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생산 시스템의 혁신 목표, 도입 기간 및 효율성 향상

수소 에너지 저장 시장의 현재 기술적 기준은 지금까지 이루어진 발전과 앞으로 해결해야 할 과제를 보여줍니다. 최첨단 기술을 이용한 수소 생산에 필요한 전력 소비량은 현재 kg당 약 50kWh이며, 2030년까지 48kWh/kg으로 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 마찬가지로, 기존 저장 인프라 구축에 드는 초기 투자 비용은 kg당 하루 약 1,250유로에 달하지만, 2030년까지 kg당 하루 800유로로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 운영 및 유지보수(O&M) 비용 또한 현재 kg당 하루 연간 50유로에서 35유로로 감소하는 것을 목표로 하고 있습니다. 비용 외에도 시스템 성능은 매우 중요합니다. 현재 60초에 달하는 고온 공회전 시간은 개선이 시급하며, 특히 2030년까지 10초로 단축해야 한다는 목표를 고려할 때 더욱 그렇습니다. 이러한 효율성 향상은 지속적인 연구 개발과 산업 협력 확대를 통해 달성될 것으로 예상됩니다. 이러한 목표들은 생산의 모든 측면을 최적화하려는 업계의 노력을 보여줍니다.

수소 에너지 저장 시장에서 또 다른 중요한 변수는 현재 3,600초인 콜드 스타트 ​​램프 타임으로, 2030년까지 300초로 단축하는 것을 목표로 하고 있습니다. 시스템 성능 저하율 또한 장기적인 생산성에 영향을 미치는데, 현재 시스템은 1,000시간 작동당 0.12%의 효율 손실을 겪고 있으며, 이는 향후 0.1%로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 기술적 개선은 전해 셀 전류 밀도에도 적용되어 현재 0.6 A/cm²에서 향후 10년 내에 1.0 A/cm²로 향상될 것으로 예상됩니다. 한편, 핵심 원자재 사용량은 잠정적으로 0.6 mg/W로 설정되어 있지만, 궁극적으로는 이를 완전히 제거하는 것을 목표로 하고 있습니다. 열과 전기를 포함한 전체 시스템 에너지 사용량은 현재 64 kWh/kg이며, 57 kWh/kg으로 낮추는 것을 목표로 하고 있습니다. 또한, 천연가스로부터 수소를 생산하는 균등화 생산비용은 kg당 0.50~1.70달러인 반면, 고체 형태로 수소를 저장하는 비용은 높은 유량에서 kg당 약 2.1달러입니다. 발전은 여전히 ​​매우 중요합니다.

비용 요인, 환경 영향 및 주요 생산 경로 벤치마크 식별

수소의 광범위한 영향을 평가할 때, 비용 요소는 생태학적 우선순위와 밀접하게 연관됩니다. 화석 연료를 이용한 전통적인 수소 생산 방식은 수소 1kg당 약 10~14kg의 이산화탄소 상당량을 배출하는 반면, 청정 생산 전략은 배출량을 크게 줄입니다. 실제로, 수소 에너지 저장 시장에서 탄소 포집 기술이 없는 방식조차도 포집 기술이 없는 화석 연료 방식 대비 온실가스 배출량을 50~90%까지 감축합니다. 지속가능성 측면에서 순이익을 달성하려면 kWh당 약 0.08달러의 비용으로 지질 저장 기술을 활용하는 것도 중요합니다. 왕복 효율은 여전히 ​​해결해야 할 과제입니다. 수소 저장 시스템의 왕복 효율은 보통 40% 수준에 머무르는 반면, 리튬 이온 배터리는 90%를 넘습니다. 또한, 2050년까지 필요한 모든 수소를 전기분해를 통해 생산한다면 연간 1.2기가톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있어 막대한 환경적 이점을 가져올 수 있습니다. 수소 산업이 지속적으로 비용 구조를 개선하고 탄소 발자국을 줄인다면, 철강 산업부터 장거리 운송에 이르기까지 다양한 산업을 혁신할 잠재력을 지니고 있습니다. 이러한 조치들은 지속가능한 전환에서 수소의 역할을 강화하는 데 기여할 것입니다.

