄었고, 제조사들은 대량생산을 통해 추가적인 비용 절감을 목표로 하고 있습니다. 연료비(천연가스 또는 수소)가 합리적으로 유지되고, 백업 전력(재해 이후 등)에 가치가 있다면, 일부 가정이나 사업체는 에너지 안보와 효율성을 위해 연료전지 CHP에 추가 비용을 지불할 수 있습니다.

자주 언급되는 핵심 지표는 학습률입니다. 과거 연료전지는 약 15~20%의 학습률(누적 생산량이 두 배가 될 때마다 비용이 그만큼 감소함)을 보여왔습니다. 대형 차량 및 고정식 시장에서 생산이 확대됨에 따라 추가적인 비용 하락이 기대됩니다.

시장 성장 및 동향

연료전지 시장은 성장 단계에 있습니다. 2025년 기준 주목할 만한 동향은 다음과 같습니다:

수익 및 물량 성장: 시장 조사에 따르면, 전 세계 연료전지 시장(모든 응용 분야 포함)은 최근 몇 년간 연간 약 25% 이상의 성장률을 보이고 있습니다. 특히 연료전지 전기차 부문은 2034년까지 연평균 20% 이상의 성장률(CAGR)이 예상됩니다 globenewswire.com. 예를 들어, 연료전지 차량 시장은 2025년 약 30억 달러에서 2034년 약 180억 달러로 성장할 것으로 전망됩니다 globenewswire.com. 이와 유사하게, 고정형 연료전지 시장과 휴대용 시장도 두 자릿수 성장률을 기록하고 있습니다. 2022년에는 전 세계 연료전지 출하량이 20만 대를 돌파했으며(대부분 소형 APU 및 자재 운반 장치), 새로운 트럭 및 자동차 모델이 출시됨에 따라 그 수치는 계속 증가하고 있습니다.
지리적 주요 지역: 아시아(일본, 한국, 중국)는 고정형 분야에서 선도하고 있으며 차량 분야에서도 강세를 보이고 있습니다(중국의 버스/트럭 확대, 일본의 개인 차량 및 고정형, 한국의 발전소 및 차량). 아시아-태평양 지역은 2024년 FCEV 시장을 주도했으며, 일본과 한국의 승용차 프로그램, 중국의 상용차가 주요 점유율을 차지했습니다 globenewswire.com. 중국은 국가 보조금과 지역 클러스터(예: 상하이, 광둥)를 결합한 통합 전략으로 빠르게 보급을 확대하고 있습니다 globenewswire.com. 유럽은 현재 수소 인프라와 차량에 대규모 투자를 하고 있으며, 독일과 같은 국가는 이미 100개의 수소 충전소를 보유하고 있고 수백 개 추가 설치를 목표로 하고 있습니다 globenewswire.com. 또한 유럽은 많은 차량 보급에 자금을 지원하고 있습니다(H2Accelerate를 통한 수백 대 트럭 계획, 10년 중반까지 1,200대 버스 도입 계획 sustainable-bus.com 등). 북미(특히 캘리포니아)는 선진 도입 지역이 일부 존재하며, 캘리포니아는 약 50개의 공공 수소 충전소를 보유하고 있고 2025년까지 200개로 확대하여 수만 대의 FCEV를 지원할 계획입니다. 미국의 새로운 수소 허브(2023년 말 80억 달러의 자금 배정)는 걸프 코스트, 중서부, 캘리포니아 등 지역에 수소 인프라를 제공하여 지역 시장 성장을 더욱 촉진할 것입니다. 한편, 신흥 시장인 인도는 연료전지를 모색 중이며(인도는 2023년 첫 수소 버스 시범 운행을 시작했고 2025년에는 연료전지 트럭 시제품을 공개했습니다 globenewswire.com). 인도 정부는 국가 수소 미션 하에 시범 사업에 투자하고 있습니다(예: 라다크의 수소 버스 globenewswire.com).
기업 투자 및 파트너십: 대형 산업 플레이어들이 베팅에 나서고 있습니다. 자동차 제조사들: 도요타, 현대, 혼다는 오랫동안 참여해왔으며, 이제 BMW(2023년에 한정판 수소 SUV를 발표)와 GM(항공우주 및 군사용 연료전지 모듈 개발, Hydrotec 연료전지를 Navistar와 같은 파트너 트럭에 공급)와 같은 기업들도 합류했습니다. 트럭 제조사들: 다임러와 볼보의 합작법인 외에도, 니콜라, 현대(유럽의 XCIENT 프로그램 및 미국 진출 계획), 도요타 히노(연료전지 트럭 개발), 켄워스(도요타와 항만 트럭 데모 협력) 등도 모두 활발히 활동 중입니다. 철도 및 항공사들: 알스톰(기차), 에어버스(MTU와 협력 및 Ballard와 데모 엔진 파트너십), ZeroAvia와 같은 스타트업(항공사들의 지원을 받음) 등은 산업 간 관심을 보여줍니다.

공급망에서도 통합과 투자가 이루어지고 있습니다. 큰 움직임으로는 Honeywell이 2025년에 Johnson Matthey의 연료전지 및 전해조 촉매 사업을 18억 파운드에 인수한 것이 있으며, 이는 기존 산업 기업들이 수소 경제에 대비하고 있음을 보여줍니다 ts2.tech. 수소 생산 스타트업들은 오일 & 가스 대기업들로부터 투자를 받고 있습니다(예: BP가 전해조 스타트업 Hystar와 LOHC 기업 Hydrogenious에 투자). 실제로, 오일 및 가스 기업들은 지분을 대폭 늘렸으며, 글로벌 기업 벤처 분석에 따르면 2025년 상반기에 오일 및 가스 기업들이 수소 스타트업에 대한 투자를 전년 대비 3배로 늘렸습니다, 이는 관심이 식고 있다는 기존의 내러티브를 반박합니다 globalventuring.com. 이들은 수소가 중요한 에너지 캐리어가 될 미래에 대비하고 있습니다. 예시로는 Shell의 H₂ 충전소 네트워크 투자, TotalEnergies의 수소 생산 프로젝트, 그리고 Chevron과 Toyota의 수소 인프라 파트너십 등이 있습니다.

