수소는 연소 시 온실가스를 배출하지 않는 청정 에너지원으로, 일본은 수소 관련 산업을 키우기 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 일본 정부는 수소 사회를 만들기 위해 2017년 12월 「수소기본전략」 발표를 시작으로, 2019년 「수소·연료전지 로드맵」, 「수소·연료전지 기술개발 전략」, 2020년 「탄소중립을 위한 그린성장전략」, 2023년 「수소기본전략」 개정, 2024년 「수소사회추진법」 등을 이어나가며 2040년까지 수소 공급량을 1200만톤까지 늘리는 것을 정책 목표로 제시하였다.

일본 기업들도 이러한 정부의 움직임에 발맞추어 2030년부터 수소를 본격적으로 상용화하기 위한 공급망/생산 거점 구축과 기술개발, 실증실험을 추진하고 있다. 이번 기사에서는 수소의 생산, 운송과 저장 단계별로 일본 기업의 주요 수소 실증사업 사례를 소개해보려 한다.

(참고) 일본 정부의 수소 산업 정책 분석 자료 바로가기 ▶ 일본 수소 산업 정책 동향과 시사점

1. 생산 사례

일본 시장조사 전문기관 야노경제연구소에 따르면, 2024년도 기준 일본 국내에서 생산되는 수소는 196만톤, 해외 조달은 4만톤인 반면, 2050년에는 국내 생산 분이 600만톤, 해외 수입은 1400만톤으로 전체 수소 공급량이 10배 가까이 늘어날 것으로 전망하였다.

<일본의 수소 공급량 예측치>

* 수소(H2), 암모니아, 합성 메탄, 합성 연료 등 포함 수치

[자료: 일본 야노경제연구소 ‘일본 국내 수소에너지 공급사업에 관한 조사(2025년)’]

1) 일본 국내 생산

일본 국내 가장 대표적인 그린수소 생산거점은 후쿠시마현 나미에정에 위치한 후쿠시마 수소 에너지 연구필드(FH2R)이다. 이곳은 20MW급 태양광 발전 설비를 활용해 물을 전기분해하는 세계 최대 규모급의 그린수소 실증 시설로, 연간 최대 900톤의 수소를 생산하며 탄소 배출이 전혀 없는 청정 에너지 모델을 제시하고 있다. 이곳에서 생산된 수소는 도쿄 올림픽 당시 성화와 수소차 충전 등에 공급되며 일본 국내에서 대표적인 수소 생산시설로 자리 잡았다. 현재는 지역 상업시설 등에 공급하고 있다.

블루수소 실증 시설로는 니이가타현의 가시와자키 수소파크(INPEX)가 있다. 이곳은 천연가스에서 수소를 추출하되 발생한 이산화탄소를 포집하여 지하 가스전에 격리하는 블루수소 실증 시설로, 2025년 말 준공되었다. 이곳에서 생산될 수소는 인근 발전소의 연료로 사용되어 지역 전력망에 공급하여 올해부터 블루수소 생산기술, 활용성, 경제성, 탄소 격리 효과등을 종합 검토 할 전망이다.

한편, 후쿠오카현의 기타큐슈 수소타운은 제철 공정의 부산물인 부생수소를 파이프라인으로 연결해 실제 주택가와 공공시설의 에너지원으로 활용하는 그레이수소 기반의 실증 사례로 평가받고 있다.

<일본 후쿠시마현 수소에너지 연구필드(좌)와 니이가타현 INPEX(우)>

[자료: 후쿠시마현, 니이가타현]

2) 해외 조달

수소는 부피당 에너지 밀도가 낮아 효율적인 운송을 위해 고압 압축, 극저온 액화, 암모니아, 액상 유기 화합물 등을 활용한다. 해외 수입의 경우, ‘대량 + 장거리 운송’이라는 조건 하에서 경제성이 유리한 액화수소나 암모니아를 활용하는 방법을 주로 사용한다.

일본 기업들도 중동, 호주 등에서 수소와 암모니아를 생산하여 이를 일본으로 수입하는 실증실험을 추진하고 있다.