수소 에너지 저장 시장의 생산을 넘어 대규모 저장 프로젝트는 수소의 중요성이 점점 커지고 있음을 보여줍니다. 유니퍼 에너지 스토리지(Uniper Energy Storage)는 2030년까지 250~600GWh의 가동 용량을 갖춘 소금 동굴을 개발하는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 최대 17,000갤런의 액체 수소를 저장할 수 있는 SwRI의 현장 시설을 보완할 것입니다. 시간이 지남에 따라 친환경 수소 생산 비용은 kg당 2달러 미만으로 떨어져 다양한 분야에서 더욱 쉽게 이용할 수 있게 될 것으로 예상됩니다. 그러나 청색 수소 생산 과정에서 60%의 탄소 포집률은 단기적인 기후 이점을 15~50% 감소시킬 수 있습니다. 미국 에너지부는 수소 시장 확장에 필요한 자본의 절반이 중간 단계 인프라 및 최종 사용 분야에 투자되어야 한다고 추산합니다. 이러한 변화와 더불어 압축 저장에 필요한 재료 에너지 비용은 여전히 ​​관리 가능한 수준이며, 새로운 목표는 전력 소비량을 kg당 2kWh 줄이고 열화율을 0.02% 낮추는 것입니다. 상당한 추진력이 형성되고 있습니다.

전 세계 전해조 용량, 미래 전망 및 새롭게 부상하는 수소 저장 응용 분야

유럽은 수소를 청정에너지 전략의 핵심으로 삼고 수소 에너지 저장 시장에 적극적으로 투자하기 위한 노력을 강화하고 있습니다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 40GW 규모의 전해조 설비 구축을 목표로 하고 있으며, 이는 생산 능력의 중요한 확장을 의미합니다. 특히 산업용 수소 활용 분야는 큰 주목을 받고 있으며, 2023년에는 전체 수소 관련 매출의 40% 이상을 차지했습니다. 한편, 탄소 배출량이 많은 공정을 대체하거나 개조하는 데에는 지속적인 정책 지원과 강력한 기술 혁신이 필수적입니다. 비용 절감이 가속화됨에 따라 제조업체들은 기존의 화석 연료 기반 원료에서 저탄소 수소로의 전환을 더욱 확신 있게 추진할 수 있게 되었습니다. 이러한 새로운 프레임워크는 철강, 화학, 중장비 운송 솔루션과 같은 분야에 특히 중요합니다. 수소의 대량 도입을 위해서는 효율성과 저장 용량의 병목 현상을 극복해야 하지만, 정부와 민간 기업 간의 협력 강화는 확장 가능하고 신뢰할 수 있으며 더욱 친환경적인 수소 기반 시스템의 미래를 예고합니다. 시너지 효과는 다양한 산업 분야에서 수소의 신뢰도를 높여줍니다.

단기적인 목표를 넘어 장기적인 관점에서 수소 에너지 저장 시장의 성장은 확장 가능한 생산 방식과 견고한 정책 환경에 달려 있습니다. 자본 배분, 기술 혁신, 인프라 구축의 점진적인 변화는 수많은 산업에 혜택을 주는 자생적인 동력을 창출할 수 있습니다. 운송 수단에 사용되는 친환경 수소부터 첨단 소재 합성 분야에 이르기까지, 차세대 솔루션은 비용 경쟁력과 탈탄소화라는 두 가지 필수 요건을 동시에 충족할 것입니다. 수소의 세계적 잠재력을 실현하기 위해서는 저장 신뢰성, 효율성 기준, 국경 간 협력 문제를 포괄적으로 다뤄야 합니다. 시범 시설이 본격적인 프로젝트로 발전함에 따라 수소 에너지의 신뢰도는 더욱 높아져 추가 투자를 유치하고 새로운 연구를 촉진할 것입니다. 이미 수소가 다른 재생에너지를 보완하여 전반적인 에너지 회복력을 강화하는 미래가 예고되고 있습니다. 전략적 이해관계자들의 관심을 결집함으로써 수소는 경제적 활력과 환경 보호라는 두 가지 기회를 제공하는 세계 에너지 시스템의 핵심 요소가 될 수 있습니다. 공동의 노력이 수소의 성장을 더욱 공고히 할 것입니다.