IPO 및 주식 시장: 많은 순수 연료전지 기업들이 상장되어 있습니다(Plug Power, Ballard Power, Bloom Energy, FuelCell Energy). 이들의 주가 변동성은 높으며, 종종 정책 뉴스에 따라 움직입니다. 2020년에는 수소 열풍으로 급등했으나, 2022~2023년에는 기대보다 느린 수익성 개선으로 다소 식었고, 2024~2025년에는 실제 수주 증가와 정부 지원금 집행으로 다시 낙관론이 부상했습니다. 예를 들어, Ballard는 2025년에 유럽 버스 OEM에 90대 이상의 엔진을 공급하는 사상 최대의 버스 연료전지 수주를 받았습니다 nz.finance.yahoo.com, 그리고 새로운 CEO 취임 후 핵심 시장에 집중하고 있습니다 hydrogeninsight.com. Bloom Energy는 제조 역량을 확장하고, 가역형 SOFC를 통한 수소 생산 등 새로운 시장을 모색하고 있습니다. Plug Power는 재무 목표 달성에 어려움을 겪고 있지만, 전방위 그린 수소 네트워크를 구축 중이며 2024년 매출 10억 달러를 돌파했고, 공격적인 성장 계획(다만 지출도 큼)을 발표했습니다 fool.com. 요약하면, 이 분야는 순수 R&D 단계에서 매출 창출 단계로 진입했으나, 전반적인 수익성 확보까지는 아직 몇 년이 더 필요합니다.
인수합병 및 협력: 국경과 산업을 넘는 협력이 활발합니다. 예: Daimler, Shell, Volvo가 수소 트럭 생태계 구축에 협력 중이고, Toyota가 Air Liquide 및 Honda와 일본/유럽 인프라 협력 중입니다. Hydrogen Council(2017년 설립)은 현재 140개 이상의 기업 회원이 전략을 조율하고 있습니다. 특히 국제 협력이 형성되고 있는데, 2023년에는 호주에서 일본으로 암모니아 형태의 수소를 발전용으로 운송하는 파트너십이 발표되었습니다. 암모니아 기반 연료전지가 상용화된다면 연료전지 발전과도 연결됩니다. 유럽 국가들도 협력 중입니다. IPCEI(중요한 유럽 공동 이익 프로젝트) Hydrogen 프로젝트는 EU 각국이 수십억 유로를 모아 전해조부터 연료전지 차량까지 개발합니다 iea.org. “벨기에, 독일, 네덜란드는 수소 시장 강화를 위한 명확한 유럽 전략을 촉구한다”는 보도도 있었으며, 지역 협력의 중요성을 강조합니다 blog.ballard.com.
시장 도전과 조정: 빠른 성장과 함께, 몇 가지 냉정한 조정도 있습니다. H2View H1 2025 보고서는 수소 산업에 대해 “현실이 드러나기 시작했다”고 언급했으며, 일부 스타트업이 실패하고 Statkraft와 같은 대기업이 높은 비용이나 불확실한 수요로 인해 프로젝트를 일시 중단했다고 밝혔습니다 h2-view.com. 그러나 이는 후퇴가 아니라 전략적 진화라고 강조했습니다 – 투자자들은 이제 더 명확한 비즈니스 모델과 단기 현금 흐름을 요구하고 있습니다h2-view.com. 이는 장기적인 안정성에 건강한 신호입니다. 예를 들어, BP가 2025년 네덜란드의 대형 그린 수소 프로젝트에서 철수하고 핵심 사업에 집중했지만, 해당 프로젝트는 새로운 주도 하에 계속 진행되었습니다 ts2.tech. 또한 Nikola의 극적인 이야기도 있습니다: 초기의 큰 기대 이후 재정적 어려움과 창립자의 스캔들에 직면했고, 2023년에는 배터리 트럭 사업이 고전했습니다. 그러나 2025년에는 새로운 기업 “Hyroad”가 파산 후 Nikola의 수소 트럭 자산과 지적 재산권을 인수해 그 비전을 이어가고 있습니다 h2-view.com. 이러한 사례들은 초기의 과도한 열정 단계에서 보다 합리적이고 파트너십 중심의 성장 단계로의 전환을 보여줍니다.
정책 및 의무 신호: 시장은 임박한 규제에도 반응하고 있습니다. 캘리포니아의 Advanced Clean Trucks rule과 EU의 CO₂ 기준은 신형 트럭의 일정 비율이 무공해 차량이어야 함을 사실상 요구하고 있어, 배터리 트럭과 함께 수소 트럭 주문도 촉진하고 있습니다. 예를 들어 캘리포니아에서는 항만과 운송업체들이 2035년(디젤 판매가 금지될 수 있는 시점) 목표를 맞추기 위해 지금부터 무공해 트럭을 도입해야 함을 인식하고 있습니다. 중국은 Fuel Cell Vehicle City Cluster 프로그램을 활용하고 있는데, 지정된 수의 FCEV를 보급하는 도시 연합에 보조금을 지급하며, 앞서 언급한 대로 2025년까지 5만 대의 FCEV 달성을 목표로 하고 있습니다. 이러한 의무는 제조사들에게 연료전지차를 생산하면 시장이 보장된다는 신호를 주어 투자를 촉진합니다.
수소 인프라 확장: 연료전지와 밀접하게 연관된 시장 트렌드는 바로 충전 인프라의 구축입니다. 2025년까지 전 세계적으로 1,000개 이상의 수소 충전소가 예상되며(2021년 약 550개에서 증가), 독일은 이미 100개 이상의 충전소로 기존 차량을 지원하고 있습니다 globenewswire.com. 독일은 2025년까지 400개를 목표로 하고 있으며, 일본은 2025년까지 320개를 목표로 하고 있습니다. 흥미롭게도 중국은 2025년까지 250개 이상의 충전소를 보유하고 빠르게 건설 중입니다. 미국은 뒤처져 있지만 인프라 법안에서 수소(H₂) 회랑과 민간 주도 사업(예: Nikola, Plug Power, Shell의 트럭 정류장 개발 중)에 자금을 배정했습니다. 트럭용 고용량 700바 디스펜서나 액체 수소 충전 등 새로운 충전 기술도 현장에 도입되고 있습니다. 2023년에는 트럭용 최초의 고용량 액체 수소 충전소가 Daimler와 파트너사에 의해 독일에 개장했습니다. 또한 새로운 표준(예: SAE J2601 충전 프로토콜 업데이트 등)이 충전의 신뢰성과 속도를 개선해 사용자 수용성과 충전소 처리량을 높이고 있습니다.
시장 전망: 앞으로 업계 전망은 낙관적입니다. IDTechEx는 2030년까지 전 세계적으로 수만 대의 연료전지 트럭이 도로에 다닐 것으로 예상하며, 모든 종류의 FCEV(연료전지 전기차)는 100만 대 이상이 될 수 있다고 전망합니다. 2040년에는 연료전지가 대형 상용차 판매의 상당 부분(일부 추정치로는 20~30%)을 차지할 수 있습니다. 고정형 연료전지는 2030년까지 누적 설치 용량이 20GW를 넘어설 수 있으며(현재는 몇 GW 수준), 한국, 일본, 그리고 수소 허브 및 넷제로 전력망 목표를 가진 미국 등에서 청정 기저 발전원으로 도입이 확대될 전망입니다. Hydrogen Council은 2°C 시나리오에서 2050년까지 수소가 최종 에너지 수요의 10~12%를 차지할 것으로 내다보며, 이는 차량, 건물, 발전 분야에서 수백만 개의 연료전지 도입을 의미합니다. 단기적으로는 향후 5년(2025~2030년)이 시범사업과 소규모 생산에서 다수의 산업 분야로 대량생산이 전환되는 중요한 확장기입니다.

업계 리더들은 이 확장기에 지원의 필요성을 강조하고 있습니다. 유럽 30개 CEO가 공동 서한을 통해 신속한 조치가 없으면 “유럽의 수소 모빌리티가 정체될 것”이라고 경고하며, 인프라의 동시 구축과 주요 이니셔티브에 수소 포함을 촉구했습니다 hydrogeneurope.eu. 이들은 이중 인프라(배터리 + 수소)를 구축하면 전력망 업그레이드 비용 수천억 달러를 절감할 수 있다고 지적하며 hydrogen-central.com, 정부가 전기화와 함께 수소에 투자해야 할 강력한 경제적 근거를 제시했습니다.

투자 측면에서, 기업 지출을 넘어 각국 정부도 자금을 동원하고 있습니다. EU는 2023년 Horizon 및 Hydrogen Europe 프로그램 하에 수소 연구개발 및 보급에 4억 7천만 유로를 배정했습니다 clean-hydrogen.europa.eu. 미국 에너지부(US DOE)의 수소 프로그램은 연간 5억 달러 이상의 예산과 80억 달러 규모의 허브 자금 지원을 받았습니다. 중국 정부는 클러스터 프로그램 내 차량용 연료전지 1kW당 약 1,500달러의 보조금을 지급하고 있습니다. 이들 모두가 이번 10년 동안 수십억 달러를 이 분야에 투입하여 민간 투자자의 위험을 낮추고 있습니다.

시장 모멘텀을 구체적인 예로 설명하자면: 현대자동차는 2025년에 업그레이드된 NEXO SUV를 출시하고, 모든 상용차 모델에 연료전지 버전을 도입할 계획을 발표했습니다. 유럽에서는 도요타가 미라이(Mirai)에서 가져온 연료전지 모듈을 히노(Hino) 및 카에타노버스(Caetanobus) 버스, 심지어 미국의 켄워스(Kenworth) 트럭 프로젝트에도 적용하기 시작했습니다. 니콜라와 이베코는 독일에 연료전지 트럭 공장을 건설 중이며, 2024~2025년까지 연간 수백 대 생산을 목표로 하고 있습니다. 이처럼 제조 역량이 본격적으로 가동되면 시장에 제품이 공급될 것이며, 그 다음은 고객과 연료 공급의 문제입니다.

이미 “실제 주문”이 이루어지고 있습니다. 예를 들어, 2025년 탈고(철도차량 제조사)는 스페인 수소 열차용으로 Ballard 연료전지를 주문했고, 시에라 노던 철도는 기관차용 1.5MW 연료전지 엔진(Ballard)을 주문했습니다 money.tmx.com. 퍼스트 모드(First Mode)는 광산 대형 트럭을 수소 동력으로 개조하기 위해 Ballard 연료전지 60대를 주문했습니다 blog.ballard.com. 이들은 과학 실험이 아니라, 운영 탈탄소화를 목표로 한 상업적 계약입니다. 열차와 광산 분야의 이러한 초기 도입 프로젝트는 틈새 시장이지만, 중공업 분야에서 경제성을 입증하는 데 중요합니다.

마지막으로 시장 분위기의 트렌드: 2020년경 최고조의 기대감 이후 2022년 다소 침체를 겪었으나, 2023~2025년에는 보다 신중하고 단호한 낙관론이 나타나고 있습니다. 경영진들은 종종 도전 과제를 인정하면서도 극복할 수 있다는 자신감을 표명합니다. 예를 들어, 린데(Linde) CEO 산지브 람바(Sanjiv Lamba)는 “지속가능성을 해결할 단일 해법은 없으며, 수소는 더 깨끗한 운송을 위한 핵심 옵션이다. 산업계, 제조업체, 정부가 협력한다면 그 잠재력을 완전히 실현할 수 있다”고 강조했습니다. hydrogen-central.com 민간과 공공 부문 간의 이러한 협력 정신이 이제 뚜렷하게 나타나고 있습니다. 어떤 의미에서 연료전지는 실험실에서 이사회실로 옮겨졌습니다. 각국은 에너지 안보와 산업 리더십을 위해 수소 및 연료전지 기술의 전략적 가치를 인식하고 있습니다. 유럽은 이를 경쟁력 문제로까지 인식하며, 미국 IRA 인센티브를 보고 긴박감을 느끼고 있습니다.

요약하자면, 연료전지의 경제성은 기술 발전과 규모의 경제에 힘입어 빠르게 개선되고 있지만, 완전한 경쟁력을 갖추기 위해서는 지속적인 지원이 여전히 필요합니다. 시장 동향은 강력한 성장과 대규모 투자가 이어질 것으로 보이지만, 연료전지가 가장 강점을 가지는 분야(예: 중장기 운송, 오프그리드 전력)부터 우선적으로 집중하는 실용적인 접근이 병행되고 있습니다. 향후 몇 년간 이러한 분야에서 연료전지 솔루션이 점점 더 보편화되며, 이후 확장을 위한 경험과 물량이 축적될 것으로 예상됩니다.

글로벌 정책 이니셔티브 및 산업 동향

정부 정책과 국제 협력이 연료전지 및 수소 도입 가속화에 중추적인 역할을 하고 있습니다. 경제 성장, 배출가스 저감, 에너지 안보의 잠재력을 인식한 전 세계 정부들은 수소 및 연료전지 부문을 지원하기 위한 종합 전략과 자금 지원 프로그램을 출범시켰습니다. 한편, 산업계 이해관계자들은 인프라와 표준이 발전 속도를 따라갈 수 있도록 연합 및 파트너십을 조직하고 있습니다. 이 섹션에서는 2025년 현재 판도를 형성하고 있는 주요 글로벌 정책 이니셔티브, 주요 기업 투자, 그리고 국제 협력을 소개합니다.