대표적인 사례가 간사이전력과 일본수소에너지(JSE)의 호주 웨스트 오스트레일리아주 수소 공동조달 프로젝트이다. 닛케이 신문에 따르면, 간사이전력과 JSE는 호주 에너지 최대 기업인 Woodside Energy 사와 함께, 호주의 공업지대에서 천연가스에서 추출한 수소를 공동으로 수입하여 효고현 히메지시에 위치한 화력발전소와 카와사키시 공업지대에 공급하는 프로젝트를 추진하고 있다.

사실 간사이 전력과 JSE는 지난해까지 호주의 각지에서 수소 채굴 프로젝트를 추진하였으나, 실패한 이력이 있다. 간사이 전력은 마루베니 상사, 이와타니 산업 등과 함께 호주 동부 퀸즈랜드주에서 재생에너지로 수소를 제조/수입하는 사업을 추진하였으나, 호주 정부의 출자 계획 변경과 세계적인 탈탄소 역풍이 강해지면서 채산성 문제로 사업이 좌초되었다.

<호주 퀸즈랜드 글래스턴 알도가 지역 수소 제조시설 이미지>

[자료: 간사이전력]

JSE 또한 스미토모상사, 일본전원개발 등과 함께 세계 최대 규모의 갈탄 매장지인 호주 빅토리아주 라트로브 밸리의 미활용 자원을 활용하여 저렴한 수소를 생산하여 일본으로 조달하는 프로젝트를 추진하였으나, 고비용 구조와 현지 인허가 지연 등으로 인해 2030년도까지 조달하는 것이 곤란해지면서 당분간은 국내조달로 전환하여 실증을 이어나가는 방향으로 선회하였다.

닛케이 신문에 따르면, 양사는 이러한 과거 실패 경험을 교훈삼아, 천연가스에서 생산하고 이산화탄소를 포집·저장한 뒤 생성된 블루 수소를 2030년까지 일본으로 조달하는 것을 목표로 삼았다. 블루 수소(1~4USD/kg)는 그린 수소(2~12USD/kg)에 비해 제조 비용이 훨씬 저렴하여 수익화가 용이하여, 경제적인 합리성을 고려하며 차세대 연료 확보에 박차를 가한다는 계획이다.

3) 기타: 해상에서 바닷물로 수소를 생산하는 「WIND HUNTER」

2025년 개최된 오사카·간사이 엑스포의 ‘미래의 도시’ 파빌리온에서는 바다에서 수소를 생성하는 배의 모형이 전시되었다. 관람객이 부채 등으로 직접 바람을 일으키면 모형의 돛이 움직이며 수소가 생성되는 과정을 시각적으로 체험할 수 있게 하여, 일반 대중에게 수소 사회의 미래상을 각인시켰다. 상선미쓰이(MOL)가 추진하는 '윈드 헌터(WIND HUNTER)'다.

윈드 헌터는 바다 위의 풍력을 에너지원으로 삼아 수소를 직접 생산, 저장, 운반하는 차세대 수소 생산선이다. 기존의 선박이 화물을 실어 나르는 수송 수단에 머물렀다면, 이 프로젝트는 선박 스스로가 에너지를 생산하는 거점이 된다는 점에서 일본에서 주목을 받고 있다. 윈드 헌터는 돛을 활용해 바람의 힘으로 항해하며, 외부로부터의 화석 연료 보급 없이도 탄소 배출이 전혀 없는 '넷 제로(Net-Zero)' 항해를 실현하는 것을 궁극적인 목표로 삼고 있다. 이는 친환경 제품을 운송하는 과정에서 발생하는 탄소 발자국까지 지우려는 노력이 담겨있다고 할 수 있다.