부분 분석 

기술별 

수소 에너지 저장 시장에서 압축 기술은 약 42%의 시장 점유율을 차지하며 선두 자리를 유지하고 있습니다. 이는 고도의 장비나 극한의 작동 조건 없이 생산에서 활용까지 간편한 경로를 제공하기 때문입니다. 빈터투르에 위치한 Burckhardt Compression과 같은 업체에서 생산하는 기계식 압축기는 일반적으로 수소를 최대 500~600bar까지 가압하여 가스 파이프라인이나 지하 저장 동굴과 같은 기존 인프라에 쉽게 통합할 수 있도록 합니다. 이러한 압축기는 "효율적인 저장을 위한 수소 가스 압축: 에너지 균형 및 밀도 향상" 보고서에서도 강조된 바와 같습니다. Howden과 Atlas Copco를 포함한 에너지 기업들은 이러한 압축기를 통해 표준 천연가스 설비를 수소 저장용으로 개조할 수 있으며, 극저온 또는 화학 기반 방식에 비해 초기 투자 비용을 최소화할 수 있습니다. 고정식 및 자동차용 애플리케이션을 조사한 연구에 따르면, 압축 기술은 특히 정유 또는 화학 공정과 관련된 대규모 프로젝트에서 기술적 난관이 적은 경우가 많습니다. 이러한 기술의 강력한 도입을 이끄는 주요 요인은 수십 년간 산업용 가스 처리 분야에서 축적된 운영 신뢰성입니다. 

쉘의 페르니스 정유소와 같은 시설은 수소분해 공정에 필요한 수소를 이송하기 위해 대형 왕복 압축기를 통합하여 사용하고 있으며, 이는 압축 기반 솔루션이 시간당 수천 세제곱미터가 넘는 유량을 안정적으로 관리할 수 있음을 보여줍니다. 또한, 수소 에너지 저장 시장에서 가압 저장 방식은 재생 에너지로부터 수소가 간헐적으로 생산될 때 손쉬운 부하 분산을 제공합니다. 전기화학 압축기나 이온성 액체 피스톤과 같은 첨단 시스템이 개발 중이지만, 기존의 기계식 압축 방식은 신속한 생산량 증대, 검증된 안전성, 예측 가능한 성능 측면에서 시장 표준으로 자리 잡고 있습니다. 이러한 요소들이 종합적으로 작용하여 압축 기술은 성숙하고 확장 가능한 솔루션을 요구하는 다양한 분야에서 수소 저장 분야의 강력한 지배력을 유지하고 있습니다.

물리적 상태에 따라

수소 에너지 저장 시장에서 약 42%의 시장 점유율을 차지하는 고체 수소 저장 기술은 주로 금속 수소화물 또는 흡착 소재를 기반으로 하며, 상대적으로 낮은 압력에서 수소를 저장할 수 있다는 독특한 장점으로 주목받고 있습니다. 이는 안전성과 부피 밀도를 향상시키는 데 기여합니다. 미국 샌디아 국립 연구소와 일본 AIST(첨단산업과학기술연구소) 등의 연구를 통해 안정적인 수소화물을 형성하여 수소를 결정 격자 내에 가둘 수 있는 특수 합금이 개발되었습니다. 자동차 연료 공급에 일반적으로 사용되는 압축 방식은 350bar 또는 700bar의 고압 시스템을 사용하는 반면, 고체 수소 저장 시스템은 10bar에 가까운 저압에서도 경쟁력 있는 저장 용량을 확보할 수 있습니다. 이러한 안전한 저압 특성 덕분에 비상 전원 장치나 휴대용 연료 전지 장치와 같은 특수 산업 및 틈새 시장에 특히 적합합니다.

이 기술의 매력이 점점 커지는 데에는 BASF와 프라운호퍼 연구소 같은 기관에서 개발한 금속-유기 골격체(MOF)와 같은 흡착 소재의 지속적인 개선도 한몫하고 있습니다. 수소 에너지 저장 시장에서 이러한 골격체는 높은 흡착 용량을 보여 수소를 더욱 효율적으로 저장할 수 있습니다. 수소 저장 기술 개요에서 보고된 바와 같이, 이러한 소재는 상온에 가까운 온도에서 작동하도록 테스트되고 있으며, 이 온도 범위에서는 과도한 가열이나 냉각 없이 수소 저장 및 방출 과정을 관리할 수 있습니다. 고압 실린더의 위험을 줄이고자 하는 산업 사용자들은 표준화된 재충전 프로토콜을 사용하는 금속 수소화물 카트리지를 채택하기 시작했습니다. 시스템 무게와 충전 시간은 여전히 ​​해결해야 할 과제이지만, 더욱 발전된 구성이 지속적으로 개발된다면 고정식 장치 및 특정 운송 수단에 고체 상태 솔루션의 적용성을 높일 수 있을 것입니다. 