정책 및 정부 전략

유럽 연합: 유럽은 수소 정책 입안에서 아마도 가장 공격적인 행보를 보이고 있다. EU 수소 전략(2020)은 2024년까지 6GW의 재생 가능 전해조 설치, 2030년까지 40GW 설치 목표를 세웠다fchea.org. 2025년 초까지, EU를 포함한 60개 이상의 정부가 수소 전략을 채택했다iea.org. EU는 수소를 위한 중요한 유럽 공동 이익 프로젝트(IPCEI) 프로그램을 시행하여, 수십억 유로의 자금으로 전체 가치 사슬 개발을 위한 여러 차수의 프로젝트를 승인했다iea.org. 또한 수소 은행(혁신 기금 산하)을 출범시켜 최초의 그린 수소 생산 프로젝트를 보조했다 – 2024년 첫 경매에서는 10만 톤의 그린 H₂에 대해 8억 유로를 제공(사실상 그린 H₂를 가격 경쟁력 있게 만들기 위한 차액 계약)했다iea.org. 모빌리티 측면에서, EU는 2023년 대체 연료 인프라 규정(AFIR)을 통과시켜 2030년까지 핵심 유럽 교통망 도로를 따라 200km마다 수소 충전소가 설치되도록 의무화했다. 또한, EU의 차량 CO₂ 기준은 제조업체들이 무배출 차량(수소전기차 포함)에 투자하도록 사실상 유도하고 있다. 유럽 각국도 개별적으로 투자 중: 독일은 이번 10년 동안 H₂ 충전 및 연구개발에 15억 유로 이상을 투자했고, 국경을 넘는 이니셔티브(예: 스페인, 프랑스와 함께하는 “H2Med” 파이프라인 계획)를 주도하고 있다. 프랑스는 전해조, 대형 차량, 산업 탈탄소화에 중점을 둔 70억 유로 규모의 수소 계획을 발표했다globenewswire.com. 스칸디나비아 국가들은 EU 지원을 받아 “노르딕 수소 회랑”을 구성하여 스웨덴에서 핀란드까지 수소 트럭과 충전소를 배치하고 있다hydrogeneurope.eu. 동유럽 역시 프로젝트를 진행 중(폴란드와 체코가 고속도로에 트럭용 H₂ 허브를 계획 중). 특히, 유럽의 산업계 CEO들은 더욱 강력한 조치를 촉구하고 있다 – 2025년 7월, 30명 이상의 CEO가 EU 지도자들에게 서한을 보내 “수소 모빌리티를 유럽 청정 운송 전략의 중심에 확고히 둘 것”을 촉구하며, 유럽이 초기 우위를 확보하려면 지금 행동해야 한다고 경고했다hydrogeneurope.eu. 이들은 유럽이 수소 기술 리더십을 통해 2030년까지 50만 개의 일자리를 창출할 수 있다고 지적했다 hydrogen-central.com, 그러나 인프라 구축과 지원 체계(자금 지원 및 규제 간소화 등)가 마련되어 있을 때만 가능합니다. EU는 이에 귀를 기울이고 있습니다. EU는 청정 산업 정책(때때로 “넷제로 산업법(Net-Zero Industry Act)”이라고도 불림)을 개발 중이며, 이는 미국 IRA와 유사하게 수소 기술 제조에 대한 인센티브를 포함할 가능성이 높습니다. 한 가지 문제는 2024년 말에 공개된 EU 2040 기후 계획 초안에서 수소가 명시적으로 언급되지 않아 업계에 경각심을 불러일으켰다는 점입니다 hydrogen-central.com. 하지만 Hydrogen Europe과 같은 이해관계자들은 수소가 EU 탈탄소화 계획의 중심에 남을 수 있도록 적극적으로 로비하고 있습니다 h2-view.com.
미국: 바이든 행정부 하에서 미국은 수소 지원에 강하게 방향을 전환했습니다. 2021년 인프라 투자 및 일자리 법(IIJA)에는 지역 청정 수소 허브를 위해 80억 달러가 포함되었습니다. 2023년 말, 에너지부(DOE)는 전국에서 7개의 허브 제안(예: 캘리포니아 재생 수소 허브, 텍사스 석유/가스 수소 허브, 중서부 청정 암모니아 허브 등)을 선정하여 자금을 지원하기로 했습니다. 이 허브들은 수소 생산, 유통, 최종 사용(모빌리티 및 발전용 연료전지 포함)의 지역 생태계를 조성하는 것을 목표로 합니다. 에너지부는 또한 에너지 어스샷의 일환으로 “Hydrogen Shot”을 시작하여 2031년까지 그린 수소의 비용을 1달러/kg로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다 innovationnewsnetwork.com. 그러나 가장 혁신적인 변화는 2022년 인플레이션 감축법(IRA)으로, 수소에 대한 생산세 공제(PTC)를 도입했습니다. 이는 거의 무배출로 생산된 수소(H₂)에 대해 kg당 최대 3달러를 제공합니다 iea.org. 이로 인해 많은 그린 수소 프로젝트가 경제적으로 실현 가능해졌고, 법 통과 이후 프로젝트 발표가 쏟아졌습니다. 또한 연료전지 차량과 고정식 연료전지 설치(30% ITC fuelcellenergy.com)에 대한 세액공제도 연장되었습니다. 미국 국가 수소 전략 및 로드맵(2023년 초안 발표)은 2050년까지 연간 5천만 톤의 수소(현재는 약 1천만 톤, 대부분 화석 기반)를 비전으로 제시합니다innovationnewsnetwork.com. 미국은 수소를 에너지 안보와 산업 경쟁력의 핵심으로 보고 있습니다. 추가로, 캘리포니아와 같은 주는 자체 이니셔티브를 추진 중입니다. 캘리포니아 에너지 위원회는 수소 충전소에 자금을 지원하고(2030년까지 대형 트럭용 H₂ 충전소 100개 목표), 주에서는 연료전지 등 무공해 차량에 인센티브를 제공합니다(HVIP 트럭 프로그램, 버스 바우처 프로그램 등). 미군도 참여하고 있는데, 육군은 기지 내 수소 충전 계획과 전술용 연료전지 차량 테스트를 진행 중이며, 앞서 언급한 H2Rescue 트럭과 같은 프로젝트에 국방부가 파트너로 참여하고 있습니다 innovationnewsnetwork.com. 규제 측면에서는, 미국이 안전한 수소 취급과 표준화된 충전 프로토콜을 보장하기 위해(NREL, SAE 등 통해) 코드와 표준을 개발 중이며, 이는 보급을 용이하게 합니다.
아시아: 일본은 “수소 사회”를 구상하며 수소 분야의 선구자 역할을 해왔습니다. 일본 정부는 2023년에 기본 수소 전략을 개정하여 2040년까지 수소 사용 목표를 1,200만 톤으로 두 배로 늘리고, 15년간 민관 합동으로 1,130억 달러(15조 엔)를 투자하겠다고 약속했습니다. 일본은 연료전지차에 보조금을 지급하고 약 160개의 충전소를 건설했으며, 연료전지 마이크로 CHP(에네팜)에도 자금을 지원했습니다. 또한 2020 도쿄 올림픽(2021년에 개최)을 수소 버스와 발전기로 운영하여 수소 기술을 선보였습니다. 현재 일본은 글로벌 공급망에도 투자하고 있는데, 예를 들어 호주와의 협력으로 액화수소 운반선(스이소 프론티어호가 LH₂를 싣고 시험 항해를 완료함)을 통한 수소 운송 사업이 있습니다. 한국 역시 2040년까지 20만 대의 수소전기차(FCEV)와 15GW의 연료전지 발전을 목표로 하는 수소경제 로드맵을 추진 중입니다. 2025년까지 한국은 도로 위에 8만 1,000대의 FCEV(2023년 기준 약 3만 대, 대부분 현대 넥쏘)와 1,200대의 수소버스를 보급하고, 현재 300MW 이상의 고정형 연료전지 용량을 GW급으로 확대할 계획입니다. 한국은 소비자에게 넉넉한 보조금을 제공(보조금 적용 시 넥쏘 가격이 휘발유 SUV와 비슷)하고, 약 100개의 수소 충전소를 구축했습니다. 또한 2021년부터 서울 등 주요 도시에서 신규 공공버스의 1/3 이상을 수소버스로 의무화했습니다. 중국은 처음으로 수소를 국가 5개년 계획(2021-2025)에 포함시켜, 수소를 탈탄소화의 핵심 기술이자 신흥 산업으로 인정했습니다 payneinstitute.mines.edu. 중국은 아직 차량용 수소에 대해 국가 차원의 통합 보조금 제도는 없으며(2022년 신에너지차 보조금 종료), 대신 연료전지차 시범 프로그램을 도입했습니다. 이는 차량별 보조금 대신, 도시권이 보급 목표와 기술적 성과를 달성하면 보상하는 방식입니다. 이 일환으로 중국은 2030년까지 약 5만 대의 FCEV(대부분 상용차)와 1,000개의 수소 충전소 globenewswire.com를 목표로 설정했습니다. 상하이, 광둥, 베이징 등 주요 성은 대규모 투자를 진행 중이며, 지역 보조금, 차량 의무화(예: 일부 구역에서 시내버스의 일정 비율을 연료전지로 지정), 연료전지 제조 산업단지 건설 등을 추진하고 있습니다. 시노펙(대형 석유회사)은 일부 주유소를 수소 충전소로 전환 중이며(장기적으로 1,000개 목표), 국제적으로도 협력 중입니다. 예를 들어 Ballard의 CEO는 중국의 “수소 보급 리더십”을 언급했고, Ballard는 중국에 합작회사를 두고 있습니다 blog.ballard.com. 그러나 중국은 여전히 많은 수소를 석탄에서 생산하고 있으며(탄소 포집 시 “블루”, 미포집 시 “그레이”로 부름), 정책에는 지질 수소와 원자력 기반 수소 생산 연구도 포함되어 있어 다양한 방안을 모색하고 있음을 보여줍니다.
기타 지역: 호주는 재생 가능 자원을 활용해 수소 수출국이 되려 하고 있습니다(이는 국내 연료전지 사용보다는 수소 생산에 더 가깝습니다). 호주는 전략을 수립하고 있으며, WA(서호주)의 아시아 재생에너지 허브와 같은 대규모 프로젝트를 추진 중으로, 이곳에서 그린 암모니아를 생산할 예정입니다. 중동 국가들(예: UAE, 사우디아라비아)은 석유 의존도를 줄이기 위해 그린 수소/암모니아 메가 프로젝트를 발표했습니다. 예를 들어, 사우디아라비아의 NEOM은 그린 암모니아를 수출하고 일부 수소는 운송용으로 사용할 계획입니다(예: Caetano/Ballard에서 수소버스 20대를 주문). 이러한 프로젝트는 미래 공급을 보장함으로써 연료전지에 간접적으로 이익을 줍니다. 캐나다는 수소 전략을 보유하고 있으며 연료전지 지적재산권(IP)에 강점이 있습니다(Ballard, Hydrogenics-Cummins 등은 캐나다 기업). 캐나다는 중장거리 운송 분야에서 기회를 보고 있으며, 앨버타와 퀘벡에 수소 허브를 구축했습니다. 인도는 2023년 국가 그린 수소 미션을 시작하며 전해조 제조 및 연료전지 시범사업(버스, 트럭, 가능하다면 열차)에 20억 달러 이상을 초기 투자했습니다. 석유 수입 의존도가 높고 배출량이 증가하는 국가로서, 인도는 에너지 안보를 위해 수소에 큰 관심을 보이고 있습니다. 최근 2023년 첫 수소 연료전지 버스를 운행하기 시작했으며 Tata, Reliance 등 기업이 이 기술에 투자하고 있습니다 globenewswire.com. 라틴 아메리카: 브라질, 칠레는 풍부한 재생에너지를 바탕으로 그린 수소를 수출할 계획이며, 연료전지 버스를 시험 중입니다(예: 칠레는 광산 차량에서 시범 운행). 아프리카: 남아프리카공화국은 플래티넘 자원을 바탕으로 수소 로드맵을 수립했으며, 연료전지 광산 트럭(Anglo American의 2MW 트럭)과 비상 전원에 관심을 보이고 있습니다. 국제 협력 프레임워크로는 국제 수소 및 연료전지 파트너십(IPHE)과 Mission Innovation의 수소 미션이 지식 공유를 촉진하고 있습니다.