작동 원리는 자연의 힘과 화학적 변환 기술의 정교한 결합으로 요약된다. 먼저 배에 설치된 돛이 바람을 받아 선박을 추진시키면, 이 힘으로 수중 터빈을 돌려 전기를 생산한다. 이렇게 얻은 전력으로 바닷물을 전기 분해하여 '그린 수소'를 추출하고, 이를 안정적으로 저장하기 위해 특수 화학 물질인 'MCH(메틸시클로헥산)' 형태로 변환한다. 기체 상태의 수소보다 상온 보관과 운송이 용이한 액체 상태로 저장하는 것이다. 반대로 바람이 불지 않을 때는 저장해 둔 MCH에서 수소를 다시 뽑아내 연료전지를 가동하며, 여기서 발생한 전기로 프로펠러를 돌려 항해를 지속한다.

또다른 특징은 기상 및 해상 데이터와의 연동이다. 선박이 실시간으로 기상 예보 데이터를 분석하여, 바람이 가장 강하게 부는 해역을 찾아 자동으로 항로를 설정한다. 배가 바람을 찾아 이동하며 얻은 동력도 선체 하부의 터빈을 돌려 수소를 생산하는 데 집중된다. 이를 통해 돛을 이용한 추진 효율을 극대화할 뿐만 아니라, 수소 생산을 위한 전력 발생량을 가장 높일 수 있는 지점으로 배를 스스로 인도하는 '똑똑한 에너지 사냥꾼'의 역할을 수행한다.

2025년 3월, 실증용 요트인 ‘윈즈 마루(Winz Maru)’가 도쿄만 일대에서 약 100Nm³(MCH 약 200리터 분량)의 수소를 생산하여 실제 육상 트레일러 하우스 등에 전력을 공급하는데 성공했다. 이는 배가 이동하며 직접 만든 에너지를 육상에서 사용 가능한 형태로 전달한 세계 첫 사례로 기록되었다.

상선미쓰이에 따르면, 2027년 말까지 길이 60~70m급의 중형 실증 선박을 건조하여 경제성과 안전성을 최종적으로 검증하고 2030년대에는 200m급 이상의 대형 상용 선박을 투입하여 본격적인 수소 공급망을 구축하는 것을 목표로 하고 있다.

<상선미쓰이 해상 수소 발전 프로젝트 WIND HUNTER 개념도와 모델>

[자료: (좌) 상선미쓰이 홈페이지, (우) 오사카간사이 엑스포 내 KOTRA 오사카무역관 촬영]

2. 운송과 저장

현재 해외에서 채굴한 수소를 국내까지 수송하기 위해서는 수소를 -253도 이하로 액화하거나 암모니아를 활용하는 방식을 채택하고 있다. 이 단계의 대표적인 사례는 HySTRA의 호주 수소 운송 프로젝트(HESC)와 상선미쓰이의 암모니아 공급망 구축 프로젝트가 있다.

1) 액화수소

2021년 일본 민간기업의 차세대 에너지 연구개발조합인 HySTRA는 호주에서 생산된 수소를 액체 상태로 냉각하여 고베항만까지 운송하는 실증사업에 성공하였다. 가와사키중공업, 이와타니산업, 쉘재팬 등이 참여한 이 HySTRA는 개별 기업이 감담하기 어려운 차세대 액화수소 공급망 기술을 공동으로 실증하기 위해 설립되었으며, 세계 최초의 액화수소 운반선인 '스이소 프론티어'를 통해 호주에서 약 9000km의 거리를 16일간 항해하여 1250m3 규모의 액화수소를 고베시 'Hy Touch Kobe' 하역 기지에 안전하게 공급함으로써 국제적인 수소 공급망의 기술적 타당성을 입증하였다.

동 프로젝트에서 수소탱크 제작을 담당했던 카와사키중공업의 관계자는 KOTRA 오사카무역관과의 인터뷰에서, “항해기간 중 태양복사열을 차단하기 위한 단열이 기술적인 허들이었다”고 언급하며, “액화수소의 자연기화분을 막기위해 진공 단열 기술 등을 개발하여, 호주에서 출발했을 때 100만큼의 액화수소를 싣고 출발하고 일본에 도착하니 95만큼의 액화수소를 남길 수 있었다(일일 증발률 0.3%)”고 언급하였다.