애플리케이션 별 

2024년까지 전력망 안정화 및 청정 백업 전력에 대한 관심 증가로 인해 고정형 발전 솔루션이 수소 에너지 저장 시장을 주도할 것으로 예상됩니다. 독일의 E.ON이 서비스를 제공하는 지역과 같이 재생 에너지 비중이 높은 많은 지역에서는 태양 복사량이 많거나 풍력 발전량이 풍부한 기간 동안 상당한 과잉 생산 문제가 발생합니다. 전력 회사들은 청정 에너지 생산량을 줄이는 대신 잉여 전력을 전해조로 보내 수소를 생산하고, 이를 압축하여 현장에 저장한 후 연료 전지나 터빈을 통해 다시 전기로 변환합니다. 수소 저장과 변동성이 큰 재생 에너지 간의 이러한 시너지 효과는 고정형 발전 솔루션이 시장을 주도하게 될 핵심 요인이며, 수소 에너지 시스템의 미래 전망을 살펴보는 연구에서도 이러한 점이 강조됩니다. 또한, 연료 전지 모듈의 기술 발전은 장기간 백업 운영을 가능하게 할 것으로 예상됩니다. 

Ballard Power Systems와 같은 기업들은 데이터 센터나 디젤 연료를 대체할 대안을 찾는 외딴 지역에 수 메가와트급 출력을 제공할 수 있는 PEM 기반 고정형 발전 장치를 판매해 왔습니다. 콜로라도에 있는 국립재생에너지연구소(NREL)의 실험 데이터에 따르면 이러한 시스템은 탄소 배출 없이 며칠 동안 방전될 수 있습니다. 캘리포니아 연료전지 파트너십(California Fuel Cell Partnership)이 주도하는 캘리포니아 프로젝트를 비롯한 다양한 수소 에너지 저장 시범 프로젝트에서는 마이크로그리드와 공공 시설에 안정적인 공급을 보장하기 위해 수소 균형 유지 기술을 통합하고 있습니다. 정부의 인센티브 프로그램과 기업의 탄소 배출량 감축 약속에 힘입어 수소 기반 고정형 발전 솔루션은 안정적인 독립형 성능, 모듈식 확장성, 간편한 재충전 등을 통해 다른 에너지원을 능가할 것으로 예상됩니다. 디지털 경제에서 백업 용량에 대한 수요가 절실한 만큼, 고정형 발전은 수소 에너지 저장의 구현 및 성장에 있어 가장 중요한 위치를 차지할 것으로 전망됩니다.

최종 사용자별

산업 부문 사용자들은 지속적이고 중단 없는 수소 공급에 대한 막대한 일일 수요 때문에 시장 점유율 48%로 수소 에너지 저장 시장을 주도하고 있습니다. 텍사스에 위치한 엑손모빌 베이타운과 같은 주요 정유 공장들은 수소를 수소분해 및 탈황 설비에 활용하여 국제 황 배출 규정을 충족하는 더욱 깨끗한 연료 생산 공정을 구현하고 있습니다. BASF와 에어 리퀴드 같은 화학 기업들도 메탄올과 암모니아를 포함한 기본 화학 원료 합성에 대량의 수소를 사용합니다. 이처럼 막대한 생산량 수요를 고려할 때, 압축 가스 탱크, 파이프라인 네트워크 또는 대규모 지하 저장고와 같은 현장 수소 저장 시설은 외부 공급 변동에 관계없이 생산 라인의 중단을 최소화하는 데 필수적입니다.

정제 및 화학 합성 외에도 철강 산업과 전자 제조 산업은 수소 에너지 저장 시장의 성장을 견인하고 있습니다. 티센크루프(ThyssenKrupp)와 같은 철강 제조업체는 용광로에서 발생하는 탄소 배출량을 줄이기 위해 수소 기반 직접 환원 공정을 연구하고 있으며, 이는 안정적인 저장 솔루션에 대한 필요성을 더욱 증대시키고 있습니다. 반도체 제조에 필요한 초고순도 수소를 찾는 일본의 전자 대기업들은 순도 문제나 파이프라인 중단에 대비하여 며칠 분량의 수소를 정기적으로 저장하고 있습니다. 이러한 시설들은 24시간 가동되는 경우가 많기 때문에 현장에 압축 또는 액화 수소 형태의 완충재를 유지하는 것이 매우 중요합니다. 이처럼 대량의 안정적인 수소 공급에 대한 의존도는 산업 소비자들이 수소 저장 기술을 가장 많이 도입하는 주체임을 보여줍니다. 쉘(Shell)이나 시노펙(Sinopec) 정유 공장의 대규모 가스 압축 설비부터 파일럿 제철소의 통합 금속 수소화물 시스템에 이르기까지, 산업계는 핵심 공정을 유지하기 위해 하루 수만 세제곱미터의 수소를 처리할 수 있는 기술에 의존하고 있습니다. 결과적으로 이러한 산업 부문은 전 세계 수소 에너지 저장 사용 사례에서 가장 큰 비중을 차지하고 있습니다.

