수전해 시장 규모, 점유율 및 동향 분석 보고서: 전해조 유형별(알칼리 전해조, 양성자 교환막(PEM) 전해조, 고체산화물 전해조(SOEC), 음이온 교환막(AEM) 전해조), 최종 사용자 응용 분야별(암모니아 생산, 메탄올 생산, 정유 산업, 전력 및 에너지 저장, 운송/모빌리티 산업, 기타) 및 지역별(북미, 유럽, 아시아 태평양, 중동 및 아프리카, 라틴 아메리카) 예측, 2024-2032년

시장 동향

시장 동인

석유 정제 산업에서 수소 사용 증가

현대 석유 정제소는 수많은 공정에서 막대한 양의 수소를 사용하기 때문에 수소는 이 분야에서 필수적인 요소가 되었습니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 천연가스가 정제소에서 수소를 생산하는 주요 원료이며, 메탄은 필요한 수소의 75%를 생산하는 데 사용됩니다. 또한 메탄 가격은 수소 생산 과정에서 가장 큰 병목 현상으로 여겨져 기업들이 수소 생산을 위한 다른 해결책을 모색하도록 유도해 왔습니다.

수소 생산은 정제소 운영에 매우 중요하기 때문에 수요가 지속적으로 증가하고 있습니다. 정제소의 대규모 전해조에서 생산되는 친환경 수소는 기업들이 탄소 배출량을 줄이면서 증가하는 수소 수요를 충족하는 데 도움이 되고 있습니다.

정유 시설들이 환경 법규를 준수하고 탄소 배출량을 줄여야 한다는 압력을 점점 더 많이 받고 있는 가운데, 향후 몇 년 동안 정유 산업이 수전해 기술을 가장 먼저 도입하는 산업 중 하나가 되어 세계 시장 성장을 견인할 것으로 예상됩니다.

친환경 비료 수요 증가

비료 생산 공장은 천연가스나 물에서 수소를 추출하고 공기 중의 질소와 결합하여 암모니아를 생산하며, 이 암모니아는 농업용 비료 제조에 사용됩니다. 비료 공장에서 수소를 생산할 때 천연가스를 사용하는데, 이 과정에서 온실가스가 배출되어 오존층 파괴를 비롯한 여러 가지 환경적 악영향을 미칩니다. 따라서 비료 회사들은 배출량을 줄이고 지속 가능한 생산으로 전환하기 위해 노력하고 있으며, 이로 인해 비료 생산에 사용되는 친환경 화학 물질에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

또한, 미국 화학 학회(American Chemical Society)에 따르면, 2020년 스페인의 두 회사인 페르티베리아(Fertiberia)와 이베르드롤라(Iberdrola)는 비료 생산 및 기타 산업 분야에 사용될 유럽 최대 규모의 친환경 수소 생산 공장을 2027년까지 스페인에 건설할 계획을 발표했습니다. 이 프로젝트에서는 스페인 푸에르토야노에 있는 페르티베리아의 암모니아 공장 옆에 연간 720톤 규모의 친환경 수소 생산 공장이 건설될 예정입니다. 이 공장에는 물을 산소와 수소로 분해하는 전해조에 전력을 공급하기 위한 100MW 규모의 태양광 발전소도 설치될 것입니다. 페르티베리아는 이렇게 생산된 수소를 질소와 결합하여 암모니아를 생성하고 이를 통해 비료를 생산할 계획입니다. 페르티베리아는 전기분해로 생성된 산소를 비료 생산에 사용되는 질산의 원료로도 사용할 예정입니다. 이처럼 친환경 비료에 대한 수요 증가가 시장 성장을 촉진하고 있습니다.

시장 제약

고가의 수소 기술

국제에너지기구(IEA)는 에너지 가격과 자본 지출을 비롯한 여러 기술적, 경제적 요인이 물 전기분해를 통해 생산되는 수소 가격을 결정한다고 밝혔습니다. 따라서 친환경 수소 생산 비용은 재생 에너지 비용과 물 전기분해 기술 비용에 따라 달라집니다. 상용화된 물 전기분해 기술은 주로 알칼리 전기분해와 양성자 교환막 전기분해 기술로 구성됩니다.

이 중 알칼리성 수전해 기술은 낮은 pH의 전해질과 부식성 전극을 사용합니다.

반면, 양성자 교환막 전기분해는 백금, 이리듐 등과 같은 고가의 재료로 구성되며, 전극을 자주 교체해야 합니다. 따라서 전극 및 촉매에 사용되는 금속의 높은 가격과 수전해 장치와 관련된 기타 문제들이 전 세계적으로 수전해 기술의 성장과 광범위한 도입을 가로막는 주요 과제입니다.