<카와사키 중공업의 액화수소 운반선 수소프론티어(좌)와 고베 수소 저장시설 Hytouch Kobe(우)

[자료: 카와사키중공업]

2) 암모니아

일본 최대 전력회사인 JERA와 해운사인 상선미쓰이는 전 세계적인 탈탄소화 흐름에 발맞추어 암모니아 공급망 구축 실증을 추진하고 있다. 양사는 2024년 미국의 세계적 비료 제조사인 CF 인더스트리스(CF Industries)와 연간 최대 50만 톤 규모의 저탄소 암모니아를 장기 조달하는 협약을 체결하였다. 양사는 이를 초대형 암모니아 수송선을 통해 일본 아이치현 소재의 헤키난(Hekinan) 화력 발전소로 운송할 계획이다. 이 프로젝트는 단순히 연료를 수입하는 것에 그치지 않고, 암모니아를 전용 터미널에서 하역하여 대형 발전소까지 직접 연결하는 통합 공급 인프라의 안정성을 검증하는 데 핵심적인 목적이 있다.

특히 이 실증의 의의는 기존 석탄 화력 발전소의 설비를 크게 개조하지 않고도 암모니아를 20% 비율로 섞어 태우는 '혼소(Co-firing)' 기술을 세계 최초 상업 규모로 적용한다는 점이다. 상선미쓰이의 에너지사업본부 관계자는 오사카무역관과의 인터뷰에서 “암모니아에서 수소를 따로 추출하지 않고 그대로 연료로 쓰는 방식의 경제성과 안전성을 확인하고 있다. 암모니아는 태워도 온실가스가 나오지 않아, 기존 화력 발전에 섞어서 쓰기만 해도 탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다" 고 언급하였다.

시사점

이와 같이, 일본 기업은 정부의 수소 사회 구축 정책에 맞추어 다양한 사업을 추진하고 있다. 전체적인 구조를 보면, 기술 실증을 통해 기술위험성과 사업성을 검증하고 경제성 중심으로 전략을 수정하는 유연한 접근으로 수소 경제 구축의 실무를 수행하고 있다고 평가할 수 있다.  이 중 '윈드 헌터' 사례처럼 부지 확보가 어려운 환경을 극복하기 위해 바다 등 유휴 공간을 생산 거점으로 활용하는 발상은, 삼면이 바다인 우리나라에게도 많은 시사점을 준다. 국내에서 가용할수 있는 해상풍력 자원을 이동식 선박이나 부유식 플랫폼을 통해 '움직이는 수소 공장'으로 활용하는 창의적인 인프라 구축시도도 검토해볼 수 있을 것이다.

최근 중동 상황으로 에너지 안보의 위협이 거세지는 상황에서, 양국의 공급망 협력의 중요성은 더욱 부각될 것이다. 수소와 암모니아는 대규모 자본이 투입되는 장거리 운송 산업이다. 이번 중동 상황에서도 나타났듯, 한국과 일본은 전세계적으로도 에너지 수입 의존도가 높은 국가이다. 이러한 에너지 안보 관점 외에도 2050 탄소중립 목표 달성, 그리고 수소 산업 생태계(생산·운송·표준화) 공동 구축을 통한 글로벌 주도권 확보를 위해서도 양국의 협력은 실익이 있다. 양국의 주요 수소 조달 경로 또한 호주, 중동 등으로 비슷하다. 개별 국가 차원의 도입보다는 양국 공동 조달이나 하역 터미널 공동 이용, 표준화된 액화수소 운반선 규격 개발 등의 전략적 파트너십이 가능하다면 비용 절감, 국제 표준 선도 등 상호 이익을 도모할 수 있을 것으로 사료된다. 

자료: 일본 경제산업성, 후쿠시마현, 니이가타현, 간사이전력, JSE, 카와사키중공업, 상선미쓰이, 야노경제연구소, 닛케이신문, KOTRA 오사카무역관 자료 종합