요약하면, 수소와 연료전지가 넷제로 전환의 핵심 요소라는 글로벌 정책적 합의가 형성되고 있습니다. EU의 상향식 명령과 자금 지원, 미국의 시장 주도 인센티브, 아시아의 정부-산업 협력 추진 등 이러한 이니셔티브는 연료전지 기술의 장벽을 획기적으로 낮추고 있습니다.

산업 동맹 및 투자

산업 측면에서는 기업들이 비용을 분담하고 인프라 구축을 가속화하기 위해 힘을 합치고 있습니다:

수소 위원회: 2017년 13개의 창립 기업으로 결성되었으며, 현재는 140개 이상의 기업(에너지, 자동차, 화학, 금융)이 수소를 옹호하는 단체로 성장했습니다. 이 위원회는 비즈니스 타당성을 입증하기 위해 맥킨지와 함께 분석을 의뢰하고, 2050년까지 수조 달러의 투자로 수소가 탈탄소화 필요량의 20%를 제공할 수 있다는 내러티브를 확산하는 데 중요한 역할을 했습니다. 이 위원회의 CEO들은 목소리를 내고 있습니다. 예를 들어, 도요타 CEO(회원)는 다중 경로 전략을 정기적으로 강조하며, 연료전지가 의제에 오를 수 있도록 일본 및 해외 정책 입안자들과 교류해왔습니다. 위원회의 2025년 보고서 “Closing the Cost Gap”에서는 2030년까지 청정 수소가 경쟁력을 갖추기 위해 필요한 정책 지원 분야를 제시했습니다 hydrogencouncil.com.
글로벌 수소 모빌리티 연합: 2025년 유럽의 30개 CEO가 공동 서한을 통해 글로벌 수소 모빌리티 연합의 결성을 발표했습니다. 이는 업계가 대규모 수소 운송 솔루션을 추진하기 위해 힘을 합친 것입니다 hydrogen-central.com. 우리가 본 CEO 인용문 부록은 언론 홍보의 일환으로, 인식 제고와 정부 압박을 위한 것입니다 hydrogen-central.com. 이 연합에는 가스 공급업체(에어리퀴드, 린데), 차량 제조사(BMW, 현대, 도요타, 다임러, 볼보, 혼다), 연료전지 제조사(발라드, 보쉬(cellcentric 통해), EKPO), 부품 공급업체(보쉬, MAHLE, Hexagon(탱크)), 최종 사용자/차량 운영사 등 수소 가치사슬 전반의 기업들이 포함되어 있습니다. 한 목소리로 말함으로써, 규제 당국과 투자자들에게 “우리는 준비되어 있다, 지금 지원이 필요하다, 아니면 (특히 중국 등과 비교해) 뒤처질 위험이 있다”는 통일된 메시지를 전달하려는 것입니다.
자동차 제조사 파트너십: 연료전지 개발에는 많은 비용이 들기 때문에 자동차 제조사들은 종종 협력합니다. 도요타와 BMW는 기술 공유 협약을 맺었고(BMW의 한정판 iX5 Hydrogen SUV는 도요타 연료전지를 사용), 혼다와 GM은 합작회사를 설립했으나 2022년경 GM은 비차량용 및 혼다에 기술 공급 위주로 자체 개발로 전환했습니다. 공동 연료전지 공장도 등장하고 있습니다: 예를 들어, Cellcentric(다임러-볼보)은 2025년까지 독일에 대형 트럭용 연료전지 공장을 건설 중입니다. 현대와 커민스는 연료전지 협력을 위한 MOU를 체결했으며(커민스는 인도 타타와도 협력 중), 이러한 공동 투자는 R&D 비용을 분산시키고 표준을 맞추는 데 도움이 됩니다(예: 유사한 압력, 주유 인터페이스 등 인프라 공용화).
인프라 컨소시엄: 연료 공급 분야에서는 여러 기업이 모여 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 문제를 함께 해결합니다. 한 예로 H2 Mobility Deutschland가 있습니다. 이는 Air Liquide, Linde, Daimler, Total, Shell, BMW 등으로 구성된 컨소시엄으로, 공동 자금으로 독일 최초의 수소 충전소 100곳을 건설했습니다. 캘리포니아에서는 California Fuel Cell Partnership(현재는 Hydrogen Fuel Cell Partnership으로 리브랜딩됨)이 자동차 제조사, 에너지 기업, 정부를 모아 충전소 구축과 차량 도입을 조율합니다. 유럽에서는 트럭을 위한 H2Accelerate를 출범했으며, Daimler, Volvo, Iveco, OMV, Shell 등 여러 기업이 참여해 이번 10년 내 수만 대의 수소 트럭이 도로에 오를 수 있도록 필요한 사항에 집중하고 있습니다. 이들은 트럭의 요구에 맞는 충전소 사양(예: 고유량 디스펜서) 보장, 트럭 고객 인도 시점에 맞춘 충전소 개장 등도 조율합니다.
에너지 및 화학 산업의 움직임: 대형 에너지 기업들은 다운스트림에 투자하고 있습니다. Shell은 수소 충전소를 건설할 뿐 아니라 트럭 도입에도 협력하고 있습니다(유럽에서 Daimler와 함께 수소 트럭 운송 회랑을 시범 운영 중). TotalEnergies도 일부 거점에 수소를 도입하고 프랑스에서 버스 프로젝트에 협력하고 있습니다. 정유사는 자산 전환 가능성(정유소에서 수소 생산, 주유소를 수소 등 에너지 허브로 전환 등)에 주목합니다. 산업용 가스 기업(Air Liquide, Linde)은 핵심 플레이어로, 수소 생산 및 유통(액화, 탱커 트럭, 파이프라인)에 투자하고, 심지어 최종 사용에도 직접 진출합니다(Air Liquide는 일부 국가에서 공공 수소 충전소 자회사를 운영). 일본에서는 JXTG(Eneos) 등 기업이 수소 공급망을 구축하고 연료 수입(브루나이 SPERA LOHC 프로젝트 등)에도 나서고 있습니다. Chemours(Nafion 멤브레인 제조사) 등 화학 기업도 연료전지 소재 생산을 수요 증가에 맞춰 확대 중이며, 때로는 정부 지원도 받습니다(프랑스는 전해조·연료전지 공장 지원 포함, 예: AFCP의 연료전지 시스템 기가팩토리).
투자 및 자금 조달 동향: 앞서 기업 벤처캐피털(VC)에 대해 언급했습니다. 특히 벤처캐피털과 사모펀드가 수소 스타트업에 대거 투자했습니다. 전해조 제조사(ITM Power, Sunfire 등), 연료전지 제조사(Plug Power는 소규모 기업 인수로 기술 통합 등), 수소 공급망 기업 등이 그 예입니다. 2025년 상반기에는 전반적인 클린테크 VC가 다소 둔화됐음에도 수소 분야는 꾸준한 관심을 받았으며, 특히 석유·가스 기업 VC의 투자는 3배 증가했습니다(globalventuring.com 기준). 또한 각국의 그린펀드도 수소를 지원합니다. 예를 들어 독일의 H₂Global 프로그램은 정부가 보증하는 경매 메커니즘을 통해 그린 수소/암모니아 수입을 보조, 사용자에게 공급을 간접적으로 보장합니다. 일본 NEDO는 초기 R&D와 데모 프로젝트(연료전지 선박, 연료전지 건설장비 등)에 많은 자금을 지원합니다.
표준 및 인증: 국제적으로 “그린” 또는 “저탄소” 수소의 기준을 표준화하려는 노력이 진행 중입니다(국경 간 무역 및 환경 주장 보장을 위해 중요함). EU는 2023년에 수소에 대한 “비생물학적 기원의 재생연료”(RFNBO) 기준을 정의하는 위임 법령을 발표했습니다 iea.org. 또한, 원산지 보증 제도도 추진 중입니다. 기술 측면에서는 ISO와 SAE가 연료 품질 표준, 압력 용기 표준(700bar 탱크용) 등을 업데이트하고 있어, 제품이 여러 시장에서 인증받기 쉬워지고 있습니다. 이처럼 주목받지 못하는 작업이 매우 중요합니다. 예를 들어, 주유 프로토콜에 합의하면 서로 다른 브랜드의 차량이 어디서나 연료를 공급받을 수 있습니다. 글로벌 수소 안전 규정 위원회는 각국이 조화된 안전 규정을 채택할 수 있도록 모범 사례를 조율합니다(한 국가의 충전소 설계가 최소한의 변경으로 다른 국가의 규정을 충족할 수 있도록).

