- 환경오염문제 및 신재생에너지에 대한 관심 재고, 친환경 전기자동차의 대두로 시장 전망 밝아 -

- 미국은 다양한 수소 활용 포트폴리오 구축 중으로 국내 기업은 미국의 수소응용분야와 관련된 기업들과의 전략적 제휴를 통해 미국 및 세계 시장에 진출하는 방안을 모색함이 바람직  -

 

 

 

□ 상품명 및 HS Code

 

ㅇ 상품명: 연료전지에 대한 단일 상품명과 HS Code는 존재하지 않음. 연료전지는 연료를 사용하여 전기를 만들어내는 장치로서 일종의 작은 ‘발전기’와 같음. 즉, 전기를 저장하는 장치인 ‘배터리’, ‘전지’, ‘축전지’와는 전혀 다른 개념으로, 수소를 연료로 사용하기 때문에 수소연료전지라고도 부름.

 

ㅇ 연료전지는 연료와 산화제 간에 발생하는 화학 에너지를 전기로 직접 변환하는 전기화학반응기로서, 연료전지 기본 셀에서 전기를 발생시키기 위하여 연료인 수소가스를 연료극 쪽으로 공급하면, 수소는 연료극의 촉매 층에서 수소이온(H+)과 전자(e-)로 산화되며, 공기극에서 공급된 산소와 전해질을 통해 이동한 수소이온과 외부 도선을 통해 이동한 전자가 결합하여 물을 생성시키는 산소 환원 반응이 일어남. 이 과정에서 전자의 외부 흐름이 전류를 형성하여 전기를 발생시킴.

 

연료전지의 전기발생원리

자료: Deloitte

 

ㅇ 연료전지는 HS Code가 존재하지 않기 때문에 수소연료전지 자체의 미국 내 수입동향과 관세율에 대한 내용은 조사가 불가능한 바, 해당 내용은 연료전지의 주요 부품인 전력 변환기(HS Code 850440)와 개질기(Reformer), 펌프, 블로워 등의 주변 보조기기(HS Code 841459)로 대체하여 조사함.

 

□ 선정사유

 

ㅇ 환경오염에 대한 세계적인 경각심이 날로 높아지고 있고, 신재생에너지에 대한 관심재고, 친환경 전기자동차의 대두로 연료전지 시장은 더욱 커질 것으로 기대됨.

 

ㅇ 미국은 전 세계에서 수소 생산량 1위, 수소 활용 산업과 관련하여 스마트폰 배터리 충전을 위한 휴대용 연료전지시스템, 친환경 전기자동차, 유틸리티 그리드에 직접 전기를 공급하는 대규모의 다중 메가 와트 설치에 이르기까지 다양한 포트폴리오를 구축하고 계획 중인 바, 연료전지 시장의 전망이 비교적 밝음.

 

ㅇ 특히 발전용에 사용되는 고정식 연료전지와 친환경 전기자동차에 대한 수요 증가가 연료전지 시장의 성장을 주도하고 있으며, 석유와 디젤에 대한 의존도를 감소시키려는 노력이 각국에서 지속되면서 해당 시장의 전망이 밝음.

 

□ 시장규모 및 동향

 

ㅇ 시장규모 및 산업구성

    - 시장조사기관 Grand View Research에 따르면 2019년 전세계 연료전지 시장은 약 104.8억달러 규모로 2027년까지 연평균 21.4%의 성장률로 2027년에는 495.2억 달러 규모로 성장할 것으로 전망함.

    - 특히 북미는 연료전지 시장을 이끌고 있으며, 친환경성, 고효율 등의 장점에 대한 산업계의 인식이 높아지면서 수요도 동반 상승 중.

    - 연료전지의 주요 산업 구성은 연료전지에 사용되는 전해질의 종류에 따라 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체 산화물 연료전지(SOFC), 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC)으로 구분되며, 해당 순서는 기술 발전의 순서와도 일치함.

 

연료전지의 종류

종류	전해질	발전온도	효율	적용대상
AFC	수산화칼륨	상온~100°C	85%	우주선 등 특수목적용
PAFC	인산	150~200°C	70%	중형건물의 분산전원 (200kW)
MCFC	용융탄산염	600~700°C	80%	중·대형 건물 복합발전, 열병합발전 (100kW~mw)
SOFC	고체산화물	700~1,200°C	85%	소·중·대용량 복합발전, 열병합발전 (1kW~mw)
PEMFC	이온 전도성 고분자막	상온~80°C	75%	가정, 상업용, 소형 전기자동차 (1~10kW)
DMFC	이온 전도성 고분자막	상온~80°C	40%	소형이동 (1kW 이하)

자료: DOE(미국 에너지부)

     - 이 중 고체 산화물 연료전지(PEMFC)가 2019년 기준으로 전세계 시장 점유율 67.7%를 차지하고 있으며, 지게차, 자동차, 전기통신, 기본 시스템 및 백업 전원 시스템과 같은 응용분야에서 널리 사용되고 있음. 이어서 인산형 연료전지, 고체 산화물 연료전지, 용융탄산염 연료전지가 나머지 시장을 점유하고 있음

 

연료전지 시장 점유 구성

자료: Grand View Research

 

ㅇ 시장 동향

    - 미국 에너지부에서 발표한 2019년 연차 보고서에 따르면, 미국에서는 현재 약 60여개의 수소 연료 공급소가 가동 중임.

