연료전지 산업동향 (기술개발, 기업전략, 수소경제)

2025년을 맞아 연료전지 산업은 기술적 진보와 글로벌 시장 확대를 중심으로 다시 한번 도약의 시기를 맞이하고 있다. 특히 탄소중립과 수소경제가 세계적인 이슈로 떠오르며 연료전지는 미래 에너지의 핵심 기술로 주목받고 있다. 본 글에서는 2025년 현재 연료전지 기술 개발 동향, 주요 기업들의 기술전략, 그리고 수소경제와의 연결성 및 기술발전의 과제와 한계 대해 심층적으로 살펴본다.

기술개발 가속화로 진화하는 연료전지

연료전지 기술은 2025년에 접어들며 한층 더 진화된 형태로 산업 현장에 적용되고 있다. 시장조사기관들의 분석에 따르면, 전 세계 연료전지 시장 규모는 2023년 33억 달러에서 2028년 약 87억 달러로 성장할 것으로 전망된다. 이는 연평균 성장률(CAGR) 기준으로 약 21.7%에 해당하는 수치이며, 연료전지 수요가 전력 생산, 운송, 산업용 설비 등 다양한 분야로 확대되고 있다는 것을 방증한다. 과거에는 단순한 실험실 수준의 연구가 주를 이뤘다면, 이제는 상용화를 위한 구체적인 기술 개발과 상시 운영 가능한 제품들이 쏟아져 나오고 있다. 특히 PEMFC(고분자 전해질 연료전지)와 SOFC(고체 산화물 연료전지)는 각각의 강점을 살려 전기차와 산업용 발전 설비에 사용되고 있으며, 효율과 수명이 동시에 향상되는 추세이다. 또한, 연료전지 스택의 소형화 및 모듈화 기술이 개발되면서, 다양한 크기의 전력 수요에 맞춰 커스터마이징이 가능해졌고, 이를 통해 가정용·상업용 분야에서도 수요가 증가하고 있다. AI 및 IoT 기술과의 접목을 통해 실시간 모니터링과 고장 진단 시스템이 강화되며, 운영의 효율성을 극대화하고 유지보수 비용을 줄이는 데 기여하고 있다. 한편, 주요국 정부 및 민간 연구기관들은 연료전지의 내구성과 수소의 저장·운반 기술에 대한 R&D를 집중적으로 투자하고 있으며, 이는 제품 상용화와 수익 모델 다양화의 핵심 요소로 작용하고 있다. 이러한 흐름 속에서 2025년은 연료전지 기술의 '터닝 포인트'로 기록될 것으로 기대된다. 

글로벌 시장확대와 연료전지 수요 증가

2025년 연료전지 시장은 아시아, 유럽, 북미를 중심으로 본격적인 성장 곡선을 그리고 있다. 특히, 수소 기반 에너지 생태계가 점차 구축되며 연료전지의 수요는 산업 전반으로 확대되고 있다. 전통적인 발전 부문뿐 아니라 건물 냉난방, 스마트시티 인프라, 데이터센터 전원공급 등 새로운 응용처가 지속적으로 등장하고 있다. 한국은 물론, 일본과 독일, 미국 등 주요국은 연료전지 산업을 차세대 수출산업으로 육성하고 있으며, 관련 기업에 대한 보조금 지원과 세제 혜택을 확대하고 있다. 이는 기업의 투자 유인을 높이고, 연료전지 생산량 증가로 이어지며 가격 경쟁력을 확보하는 데도 긍정적인 영향을 미치고 있다. 또한, 글로벌 수소 생산량 증가와 함께 연료전지용 수소 공급망이 점차 안정화되면서 연료전지 활용 범위가 더욱 넓어지고 있다. 한국은 '수소경제 로드맵 2.0'을 통해 전국 단위의 수소충전소 확충과 연료전지 기반 발전소 확대를 선언했으며, 2030년까지 연료전지 발전 비중을 8% 이상으로 끌어올리는 것을 목표로 하고 있다.