수소/연료전지 생태계를 견고하게 만들기 위해 얼마나 많은 조정과 자금이 투입되고 있는지 알 수 있습니다. 그 결과, 2025년쯤이면 연료전지는 더 이상 소수의 열성 지지자에게만 의존하는 주변 기술이 아니며, 주요 산업과 정부의 지원을 받게 됩니다. 이는 인프라와 비용과 같은 초기 장애물이 점진적으로 극복될 것임을 의미합니다.

통합된 관점을 보여주기 위해: 정책, 투자, 협력이 COP28 기후 정상회의(2023년 12월)에서 뚜렷하게 결합되었습니다. 이 회의에서 수소가 큰 주목을 받았습니다. 여러 국가가 2030년까지 전 세계적으로 5천만 톤의 청정 수소 생산을 목표로 하는 “수소 혁신” 의제를 발표했습니다(이는 Hydrogen Council 및 IEA 일정과도 맞닿아 있음). Mission Innovation Hydrogen Valley Platform과 같은 이니셔티브는 전 세계 수소 허브 프로젝트를 연결해 지식을 교환합니다. 그리고 Clean Energy Ministerial과 같은 포럼에는 진척 상황을 모니터링하는 수소 이니셔티브 트랙이 있습니다.

또한 새로운 양자 간 협력도 나타나고 있습니다. 예를 들어, 독일은 나미비아 및 남아프리카공화국과 그린 수소 개발(장기적으로는 수입을 염두에 둔) 파트너십을 체결했고, 일본은 UAE 및 호주와 협력하고 있습니다. 이들 협력에는 해당 파트너 국가에서의 파일럿 연료전지 프로젝트도 포함되는 경우가 많습니다(예: 나미비아는 독일의 지원으로 철도 및 발전용 수소를 검토 중). 유럽은 또한 ReFuelEU 규정의 일환으로 항공 및 해운용 수소 유래 연료 수입을 모색하고 있습니다. 이는 항만에서 연료전지 발전에 암모니아를 사용하는 등, 간접적으로 고정형 연료전지 시장을 창출할 수 있습니다.

결론적으로, 글로벌 정책 이니셔티브와 산업 발전의 시너지가 강화되는 선순환을 만들고 있습니다. 정책은 위험을 줄이고 민간 투자를 촉진하며, 산업의 성과는 정책 입안자들이 더 야심찬 목표를 설정하도록 자신감을 줍니다. 여전히 과제(제조 확대, 저렴한 연료 공급 보장, 초기 비수익 단계에서 투자자 신뢰 유지 등)는 남아 있지만, 국제적 약속의 수준은 전례가 없습니다. 연료전지와 수소는 “언젠가, 아마도”의 해결책에서 “지금, 여기”의 해결책으로 전환되어 국가들이 경쟁적으로 추진하고 있습니다. EKPO(유럽 합작회사)의 CEO가 말했듯이, 이는 “전체 가치 사슬에 걸쳐 지금 행동하는 것” hydrogen-central.com이 선두를 유지하는 방법입니다. 이를 염두에 두고, 아직 주목이 필요한 과제들과 2025년 이후 미래에 대해 살펴보겠습니다.

연료전지 도입의 도전과 장벽

이러한 모멘텀과 낙관론에도 불구하고, 연료전지 산업은 광범위한 도입을 달성하기 위해 반드시 해결해야 할 여러 중대한 과제에 직면해 있습니다. 이들 중 다수는 잘 알려져 있으며, 앞서 논의한 바와 같이 기술 혁신과 정책 지원의 대상이 되고 있습니다. 여기서는 주요 장벽들, 즉 인프라 구축, 비용 및 경제성, 내구성 및 신뢰성, 연료 생산, 기타 실질적 과제들과 이를 극복하기 위한 전략을 요약합니다.