    - 미국 내 설치된 수소 연료 공급소의 절반 이상이 캘리포니아에 위치하고 있으며, 캘리포니아는 향후 공공 수소 연료 공급소를 2023년까지 123개 규모로 구축할 예정. 이 경우 캘리포니아주 북부에서 남부까지 수소자동차가 수소 충전의 어려움없이 운행할 수 있을 것으로 보임.

    - 캘리포니아 주정부는 해당 인프라 구축을 위한 자금을 지속적으로 제공하고 있으며, 미국 에너지부는 이를 위해 2024년까지 연간 최대 2천만 달러의 예산을 캘리포니아 주에 할당할 예정임.

    - 미국 에너지부의 국가 재생 에너지 연구소(NREL)는 수소로 구동되는 친환경 전기자동차는 기존 가솔린 자동차에 비해 온실 가스 배출량을 1/3이상 줄일 수 있으며, 수소가 바이오 매스에서 생산된다면 온실 가스 저감량은 ½ 이상이 될 것으로 발표하였는 바, 친환경 대체에너지에 대한 관심 재고로 미국 에너지부와 연료전지 및 수소 교육 협회(FCHEA) 주도로 연료전지 개발 및 사용이 촉진되고 있음.

    - 연료전지는 응용 형태에 따라서 발전용, 수송용, 가정/상업용, 휴대용으로 세분화할 수 있는데, 이 중에서도 특히 발전용에 사용되는 고정식 연료전지는 수백 kW이상의 전력 생산을 통해 기존의 발전 설비를 대체할 수 있다는 이점이 있어 각종 상업 시설이나 기관으로 빠르게 진출하고 있음.

    - 미국 국제 무역 위원회가(USITC) 2019년에 발표한 ‘성장하는 고정식 연료전지 시장의 주요 공급업체 중 미국 제조업체’보고서에 의하면 글로벌 고정식 연료전지 출하량은 2012년 125MW에서 2018년 240MW로 증가하여 92% 증가함.

 

글로벌 고정식 연료전지 출하량(MW)

자료: USITC

 

      - 이러한 수요 증가는 미국 정부의 지원정책, 연료전지의 신뢰성 및 복원력에 대한 기업의 관심 증가, 비용의 감소(규모 경제의 성장 및 기술 개선과 같은 요인으로 인한)로 인하여 발생함.

 

MW당 고정식 연료전지 설치 비용

자료: NFCRC(National Fuel Cell Research Center)

 

    - 시장조사기관 Reports and Data의 보고서에 따르면 연료전지 시장 내 고정식 연료전지의 점유율이 향후 몇 년 동안에도 가장 높을 것으로 예상하면서, 2020~2027년의 예측 기간 동안 24.1%의 연평균 성장율을 보일 것으로 전망함.

      

□ 미국의 연료전지 경쟁동향 및 수입동향

 

ㅇ 미국 내 연료전지 시장은 현지생산을 위주로 활발히 경쟁을 거듭하며 성장 중

    - 경쟁이 활발한 고정식 연료전지 시장을 위주로 현지생산 규모가 성장 중인 바, 주요 업체들은 다음과 같음. 주요 생산업체 중 Doosan Fuel Cell은 한국의 ㈜두산이 연료전지 사업을 분할하여 만든 두산퓨얼셀이라는 신설회사의 미국법인임.

 

미국의 주요 연료전지 생산업체

자료: USITC

 

      - 연료전지 제조업체들은 연료전지 가격을 낮추고 판매량을 늘리기 위하여 다양한 사업모델을 구상 중이나, 생산량 제한과 같은 외부적 위험요인이 있음.

    - 한편, 미국 국제 무역 위원회가 발표한 연료전지 시장 보고서에 의하면 미국은 캐나다, 유럽, 일본, 한국, 대만 등의 주요 연료전지 생산국 기업과도 전략적인 연계활동을 활발히 전개하고 있음.

 

ㅇ 수입동향

    - 미국은 MW기준으로 현재 세계 최대의 연료전지 제조 국가이자 세계 최고의 수출국으로, 2018년 기준 연료전지 제품 및 관련 서비스 수출에서 1억 6500만 달러~ 2억5000만 달러 규모의 이익을 창출하였음.

    - 이에 연료전지의 주요 부품인 펌프, 블로워 등의 주변 보조기기(HS Code 841459)와 전력 변환기(HS Code 850440)가 속한 군의 최근 3년간 수입동향을 조사함.

    - 2020년 주변 보조기기와 전력 변환기 모두 중국, 멕시코에서의 수입이 1, 2위를 차지하였으나, 연료전지 이외의 분야에서 이용되는 주변 기기와 관련된 수치가 포함된 것으로 추정됨. 연료전지에 사용되는 주요 부품과 관련하여 주시하여야 할 국가는 독일, 캐나다, 대만, 일본, 한국 및 유럽국가들임.