시장 기회

수소 에너지 저장에 대한 수요 증가

재생 에너지원은 에너지 수요가 낮을 때 생산성이 가장 높아 사용되지 않는 에너지가 남고, 전력 수요가 높을 때 생산성이 가장 낮아 에너지 부족 현상이 발생하기 때문에 공급과 수요의 불균형을 자주 겪습니다. 따라서 재생 에너지원으로부터의 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

수소는 에너지 저장에 탁월한 선택지로 여겨집니다. 전기분해를 통해 생산된 수소는 다양한 형태의 수소화물 화합물, 압축 가스 또는 극저온 액체 형태로 저장하여 나중에 사용할 수 있습니다. 또한 연료 전지 차량에 동력을 공급하는 고정형 연료 전지에 사용하거나, 천연가스 파이프라인에 주입하여 탄소 배출량을 줄이는 등 다양한 용도로 사용될 수 있습니다. 따라서 재생 에너지 저장 분야에서 수소 에너지 저장 기술의 적용이 꾸준히 증가함에 따라, 예측 기간 동안 수전해 시장의 성장에 여러 가지 유망한 기회가 제공될 것으로 예상됩니다.

지역 분석

지역별로 전 세계 수전해 시장은 북미, 유럽, 아시아 태평양 및 일본, 중국, 영국, 그리고 기타 지역으로 구분됩니다.

유럽, 세계 시장 주도

유럽은 예측 기간 동안 전 세계 수전해 시장에서 가장 큰 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 유럽은 지역 내 탄소 배출량을 최소화하기 위해 수전해를 이용한 저비용 수소 생산 방식에 적극적으로 집중하고 있습니다. 또한, 유럽은 수소 생산 및 응용 분야의 현재와 미래 전망을 설명하고 친환경 수소 생산에 대한 투자를 선언하는 수소 전략을 수립했습니다. 운송, 철강, 철 제조 등 다양한 산업 분야에서 친환경 수소를 연료로 사용하는 것을 확대하는 것 역시 유럽 수소 전략의 핵심 과제입니다. 또한, 많은 금융 기관과 유럽 투자 은행(EIB)은 이 지역의 대규모 녹색 수소 프로젝트 개발에 상당한 자금을 지원해 왔습니다.

북미는 예측 기간 동안 연평균 8.2%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다. 북미 지역은 세계에서 가장 발전된 지역 중 하나이며, 환경 문제에 대한 관심 증가와 에너지 자원 고갈로 인해 지속 가능한 수소 생산 방식에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 또한, 북미는 광생물학적 물 분해, 고온 물 분해, 물 전기분해와 같은 혁신적인 수소 생산 기술을 도입하고 있습니다. 이러한 발전은 지속 가능한 수소 생산 기술에 대한 투자가 증가하고 있음을 보여주며, 이는 이 지역의 물 전기분해 시장 성장을 견인하고 있습니다.

영국은 상업, 산업 및 주거 부문에서 녹색 수소 사용을 늘리는 데 적극적으로 집중하고 있는 국가 중 하나입니다. 수소 사용에 대한 정부의 증가하는 정책은 국가가 더 나은 지속 가능한 경제로 발전하는 데 도움이 되고 있습니다. 영국 정부는 기후 문제를 극복하고 탄소 순배출량 제로 목표를 달성하기 위해 물 전기분해 방식을 이용한 수소 생산 증대를 위한 안정적인 경제 기반을 지원하고 있습니다. 또한, 영국 정부는 2030년까지 저탄소 수소 생산량을 5GW까지 늘리겠다는 목표를 세웠습니다. 영국 정부는 지속가능성이 높고 통합적인 수소 생산 계획을 도입할 예정입니다.

아시아 태평양 및 일본 지역은 녹색 수소 생산을 지원하는 적절한 정부 프로그램이 마련되어 있어 성장하는 경제와 풍부한 기회를 제공합니다. 이 지역의 운송, 암모니아, 철강 등 많은 성장 산업들이 수소를 연료 또는 원료로 사용하고 있기 때문에 녹색 수소에 적극적으로 주목하고 있습니다. 또한, 호주, 한국, 인도, 일본 등 아시아 태평양 및 일본 지역 국가들은 온실가스 배출 문제 해결과 화석 연료 의존도 감소를 위한 새로운 해결책으로 녹색 수소 생산에 대한 투자를 늘리고 있습니다. 또한, 수소 전략을 지원하기 위해 많은 금융 기관과 유엔 환경 프로그램(UNEP)이 대규모 프로젝트 개발에 상당한 투자를 제공했으며, 이는 이 지역의 수전해 시장 성장을 이끌 것으로 예상됩니다.

중국은 빠르게 성장하는 경제를 가지고 있으며, 이러한 경제 호황으로 인해 세계 최대 에너지 소비국이자 생산국이 되었지만, 이는 기후 변화에 대한 우려를 불러일으키고 화석 연료 부족으로 이어졌습니다. 중국은 정부가 지원하는 기후 변화 극복을 위해 더 깨끗한 연료로 전환하고 개발하며 오염 방지 조치를 취하는 등 현명한 행보를 보이고 있습니다. 또한, 전략국제연구센터(CSIS)에 따르면, 중국은 막대한 재생 에너지 자원을 바탕으로 세계 최대 수소 생산국이 되었으며, 친환경 수소 생산을 위해 수전해 방식을 점점 더 많이 채택하고 있습니다. 따라서 중국 정부의 녹색 수소 지원 확대와 재생 에너지 자원 사용 확대는 중국 내 수전해 시장 성장을 뒷받침해 왔습니다.