수소 인프라 및 연료 가용성: 아마도 가장 즉각적인 병목 현상은 포괄적인 수소 충전 인프라의 부족입니다. 소비자들은 쉽게 연료를 보충할 수 없다면 FCEV 구매를 꺼립니다. 2025년 기준, 수소 충전소는 일부 지역(캘리포니아, 일본, 독일, 한국, 중국 일부)에 집중되어 있으며, 그마저도 수가 제한적입니다. 충전소 건설은 자본 집약적(일일 400kg 용량 기준 100만~200만 달러)이고, 초기에는 활용률도 낮습니다. 이 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 하는 문제는 정부 보조금(예: EU와 캘리포니아의 신규 충전소 공동 지원)과 초기 배치의 클러스터링으로 해결을 시도하고 있습니다. 그럼에도 불구하고 속도를 더 높여야 합니다. 한 분석에 따르면, “수소 충전소의 제한된 수가 FCEV 구매 저조로 이어져 시장 성장의 장벽이 되고 있다” globenewswire.com고 합니다. 또한, 수소를 충전소로 운송(트럭 또는 파이프라인)하고 저장(고압 또는 극저온 탱크)하는 것도 복잡성과 비용을 더합니다. 잠재적 해결책으로는, 대형 “허브” 충전소를 활용해 차량 플릿(예: 전용 트럭/버스 차고지)을 빠르게 확보하거나, 임시로 이동식 충전기를 배치하거나, 기존 인프라(예: 일부 천연가스 파이프라인을 수소용으로 전환)를 활용하는 방법이 있습니다. 또 다른 측면은 표준화로, 모든 차량이 모든 충전소를 이용할 수 있도록 충전 프로토콜과 노즐 표준을 통일하는 것입니다. 이 문제는 기술적으로는 거의 해결되었으나(SAE J2601 등), 운영 신뢰성이 높아야 합니다. 초기 이용자들은 간헐적인 충전소 고장이나 대기 시간을 겪기도 했는데, 이는 인식에 악영향을 줄 수 있습니다. 유럽 CEO 서한에서는 특히 “수소차 및 인프라 투자와 대규모 배치를 촉진할 수 있는 정책적 지원”을 촉구하며, 이는 정부가 수요가 완전히 발생하기 전에 충전소 건설의 위험을 줄여주길 바란다는 의미입니다 hydrogeneurope.eu. “그린” 수소의 가용성 확보도 또 다른 과제입니다. 현재 충전소는 종종 천연가스 개질 수소를 공급합니다. 환경적 이점을 유지하고, 궁극적으로는 기후 규제(예: 캘리포니아의 재생 수소 비율 확대 요구)를 충족하려면, 더 많은 재생 수소가 네트워크에 공급되어야 하며, 이를 위해 전해조 설치와 바이오가스 조달이 병행되어야 합니다. 미국 H₂ 허브, EU 수소은행 등의 이니셔티브가 이를 목표로 하고 있습니다.
높은 비용 – 차량 및 시스템 비용: 비용이 감소하고는 있지만, 연료전지 시스템과 수소 탱크는 여전히 비싸서 차량 가격을 높게 유지시키고 있습니다. 중장비의 경우, 인센티브가 없다면 총 소유 비용은 여전히 디젤이 더 유리합니다. “높은 초기 비용”은 연료전지 제조의 주요 장벽으로 업계 보고서에서 언급되고 있습니다 globenewswire.com. 연료전지를 탑재한 버스, 트럭, 기차는 현재 수십만 달러의 프리미엄이 붙어 있습니다. 이를 극복하려면 제조 규모를 계속 확대하고 대량 생산을 달성해야 하며(이를 위해서는 구매자가 있을 것이라는 신뢰가 필요하므로, 다시 한 번 의무화/인센티브의 중요성이 강조됩니다), 업계는 몇 가지 방법으로 비용 문제를 해결하고 있습니다: 부품 수를 줄인 더 단순한 시스템 설계(예: 호스와 연결부를 줄이는 통합 스택 모듈), 더 저렴한 소재 사용(새로운 멤브레인 및 바이폴라 플레이트 소재), 대량 생산 방식 도입(자동화, 대형 공장) 등입니다. 우리는 자동차용 연료전지 생산라인(일본 도요타의 전용 FC 공장, 중국 H2 Mobility의 계획된 공장 등)을 이미 보고 있으며, 이들은 2020년대 후반에는 규모의 경제를 실현할 것으로 보입니다. 연료전지 기업들은 또한 덜 유망한 제품 라인을 축소하고 자원을 집중하고 있습니다. 예를 들어, Ballard는 2023년에 “전략적 재정렬”을 시작하여 가장 성과가 좋은 제품(버스/트럭용 연료전지)에 우선순위를 두고 다른 분야의 비용을 절감했습니다 ballard.com. 고정형 시스템의 경우, kW당 비용이 여전히 높습니다(예: 5kW 가정용 CHP는 $15,000 이상, 1MW 플랜트는 $3M 이상). 대량 생산과 모듈형 설계(동일한 유닛을 여러 개 쌓는 방식)가 비용 절감의 길이며, 실제로 고정형 연료전지는 지난 10년간 kW당 비용이 약 60% 하락했지만, 널리 경쟁하려면 비슷한 수준의 추가 하락이 필요합니다. 지속적인 연구개발(R&D)도 다음 혁신(예: 내구성이 확보된다면 스택 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 비백금 촉매 등)을 위해 매우 중요합니다.
수소 연료 비용 및 공급망: 주유소나 공장 출하 시점의 수소 가격은 경제성을 좌우할 수 있습니다. 현재 수소는, 특히 그린 수소의 경우, 에너지 기준으로 기존 연료보다 더 비싼 경우가 많습니다. Dr. Sunita Satyapal은 “비용이 가장 큰 도전 과제 중 하나로 남아 있다”고 강조했으며, 미국은 $1/kg 수소 달성을 추진하고 있습니다 innovationnewsnetwork.com. 목표는 야심차지만, $2-3/kg에 도달하기 위해서도 전해조의 대규모화, 재생에너지 확대, 그리고 블루 수소를 위한 탄소 포집이 필요할 수 있습니다. 여기서의 과제는 전해조 원자재(예: PEM 전해조용 이리듐, 대체재도 개발 중), 수소 생산 전용 재생에너지 확보, 저장/운송 인프라(예: 계절별 생산 변동을 완충할 대용량 수소 저장용 소금 동굴) 구축 등이 있습니다. 수소 운송을 위한 트럭이나 파이프라인 인프라는 아직 초기 단계입니다. 규제상의 도전도 있습니다. 일부 지역에서는 수소 파이프라인이 어떻게 규제될지, 대규모 신규 수소 생산 시설을 얼마나 신속히 허가할지 불분명합니다. 유럽에서는 재생 수소 정의 명확화 지연으로 일부 프로젝트가 지체되었습니다 iea.org. 업계는 “인증 및 규제에 대한 명확성”을 기대하고 있으며, IEA가 언급했듯 불확실성은 투자 결정을 막을 수 있습니다 iea.org. 연료 비용 문제를 단기적으로 완화하기 위해 일부 실증 프로젝트는 산업 부산물 수소나 개질 가스를 사용하기도 하는데, 이는 더 저렴할 수 있지만 저탄소는 아닙니다. 그린 수소가 계속 비싸다면 그린으로의 전환은 도전이 될 것이며, 이 때문에 현재 정부 인센티브가 생산 크레딧에 집중되어 규모의 경제로 자연스럽게 비용이 낮아질 때까지 인위적으로 격차를 메우고 있습니다. 또한, 글로벌 수소 무역(암모니아나 액화수소 운송 등) 구축도 현지 생산이 부족한 지역에 중요할 것이며, 이는 수입/수출 터미널과 선박 건조라는 과제를 동반합니다. 하지만 여러 프로젝트(호주<->일본, 중동<->유럽)가 이러한 경로를 시험 중입니다.
내구성과 신뢰성: 연료전지는 기존 기술과 동등하거나 그 이상으로 내구성을 보여야 고객을 진정으로 사로잡을 수 있습니다. 즉, 자동차 연료전지는 이상적으로 15만 마일(약 24만 km) 이상을 최소한의 성능 저하로 버텨야 하고, 트럭 연료전지는 3만 시간 이상, 고정형 연료전지는 8만 시간(거의 10년) 이상의 연속 운전이 필요합니다. 아직 모든 분야에서 완전히 도달한 것은 아닙니다. 현재 일반적인 수치는 경량 PEM 스택이 약 5,000~8,000시간 동안 10% 미만의 성능 저하를 보였으며, 이는 자동차로 환산하면 약 15만~24만 마일로, 실제로 많은 자동차 제조사의 목표를 달성한 셈입니다. 다만, 매우 덥거나 추운 기후에서는 수명이 짧아질 수 있습니다. 중장비 분야는 여전히 개선 중이며, 일부 대중교통 버스 연료전지는 시험에서 2만 5천 시간 이상을 버텼지만, 3만 5천 시간을 꾸준히 달성하는 것이 다음 단계입니다 sustainable-bus.com. 고정형의 경우, PAFC와 MCFC는 촉매 및 전해질 문제로 인해 5년마다 오버홀(정비)이 필요하며, SOFC는 열 사이클링이나 오염물질로 인해 성능 저하가 발생할 수 있습니다. 수명 연장은 연료전지의 수명주기 비용을 줄이기 위해 매우 중요합니다(연료전지 스택을 너무 자주 교체해야 한다면 경제성이 떨어지거나 유지보수가 골칫거리가 됩니다). 앞서 언급했듯, 기업과 DOE 컨소시엄은 수명 연장을 위해 촉매 및 소재 개발에 진전을 이루고 있습니다(예: 소결 없이 시동-정지에 견딜 수 있는 더 견고한 촉매, 부식 방지 코팅 등). 하지만 성능 한계를 밀어붙일수록 여전히 도전 과제입니다(소재에 더 가혹한 조건이 가해지기 때문에 출력 밀도와 수명 사이에는 종종 트레이드오프가 있습니다). 연료 품질(황, CO가 허용치 이상 없는지 보장)도 내구성에 매우 중요하므로, 일관된 순도(ISO 14687 등급)의 신뢰할 수 있는 수소 공급망 구축이 필수적입니다. 연료전지를 오염시키는 충전소의 오염은 여러 차량의 고장을 초래할 수 있으므로 반드시 피해야 할 악몽 같은 시나리오입니다. 따라서 공급망 전반에 걸친 엄격한 품질 관리와 센서가 필요합니다.
대중 인식과 안전성: 수소는 안전성(“힌덴부르크 신드롬”)과 생소함에 대한 대중의 우려를 극복해야 합니다. 연구에 따르면 제대로 설계된 수소 시스템은 휘발유만큼 혹은 그 이상으로 안전할 수 있습니다(수소는 빠르게 확산되고, 신형 탱크는 매우 견고함). 하지만 어떤 고위험 사고라도 업계에 큰 타격을 줄 수 있습니다. 따라서 실제로 안전성은 도전 과제입니다. 엄격한 기준, 긴급 대응자 교육, 투명한 소통이 필요합니다. 2019년 노르웨이에서 수소 충전소 폭발(누출 및 장비 고장으로 인한) 사고가 발생해 연료전지차 판매가 일시 중단되고 대중의 회의감이 일었습니다. 업계는 이에 대응해 충전소 설계와 안전 프로토콜을 개선했습니다. 대중과 정치적 지지를 잃지 않으려면 우수한 안전 기록을 유지하는 것이 매우 중요합니다. 대중 교육도 필요합니다. 많은 소비자들이 아직 연료전지차가 무엇인지 모르거나 “수소 연소”와 혼동합니다. Fuel Cell & Hydrogen Energy Association(FCHEA, 미국)나 Hydrogen Europe(EU) 같은 단체가 인식 제고를 위해 홍보 활동을 하고 있습니다. 또한, 초기 수용자들이 긍정적인 경험(연료 부족 없음, 쉬운 유지보수 등)을 하도록 보장하는 것도 입소문 확산에 도움이 됩니다.
경쟁과 불확실한 시장 신호: 연료전지는 진공 상태에서 발전하는 것이 아니라, 배터리 전동화 및 기타 기술들과 경쟁하고 있습니다. 일부 전문가들은 배터리가 충분히 발전하여 대형 트럭까지도 커버할 수 있거나, 합성 e-연료가 항공 및 해운을 구동할 수 있어 연료전지의 역할이 줄어들 것이라고 주장합니다. 예를 들어, 2023년 일부 환경 단체의 연구에서는 승용차에서 수소는 직접 전동화에 비해 비효율적이라고 제시했고, 취리히와 같은 일부 도시는 비용과 효율성을 이유로 수소가 아닌 배터리 버스에만 집중하기로 결정했습니다. CleanTechnica는 “수소 버스는 도우려는 사람들에게 해를 끼친다”와 같은 비판을 자주 게재하며, 높은 비용이 대중교통 서비스를 줄일 수 있다고 주장합니다 orrick.com. 이러한 내러티브는 정책에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, 정부가 배터리만으로 충분하다고 믿으면 수소 지원을 줄일 수 있습니다(일부는 EU의 2040 기후 문서에서 수소가 빠진 것을 초점 이동의 신호로 보고 업계가 우려했다고 지적합니다 fuelcellsworks.com). 따라서 과제는 연료전지가 최적의 선택지인 분야를 데이터와 실증 결과로 입증하는 것입니다. 업계는 BEV와 명확히 차별화하기 위해 중대형 및 장거리 분야에 집중하고 있으며, 실제로 많은 정책 입안자와 전통적으로 회의적이던 NGO들조차도 이제는 그 분야에서 수소의 필요성을 인정하고 있습니다. 그러나 만약 배터리 기술이 예기치 않게 급진적으로 발전(예: 훨씬 더 높은 에너지 밀도나 초고속 충전으로 장거리 트럭 문제를 해결)한다면, 연료전지 시장 잠재력은 줄어들 수 있습니다. 시장 불확실성을 완화하기 위해 Ballard와 같은 기업들은 여러 분야(버스, 철도, 해양)로 다각화하여 한 분야가 부진해도 다른 분야가 보완할 수 있도록 했습니다. 또 다른 불확실성은 에너지 가격입니다. 재생에너지가 매우 저렴하고 풍부해지면 수소(전기분해의 저렴한 원료)에 유리하지만, 반대로 화석연료가 저렴하게 남고 탄소 가격이 낮게 유지된다면 수소의 유인은 줄어듭니다. 그래서 장기적인 기후 정책(탄소 가격 책정이나 의무화 등)이 연료전지를 탈탄소화 수단으로서의 사업성을 유지하는 데 매우 중요합니다.
제조 및 공급망 확장: 야심찬 보급 목표를 달성하려면 연료전지, 수소 탱크, 전해조 등 제조를 공급망이 허용하는 속도보다 더 빠르게 확장해야 합니다. 예를 들어, 전 세계 탄소섬유 생산량이 수백만 개의 수소 탱크가 필요할 경우 병목현상이 될 수 있습니다. 연료전지 산업은 일부 원자재와 제조 역량을 두고 다른 산업(풍력, 태양광, 배터리)과 경쟁하게 됩니다. 인력 교육도 간단하지 않습니다. 스택 조립, 충전소 유지보수 등에는 숙련된 기술자가 필요합니다. 정부는 교육 프로그램에 투자하기 시작했으며(미 에너지부는 자사 의제에 인력 개발을 포함한다고 언급함 innovationnewsnetwork.com), 공급망의 현지화도 트렌드입니다(EU와 미국은 일자리 창출과 공급망 안보를 위해 국내 제조를 원함). 이는 도전이자 기회입니다. 새로운 공장 건설에는 시간과 비용이 들지만, 일단 가동되면 비용이 낮아지고 수입 의존도가 줄어듭니다.
정책의 연속성과 지원: 현재는 정책이 대체로 우호적이지만, 정치적 변화의 위험은 항상 존재합니다. 보조금이 너무 일찍 종료되거나, 예를 들어 다른 행정부가 수소를 우선순위에서 제외하면 규제가 바뀔 수 있습니다. 업계는 자립에 도달하기 위해 이번 10년 동안 지속적인 지원에 어느 정도 의존하고 있습니다. 일자리와 경제적 이익을 강조해 초당적 또는 광범위한 지지를 확보하는 것이 도움이 될 수 있습니다(따라서 EU에서 2030년까지 수소로 50만 개의 일자리를 창출한다는 점을 강조 hydrogen-central.com 및 산업 재활성화). 또 다른 측면은 인허가 간소화입니다. 대규모 인프라 프로젝트는 관료적 절차로 인해 지연될 수 있으므로, 일부 정부(독일 등)는 수소 프로젝트의 승인 절차를 더 빠르게 진행하려 하고 있습니다. 만약 이 부분이 달성되지 않으면 장애물이 될 수 있습니다.