    - 한국은 2020년 기준 주변 보조기기는 약 1240만달러, 전력 변환기는 약 4950만 달러를 미국으로 수출하여 전년대비 각각 44.39%, 36.68%의 수출 증가를 보임.

 

미국 주변 기기 부분 주요 수입국 현황(HS Code 841459 기준)

주: 해당 코드는 연료전지 이외 다른 산업의 주변 기기도 모두 포함

자료: Global Trade Atlas

 

미국 전력 변환기 부분 주요 수입국 현황(HS Code 850440 기준)

주: 해당 코드는 연료전지 이외 다른 산업의 전력 변환기도 모두 포함

자료: Global Trade Atlas

 

□ 미국의 연료전지 관련 정책 및 관세율

 

ㅇ 연료전지 관련 정책

    - 미국의 수소 및 연료전지 연구개발은 주로 미국 에너지부(DOE)가 주도하고 있으며, 2019년 3월 에너지부는 이해당사자들이 합리적인 가격의 대규모 수소를 생산, 운송, 저장, 활용할 수 있도록 지원하고 산업 전반에서 수소 에너지의 수익 잠재력과 가치를 실현하기 위한 H2@Scale을 발의하고 최대 3100만달러의 자금을 지원하는 계획을 발표함.

 

미국 에너지부에서 발의한 H2@Scale의 개념도

자료: 미국 에너지부

 

    - 또한 에너지부는 보다 광범위한 분야에서 수소가 채택되는 것을 장려하고, 그에 따른 인프라 문제를 해결하기 위하여 연료전지 자동차 OEM과의 민관 협력 관계인 H2USA를 시작함.

 

 ㅇ 관세율

    - 한국산 연료전지의 관세는 조사가 불가능하였으며, 연료전지에 사용되는 전력변환기 등 주요 부품들은 관세가 적용되지 않음.

 

□ 전망 및 시사점

 

ㅇ 연료전지는 국가 차원에서 육성하고 있는 산업분야

    - 정부의 적극적인 장려책으로 미국은 현재 세계에서 가장 많은 연료전지 자동차 보유국이 되었으며, 2019년 8월 기준으로 미국에서 판매 또는 임대되는 연료전지 자동차 수는 7,271대에 이르고, 아마존, 월마트 등 글로벌기업을 포함하여 미국 내에서 30,000대 이상의 연료전지 지게차가 이용되는 중임.

    - 이 중, 캘리포니아는 연료전지 상용화를 주도하고 있는 바, 캘리포니아 에너지위원회(California Energy Commission)에서 1차 보조금 지급을 발표한 2010년 6월 이후 35개의 수소 연료 충전소가 문을 열었고, 29개의 충전소가 추가로 개발 중임.

    - 캘리포니아에서 연료전지 상용화를 진전시키는데는 캘리포니아 항공자원위원회(California Air Resources Board)와 캘리포니아 연료전지(California Fuel Cell)간의 파트너십이 큰 역할을 하였으며, 해당 파트너십은 2030년까지 수소 연료 충전소 1,000개와 연료전지 자동차 100만대를 개발하는 목표를 제시함.

    - 가정용·발전용 고정식 연료전지와 연료전지 자동차에 사용되는 연료전지가 전체 시장 수요를 이끌고 있으며, 특히 가정용·발전용 고정식 연료전지는 응용분야의 다양화(농업용, 군수용 등)로 인해 시장 확대가 지속될 전망임.

 

  ㅇ 국내 연료전지 기술 및 관련 기술 수출 활성화를 위한 제언

    - 한국에서 수소연료전지시스템은 국가핵심기술로 관리되고 있는 69개 기술 중 하나로, 정부지원을 받아 개발된 국가핵심기술을 수출하려면 ‘산업기술의 유출방지 및 보호에 관한 법률’ 등 관련 법령에 따라 산업기술보호위원회의 승인을 받아야 하는 등 강력한 규제가 있음. 기술안보 측면을 고려할 때 관련 규제는 적절한 조치가 될 수 있으나, 수출 활성화에 커다란 제약이 될 수 있음.

    - 한국의 연료전지 기술은 상당히 높은 수준인 것으로 알려져 있는 만큼, 이를 최대한 이용하여 응용분야와 관련된 기업들과의 전략적 제휴를 통해 미국 및 세계 시장에 진출하는 방안을 모색하는 것이 필요함.

    - 또한 한국은 자동차, 스마트폰 등에서 세계적으로 경쟁력있는 기술을 보유하고 있는 바, 미국의 연료전지업체와의 기술 연계 및 제휴를 통해 새로운 시장을 개척하는 방안도 생각해볼 수 있음.

 

자료: Deloitte, Grand View Research, 미국 에너지부(DOE), 국가 재생 에너지 연구소(NREL), 미국 국제 무역 위원회(USITC), 국가 연료전지 조사센터(NFCRC), Global Trade Atlas, KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합