지역분석 

아시아 태평양 지역은 밀집된 산업 클러스터, 정부 지원 사업, 그리고 빠르게 확장하는 제조 기반에 힘입어 36% 이상의 시장 점유율을 차지하며 최대 수소 에너지 저장 시장으로 부상했습니다. 특히 중국은 다양한 대규모 프로젝트를 주도하며 두각을 나타내고 있습니다. 시노펙(Sinopec)은 현재 400km가 넘는 광범위한 수소 파이프라인 네트워크를 운영하고 있으며, 이 네트워크는 매일 막대한 양의 수소를 필요로 하는 정유 시설과 석유화학 단지에 수소를 공급하고 있습니다. 이러한 파이프라인 인프라는 신장 인근의 고갈된 유전에 압축 수소를 저장하는 데에도 활용될 수 있으며, 이는 중국 국가발전개혁위원회가 계절적 공급 변동을 완화하기 위해 지원하는 전략입니다. 한편, 다롄 화학물리연구소와 같은 기관들은 새로운 고체 수소 저장 기술을 연구하기 위해 첨단 수소화물 소재를 개발하고 있습니다. 이러한 지역 연구 개발 노력은 정부의 직접적인 자금 지원을 통해 더욱 활성화되고 있으며, 지난해 광둥성과 산둥성을 포함한 여러 성에서 수소 탐사를 위해 수백억 위안이 투입되었습니다.

중국의 영향력은 국내 제조업체들이 비용 효율적인 압축 장비와 전해 장치를 국내외 시장에 공급하면서 더욱 강화되고 있습니다. CIMC Enric과 같은 기업은 단위당 수백 킬로그램의 수소를 저장할 수 있는 고압 탱크와 컨테이너를 공급하여 산업용 수소 사용의 진입 장벽을 낮추고 있습니다. 국영 석유회사인 페트로차이나는 내몽골 전역에 풍력 및 태양광 발전소와 현장 수소 저장 시설을 연계하여 전력망 규모의 연료 전지 발전기에 수소를 공급하는 전력-수소 허브에 대규모 투자를 하고 있습니다. 석탄 의존도 감축이라는 국가적 우선순위와 이러한 투자가 맞물려 수소의 빠른 도입을 위한 유리한 환경을 조성하고 있습니다. 아시아 태평양 지역의 수소 에너지 저장 시장 지배력은 중국을 넘어 일본 가와사키 중공업이 호주와 일본 사이에 액화 수소 운반선을 배치하여 지역 공급망을 구축하고 이 지역을 수소 무역의 글로벌 중심지로 자리매김하게 하는 등 더욱 확대되고 있습니다. 이러한 상호 연관된 정책, 제조 역량 및 인프라 확장은 아시아 태평양 지역, 특히 중국을 수소 에너지 저장 혁신과 규모의 정점에 올려놓고 있습니다.

수소 에너지 저장 시장의 주요 기업

• 에어리퀴드
• 에어 프로덕츠 주식회사.
• 커민스 주식회사.
• 엔지
• 엑손모빌
• H뱅크 테크놀로지스 주식회사.
• 하이존 모터스
• ITM 파워
• 이와타니 주식회사
• 린데 PLC
• 메서 그룹
• 네드스택 연료전지 기술 BV
• 넬 아사
• 스틸헤드 컴포짓 주식회사.
• 총 에너지
• 워싱턴 인더스트리즈 주식회사.
• 다른 저명한 플레이어

시장 세분화 개요:

기술별

• 압축
• 액화
• 재료 기반

물리적 상태에 따라

• 단단한
• 액체
• 가스

애플리케이션 별

• 고정 전력
• 운송

최종 사용자별

• 주거용
• 산업용
• 광고

지역별

• 북아메리카
  • 미국
  • 캐나다
  • 멕시코
• 유럽
  • 서유럽
    • 영국
    • 독일
    • 프랑스
    • 이탈리아
    • 스페인
    • 서유럽의 나머지 지역
  • 동유럽
    • 폴란드
    • 러시아 제국
    • 나머지 동유럽
• 아시아 태평양
  • 중국
  • 인도
  • 일본
  • 호주 및 뉴질랜드
  • 대한민국
  • 아세안
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• 중동 및 아프리카(MEA)
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