이러한 도전에도 불구하고, 현재 진행 중인 공동의 노력으로 볼 때 극복 불가능한 문제는 없어 보입니다. Dr. Sunita Satyapal이 언급했듯이, 비용 외에도 “수소 수요를 확보하는 것이 핵심 과제입니다. 생산을 늘리는 것뿐만 아니라 다양한 산업에서 시장 수요를 촉진하는 것이 필수적입니다… 상업적 타당성을 달성하려면 반드시 규모를 키워야 합니다.” innovationnewsnetwork.com 이처럼 공급과 수요의 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐 하는 문제가 많은 도전의 핵심에 있습니다. 현재 취하고 있는 접근법(허브, 차량 및 충전소의 동시 확장, 플릿 운영 등)은 이 교착상태를 깨기 위한 것입니다.

10여 년 전 배터리 전기차도 비슷한 도전(높은 비용, 부족한 충전소, 주행거리 불안 등)이 있었고, 지속적인 노력으로 점차 해결되고 있습니다. 연료전지는 성숙도 면에서 배터리보다 5~10년 뒤처져 있지만, 기후 위기가 더욱 시급해진 지금, 전기차 보급에서 얻은 교훈을 바탕으로 이러한 장애물도 더 빠르게 극복할 수 있기를 기대합니다.

요약하자면, 연료전지의 주요 과제는 인프라, 비용, 내구성, 연료 생산, 그리고 인식/경쟁입니다. 각각은 기술 연구개발, 정책 인센티브, 산업 전략의 조합을 통해 해결되고 있습니다. 다음 섹션에서는 이러한 노력이 미래에 어떻게 전개될지, 그리고 연료전지의 전망이 어떠한지 살펴보겠습니다.

미래 전망

연료전지의 미래는 2030년과 그 이후를 바라볼 때 점점 더 밝아지고 있지만, 분야별로 다르게 전개될 것입니다. 현재의 기술 발전, 정책 지원, 시장 채택 추세가 계속된다면, 연료전지는 오늘날의 초기 도입 단계에서 향후 10년 내에 대중 시장 단계로 진입할 것으로 기대할 수 있습니다. 다음은 기대할 수 있는 전망입니다:

2030년까지의 대규모화 및 주류 채택: 2030년까지 연료전지는 특정 분야에서 흔히 볼 수 있는 존재가 될 수 있습니다. 많은 전문가들은 대형 운송 분야를 돌파구로 보고 있습니다. 유럽, 북미, 중국의 고속도로에는 수천 대의 수소 연료전지 트럭이 전용 수소 운송로를 따라 운행될 것으로 예상됩니다. 주요 물류 회사와 차량 운영업체들은 이미 시범 운행을 하고 있으며, 차량이 보급됨에 따라 수소 트럭 사용을 확대할 가능성이 높습니다. 예를 들어, H2Accelerate 컨소시엄은 충분한 물량이 확보될 경우 2030년대에 대형 연료전지 전기차(FCEV)가 디젤과 비용 경쟁력을 갖출 것으로 전망합니다 hydrogen-central.com. 기술이 약속을 지킨다면 2030년대 후반에는 장거리 운송 신차 시장에서 연료전지 트럭이 주류를 이룰 수 있으며, 단거리 및 지역 운송은 배터리 트럭이 담당하게 될 것입니다. 연료전지 버스 역시 특히 장거리 노선이나 배터리 주행거리가 줄어드는 추운 기후의 도시 차량으로 자리 잡을 수 있습니다. 유럽의 2025년 1,200대 목표는 시작에 불과하며, 자금 지원과 비용 하락이 이어진다면 2030년에는 유럽에서 5,000대 이상, 아시아(중국과 한국도 각각 수천 대 목표)에서도 비슷한 규모로 확대될 수 있습니다. 연료전지 열차는 유럽(독일, 프랑스, 이탈리아 모두 확장 발표)에서 비전철화 노선을 중심으로, 북미(통근철도나 산업 노선)에서도 유럽의 성공 사례를 바탕으로 확산될 가능성이 높습니다. 알스톰 등은 추가 주문을 받고 있으며, 2030년까지 수소 열차는 더 이상 신기한 것이 아닌 성숙한 제품군으로 자리 잡을 수 있습니다.
고정형 연료전지 확장: 발전 분야에서 연료전지는 중요한 틈새시장을 차지할 태세입니다. Microsoft, Google과 같은 기업들이 24/7 청정 전력 목표를 추구함에 따라 더 많은 데이터 센터가 연료전지를 백업 또는 심지어 주 전원으로 도입할 것으로 예상됩니다. Microsoft가 3MW 연료전지로 거둔 성공 carboncredits.com은 2030년까지 데이터 센터의 디젤 발전기가 대규모로 연료전지 시스템으로 교체되기 시작할 수 있음을 시사합니다. 특히 탄소 비용이나 신뢰성 문제(극한 기상 등)로 인해 디젤의 매력이 떨어질 경우 더욱 그렇습니다. 유틸리티 회사들은 분산 발전을 위해 대형 연료전지 단지를 설치할 수 있습니다. – 한국은 이미 20~80MW급 발전소를 보유하고 있으며 추가 계획도 있습니다. 전력망이 제한적인 다른 국가들(예: 일본, 유럽 일부 지역)도 연료전지를 통해 지역 발전을 제공하고 회복력을 높일 수 있습니다. 마이크로-CHP 연료전지는 비용이 극적으로 낮아지거나 유럽의 도시가스 회사들이 수소로 전환해 연료전지 보일러를 적극적으로 보급하지 않는 한, 주로 일본/한국 현상에 머물 가능성이 높습니다. 그러나 가역 연료전지(전력 <-> 수소 저장) 개념은 재생에너지 비중이 매우 높은 전력망에서 장기 에너지 저장 역할을 하며 중요한 자산이 될 수 있습니다. 2035년까지 일부 분석가들은 캘리포니아나 독일과 같은 지역에서 수백 메가와트 규모의 이러한 시스템이 계절별 태양광/풍력을 균형 있게 조절할 것으로 전망합니다.
그린 수소 경제: 연료전지의 성공은 그린 수소의 부상과 밀접하게 연결되어 있습니다. 고무적으로, 모든 신호는 그린 수소 생산의 대규모 확대를 가리킵니다. IEA는 발표된 프로젝트가 진행될 경우 2030년까지 저탄소 수소가 5배 증가할 것으로 전망합니다 iea.org. IRA 및 유사한 인센티브로 인해, 우리는 그린 수소가 꿈의 $1/kg 비용에 2030년대 초 도달(재생에너지가 풍부한 지역에서)하거나, 대부분의 지역에서 최소 $2/kg에 도달하는 것을 목격할 수 있습니다. 이는 연료전지 운용을 연료비 측면에서 매우 경쟁력 있게 만듭니다. 이처럼 저렴한 그린 수소의 풍부함은 차량과 발전소에 공급될 뿐만 아니라 새로운 연료전지 시장도 열 것입니다. 예를 들어, 선상에서 암모니아를 분해해 사용하는 화물선의 연료전지, 또는 현재 디젤로 가동되는 외딴 마을의 연료전지 전력(그린 H₂를 운송하거나 태양광으로 현지 생산 가능)이 있습니다. 수소가 LNG처럼 거래되는 상품이 된다면, 재생에너지가 없는 국가들도 이를 수입해 연료전지로 청정 전력을 생산할 수 있습니다.
기술적 돌파구: 지속적인 연구개발(R&D)로 인해 판도를 바꿀 만한 혁신이 나올 수 있습니다. 예를 들어, 비귀금속 촉매가 성능 면에서 동등해진다면, 백금 공급 제약과 비용 문제가 사라집니다. 연료전지 스택 비용이 급감할 수 있고, 어느 한 국가가 자원을 독점하지 않게 됩니다(백금은 남아프리카공화국과 러시아에 집중되어 있어, 그 필요성을 줄이면 지정학적 이점도 있습니다). 고체산화물 연료전지(SOFC) 효율이 더 향상되고, 저온 SOFC가 실용화된다면, 특정 용도에서 PEM과 SOFC의 간극을 메울 수 있습니다. 수소 저장 분야에서도(예: 고체 저장 방식이나 더 저렴한 탄소섬유 등) 발전이 이루어진다면, 수소 저장이 더 쉽고 밀도 높아져 FCEV의 주행거리가 늘어나거나 소형 애플리케이션에도 적용이 가능해집니다. 또한 새로운 유형의 연료전지(예: 중온에서 작동하는 양성자 세라믹 연료전지 등)도 등장할 수 있는데, 이는 PEM과 SOFC의 장점을 결합해 활용 범위를 넓힐 수 있습니다.
재생에너지 및 배터리와의 융합: 연료전지, 배터리, 재생에너지는 경쟁하기보다는 많은 시스템에서 함께 작동할 가능성이 높습니다. 예를 들어, 미래의 무배출 전력망은 태양광/풍력(간헐적), 배터리 저장(단기), 저장된 수소나 암모니아로 구동되는 연료전지 발전기(장기, 피크 지원)를 조합해 사용할 수 있습니다. 차량의 경우, 모든 연료전지 차량에도 회생제동 에너지 저장과 출력 향상을 위한 배터리(하이브리드)가 탑재됩니다. 또한 플러그인 FCEV(주로 수소로 주행하지만 플러그인 하이브리드처럼 전력망에서 충전도 가능한 차량)도 등장할 수 있습니다. 이는 운용의 유연성을 제공하고 연료 수요를 줄일 수 있습니다. 실제로 이런 기능을 갖춘 콘셉트카도 이미 공개된 바 있습니다.
시장 전망 및 규모: 2030년대 중반이 되면, 세계적으로 수백만 대의 연료전지 차량이 도로를 달릴 수 있습니다(지원 정책이 지속될 경우). 참고로, 전망치는 다양합니다. 낙관적인 예측은 2030년까지 전 세계적으로 1,000만 대의 FCEV(주로 중국, 일본, 한국)를 예상하고, 보수적인 예측은 100~200만 대 정도로 봅니다. 대형 차량(트럭, 버스 등)도 상당 부분을 차지할 것이며, 2020년대 후반에는 연간 수만 대가 판매될 수 있습니다. 연료전지 산업 매출은 연간 수십억 달러에 이를 수 있고, 많은 기업들이 이 시점에는 수익을 낼 수 있습니다. 유럽 등 지역에서는 Ballard나 Plug와 경쟁할 자국 기업을 육성하려는 움직임이 있으며, 실제로 Bosch 등은 자체 연료전지 생산으로 큰 플레이어가 될 수 있습니다. 또한 완전히 새로운 기업들도 등장할 수 있습니다. 예를 들어, 중국의 REFIRE와 Weichai는 정부의 집중 지원 덕분에 몇 년 만에 주요 연료전지 시스템 생산업체로 성장했으며, 곧 글로벌 경쟁자가 될 수 있습니다.
정책 및 기후 목표: 연료전지는 많은 2050 넷제로 로드맵에서 핵심적인 역할을 합니다. 2050년을 내다보면, 넷제로 시나리오에서 수소와 연료전지는 세계 최종 에너지의 10~15%를 제공할 수 있으며commercial.allianz.com, 대형 운송, 해운(아마도 암모니아 연료전지 또는 연소를 통해), 항공(대형 제트기는 수소 연소, 지역 항공기는 연료전지) 및 일부 전력 생산에 큰 비중을 차지할 수 있습니다. 그때쯤이면 연료전지는 한때 내연기관이 그랬던 것처럼 어디에서나 볼 수 있게 될지도 모릅니다 – 가정용 기기(지하실의 연료전지 발전기나 가정용 APU 등)부터 대형 발전소까지. 또한 사용자 경험에서는 상당히 보이지 않는 존재가 될 수도 있습니다 – 예를 들어, 소비자가 수소로 움직이는 기차나 버스를 타면서도, 연료전지인지 전기 그리드나 배터리인지조차 인식하지 못할 수 있습니다. 왜냐하면 경험(부드럽고 조용함)이 비슷하거나 더 좋기 때문입니다. 내러티브도 바뀔 수 있습니다: “연료전지 vs 배터리”가 아니라, 전기차가 주행 거리 필요에 따라 두 가지(배터리 또는 연료전지)로 나뉘는 것일 뿐, 둘 다 전기 구동이라는 큰 틀 아래 있다는 식으로 말이죠.
전문가 관점: 업계 리더들은 여전히 낙관적이지만 현실적입니다. 예를 들어, Tom Linebarger(커민스 이사회 의장)은 2024년에 “우리는 수소 연료전지가 특히 중장비 분야에서 중요한 역할을 할 것이라고 믿지만, 성공은 비용 절감과 수소 인프라 구축에 달려 있다. 이 두 가지 모두 현재 진행 중이다.”라고 말했습니다. 많은 이들이 이에 동의합니다: 연료전지는 배터리나 내연기관을 완전히 대체하지는 않겠지만, 중요한 분야를 채우고 다른 솔루션과 함께 작동할 것입니다. 요시노 교수(리튬 배터리 발명가)와 같은 과학자들도 수소와 배터리가 공존해야 석유를 완전히 대체할 수 있다고 말했습니다. 한편, 일론 머스크(연료전지를 “바보 셀”이라 부른 것으로 유명)와 같은 신중론자들의 목소리는 점점 고립되고 있습니다. 심지어 테슬라도 자사 공장에서 철강 생산에 수소 사용을 검토하고 있기 때문입니다.