주요 기업의 기술 전략

국내외 주요 기업들은 연료전지 기술을 상용화하고 응용 분야를 확대하기 위해 활발한 연구와 협업을 이어가고 있다. 두산퓨얼셀은 발전용 연료전지의 국산화와 기술 고도화를 통해 국내외 시장을 공략하고 있으며, 수출 확대 전략에도 박차를 가하고 있다. 현대자동차는 수소차 ‘넥쏘(NEXO)’의 후속 모델뿐 아니라 연료전지 시스템의 범용화를 추진하고 있으며, 상용차와 건설기계 등 다양한 수소모빌리티 영역으로 기술을 확장 중이다. 해외에서는 혼다와 토요타의 행보가 눈에 띈다. 혼다는 NASA와 협력하여 국제우주정거장(ISS)에서 고압 수전해 시스템을 실험하고 있으며, 이를 통해 우주 내 자급형 에너지 시스템을 구축하고자 한다. 해당 시스템은 물을 전기분해해 수소와 산소를 생성하고, 이를 연료전지를 통해 다시 전력으로 전환하는 구조로, 향후 달 기지나 장거리 우주 탐사에서 실질적으로 활용될 가능성이 제기된다. 한편, 도요타는 승용차 위주의 수소차 전략에서 벗어나 수소-전기 하이브리드 밴과 상용 트럭 개발에 집중하고 있다. 이는 상용차 부문에서 전기차보다 수소연료전지의 효율과 장점이 두드러진다는 판단에 따른 전략적 전환으로 해석된다.

수소 모빌리티의 진화

모빌리티 분야에서는 수소 기반 기술이 전기차와 함께 지속 가능한 운송수단의 하나로 자리 잡고 있다. 특히 장거리 주행 및 중·대형 차량의 경우, 수소연료전지가 배터리 전기차보다 충전 시간과 효율 측면에서 우위를 갖는다. 현대차는 2024년 말 공개한 수소 전기 SUV 콘셉트 모델 ‘이니티움(Initium)’의 양산을 2025년 상반기로 예정하고 있으며, 해당 모델은 1회 충전으로 약 640km 이상 주행이 가능한 것으로 알려졌다. 도요타 역시 상용차 중심의 수소차 라인업을 강화하고 있으며, 상용 트럭 시장을 겨냥한 전략을 적극 추진하고 있다.

산업 성장의 과제와 한계

연료전지 산업은 빠르게 성장하고 있으나, 여전히 극복해야 할 과제가 존재한다. 가장 큰 문제는 높은 초기 구축 비용과 수소 생산 및 저장, 운송 인프라의 미비이다. 또한 수소를 안정적이고 경제적으로 공급하기 위한 글로벌 수소 공급망 구축이 아직 초기 단계에 머물러 있다는 점도 한계로 작용한다. 이외에도 일부 연료전지 기반 상용차 기업들이 재정적 어려움에 직면하고 있다. 예를 들어, 미국의 수소 트럭 제조업체 니콜라(Nikola)는 수익성 확보에 실패하면서 대규모 구조조정을 단행했으며, 이는 수소 모빌리티 시장에 대한 투자자들의 신뢰에 일시적 영향을 미쳤다.

2025년, 연료전지 산업의 새로운 도약기

2025년은 연료전지 산업이 기술적 상용화와 다양한 분야로의 확산이라는 두 축을 중심으로 전개되고 있는 시기이다. 정부의 제도적 지원과 기업의 기술 투자는 산업 전반의 성장을 견인하고 있으며, 수소경제 실현을 위한 기반 마련에도 박차가 가해지고 있다. 연료전지는 더 이상 미래의 개념 기술이 아니라, 실제로 발전소, 자동차, 우주, 선박 등에서 활용되고 있는 현실의 기술로 자리매김하고 있다. 앞으로 연료전지 산업은 에너지 전환 시대의 핵심 기술로서 더욱 중요한 역할을 하게 될 것이며, 지속적인 투자와 정책적 지원을 바탕으로 탄탄한 생태계를 구축해 나갈 것으로 기대된다.