기타 지역은 남미, 중동 및 아프리카로 구성됩니다. 이 지역의 수전해 시장은 아직 발달하지 않았지만, 재생 에너지의 막대한 잠재력과 녹색 수소 프로젝트에 대한 정부 투자 증가로 인해 예측 기간 동안 이 지역의 수전해 시장 성장에 유리한 기회가 제공될 것으로 예상됩니다.

세분화 분석

글로벌 수전해 시장은 전해조 유형 및 최종 사용자 애플리케이션별로 세분화됩니다.

전해조 유형을 기준으로 글로벌 시장은 알칼리 전해조, 양성자 교환막(PEM) 전해조, 고체 산화물 전해조(SOEC) 및 음이온 교환막(AEM) 전해조로 나뉩니다.

알칼리 전해조 부문은 예측 기간 동안 가장 큰 시장 점유율을 차지할 것으로 예상됩니다. 알칼리 전해조는 메가와트 규모의 친환경 수소 생산을 위한 성숙한 기술이며, 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 전해 기술 중 하나입니다. 일반적인 알칼리 전해조 장치는 주로 양극과 음극의 두 전극으로 구성됩니다. 이 전극들은 20~30 질량%의 수산화칼륨(KOH)을 함유하는 고농도 알칼리 전해액에 담겨 있습니다.

또한, 알칼리 전해조는 다른 전해조에 비해 설치 비용이 가장 저렴하지만, 가성 전해액을 관리해야 하고 수산화 이온 이동성이 낮아 전류 밀도가 제한적이라는 약간의 단점이 있습니다. 새로운 첨단 알칼리 전해조는 혁신적인 고분자 기반 멤브레인 개념을 기반으로 하며, 향후 알칼리 전해조 시장의 성장을 견인할 것으로 예상됩니다.

양성자 교환막(PEM) 수전해조는 수소 생산을 위한 소형 장치이며 우수한 성능과 안정성을 제공합니다. PEM 전해조에서 양극과 음극 재료는 일반적으로 산화이리듐과 백금입니다. 액체 전해질 대신 과불화술폰산 멤브레인과 같은 산성 멤브레인이 고체 전해질로 사용됩니다. 음극 측은 고압에서, 양극 측은 대기압에서 작동할 수 있다는 점이 알칼리 전해조에 비해 PEM 전해조의 또 다른 장점입니다. 또한, PEM 수전해는 미래에 순수 친환경 수소를 청정하게 생산하는 지속 가능한 해결책을 제공할 수 있습니다. 따라서 친환경 수소에 대한 수요 증가로 인해 향후 몇 년 동안 PEM 수전해 장치에 대한 수요가 증가할 것으로 예상됩니다.

최종 사용자 응용 분야를 기준으로 세계 시장은 암모니아 생산, 메탄올 생산, 정유 산업, 전력 및 에너지 저장, 운송/이동성 산업 및 기타로 구분됩니다.

암모니아 생산 부문은 예측 기간 동안 가장 높은 시장 점유율을 차지할 것입니다. 비료 제조를 위한 암모니아 생산은 수전해를 이용한 수소 생산의 중요한 응용 분야 중 하나입니다. 농업 산업에서 비료로서 암모니아의 중요한 역할과 유망한 에너지 운반체로서의 역할 때문에 친환경 암모니아는 가장 환경 친화적이고 에너지 효율적이며 경제적으로 실현 가능한 화학 물질입니다. 또한 미국화학공학회(AICE)에 따르면 2020년 전 세계에서 생산된 수소의 55%가 암모니아 생산에 사용되었습니다.

화학 및 비료 회사는 수소 생산을 위한 수전해 기술을 일찍부터 도입해 왔습니다.

낮은 탄소 배출량과 지속 가능한 특성으로 인해 향후 몇 년 동안 더 많은 기업이 친환경 암모니아 생산으로 전환할 것으로 예상됩니다. 또한 재생 에너지에 대한 투자 증가와 수소 인프라 개발은 친환경 암모니아 산업의 제품 성장에 기여하고 수전해 시장의 성장 기회를 창출할 것입니다. 정유 산업은 수소의 주요 소비처 중 하나이며, 현재 대부분의 수소는 화석 연료에서 얻어집니다. 정유 공장에서는 수소탈황을 통한 황 제거, 수소분해를 통한 장쇄 탄화수소의 가솔린 ​​범위의 단쇄 탄화수소로의 분해, 탈방향족화를 통한 방향족 화합물의 시클로파라핀 또는 알칸으로의 수소화, 제품 특성 개선을 위한 수소이성질화를 통한 표준 파라핀의 이소파라핀으로의 전환 등 다양한 용도로 수소 수요가 증가하고 있습니다. 또한 황 함량 규제가 더욱 엄격해짐에 따라 디젤 연료 생산을 위한 정유 공장에서의 수소 수요도 증가했습니다.