업계가 성숙해지면서 일부 통합이 예상됩니다: 현재의 모든 연료전지 스타트업이 살아남지는 못할 것이며, 실제로 성과를 내는 기업이 인수되거나 다른 기업을 앞설 것입니다. 예를 들어, 2025년에는 허니웰이 JM의 사업부를 인수하는 사례가 있었습니다ts2.tech – 앞으로도 대기업들이 역량을 확보하기 위해 더 많은 인수합병이 일어날 가능성이 높습니다. 이는 연료전지 기술이 자본력 있는 제조 대기업의 우산 아래 들어가면서 개발을 가속화할 수 있습니다.

소비자 수용: 소비자용 FCEV가 진정으로 성공하려면 수소 충전이 휘발유만큼이나 편리해야 합니다. 2030년까지 캘리포니아, 독일, 일본과 같은 지역에서는 FCEV 운전자가 경로를 계획하는 것에 대해 걱정할 필요가 없을 정도로 수백 개의 충전소가 생길 수 있습니다. 만약 그렇게 된다면, (빠른 충전과 긴 주행거리를 즐기는) 소유자들의 입소문이 다른 사람들, 특히 현재의 전기차 충전 속도나 주행거리에 만족하지 못하는 이들을 자극할 수 있습니다. 또한 더 많은 차량 모델이 출시되면 도움이 될 것입니다. 현재는 선택지가 제한적이지만(몇몇 자동차 모델만 있고, 현대의 차세대 모델이나 중국 또는 렉서스의 연료전지 모델이 추가될 예정), 2020년대 후반에 주류 브랜드에서 연료전지 SUV나 픽업트럭을 라인업에 추가한다면 상황이 달라집니다. 토요타가 대형 SUV와 픽업트럭에 연료전지를 적용할 것이라는 소문도 있는데, 이는 친환경 미라이 구매자와는 다른 인구층에서 인기를 끌 수 있습니다.
글로벌 형평성: 연료전지 기술이 성숙해지면 선진국뿐만 아니라 개발도상국에도 이전되어 사용될 수 있습니다. 특히 인도, 아프리카, 라틴아메리카의 오염된 도시에서 원격 지역 전력 공급이나 청정 대중교통에 유용합니다. 비용이 먼저 낮아져야 하지만, 2035년쯤에는 예를 들어 아프리카 도시에서 풍부한 태양광으로 현지 생산된 그린 수소로 운행되는 수소버스를 볼 수 있을 것입니다. 국제 자금 지원이 있다면, 연료전지는 그곳에서 오래된 오염 기술을 뛰어넘을 수 있습니다.

결론적으로, 연료전지의 전망은 청정 에너지 환경에 점점 더 통합되는 것입니다. 연료전지가 현재의 도전을 극복하고 정당한 자리를 찾을 것이라는 신중한 낙관론이 구체적인 진전과 함께 뒷받침되고 있습니다. 올리버 집세(BMW)가 말했듯이, 수소는 단지 기후만의 문제가 아니라 “회복력과 산업 주권”의 문제이기도 합니다hydrogen-central.com – 즉, 국가와 기업이 연료전지 및 수소 기술 도입에 전략적 가치를 두고 있다는 의미입니다(석유 의존도 감소, 산업 창출). 이러한 전략적 추진이 장기적인 헌신을 보장합니다.

아무도 미래를 확실히 예측할 수는 없지만, 이제 사실상 모든 주요 경제권과 자동차 제조사가 수소/연료전지 계획을 가지고 있다는 점은 주목할 만합니다. 이는 10년 전에는 사실이 아니었습니다. 퍼즐 조각이 맞춰지고 있습니다: 기술이 발전하고, 시장이 형성되며, 정책이 정렬되고, 투자가 이루어지고 있습니다. 2010년대가 배터리 혁신과 초기 도입의 시대였다면, 2020년대 후반과 2030년대는 수소와 연료전지가 돌파구를 마련하고 대규모로 확산되는 시대가 될 수 있습니다. 그 결과 2050년에는 운송 및 전력 부문이 대부분 무배출이 되고, 이는 연료전지 기술이 자동차, 트럭, 가정, 발전소 등에서 조용히 제 역할을 하며 수소 경제라는 수십 년 된 약속을 실현한 덕분일 수 있습니다.

마지막으로, 2025년 세미나에서 인내와 끈기를 강조했던 토요타 임원 Thierry de Barros Conti의 말을 상기할 가치가 있습니다. “이 길은 쉽지 않았지만, 올바른 길입니다.” pressroom.toyota.com 연료전지의 길은 굴곡이 있었지만, 지속적인 노력으로 수소로 구동되는 더 깨끗하고 지속 가능한 미래로 우리를 이끌고 있습니다.

출처

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