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중소기업 기술로드맵 조회결과

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연료전지용 M-BOP
* 발행 년도 : 2017년
1. 기술로드맵

연료전지용 M-BOP 기술로드맵

2. 개요
가. 정의 및 범위
  • 정의 : 연료전지 M-BOP는 스택 및 시스템의 내구성 향상과 운전 최적화를 위한 연료 공급 시스템, 공기 공급 시스템 및 수처리 시스템 등으로 구분할 수 있음
  • 범위 : 연료전지 M-BOP를 구체적으로 구분하면 연료 공급 시스템(개질기, Prox 펌프, 배열 회수 펌프, 수소 저장부, 액체 펌프 등), 공기 공급 시스템(저온 및 고온 블로워, 마이크로 필터, 이젝터 등), 수처리 시스템(수증기 개질수 펌프, 가습기, 습도 센서 등) 및 밸브류, 배관류로 구성
나. 주요 제품

[ 연료전지 M-BOP 분류 관점의 범위 ]

연료전지 M-BOP 분류 관점의 범위
대분야중분야세부 제품
M-BOP 연료공급 시스템 개질기, 액체 펌프, Prox 펌프, 블로워, 냉각수 펌프, 열교환기, 온도 센서, 방열 팬, 배열 회수 펌프 등
공기공급 시스템 저온 블로워, 고온 블로워, 공조기, 마이크로 필터, 온도 센서 등
수처리 시스템 개질수 펌프, 냉각수 펌프, 가습기, 습도 센서 등

[ 공급망 단계별 주요 제품 분류표 ]

공급망 단계별 주요 제품 분류표
대분야중분야세부 제품
M-BOP 연료공급 시스템 연료 공급 펌프, CO 블로워, 스팀 리포밍 개질기, 개질수 펌프, MFC, MFM, Solenoid valva, Check valve, 압력 센서, 농도 센서, 수소 저장 합금
공기공급 시스템 공기 블로워, 공조기, 공기 정화 필터, MFC, MFM, Solenoid valve, Check valve, 압력 센서, 온도 센서
수처리 시스템 물 공급 펌프, 막 가습기, 판형 가습기, 원통형 가습기, 가습 센서, 습도 센서
3. 시장현황 및 전망분석
가. 세계시장

2016년 세계 연료전지 시장은 2016년 13.96억 달러에서 2021년 72.38억 달러 규모로 연평균 40.38% 성장률을 보일 것으로 전망

  • 산업·업무 상업시설, 빌딩, 공장 등에 설치되는 분야별 연료전지 시장은 2016년부터 각국에서 시행된 RPS((Renewable Portfolio Standard) 제도와 고정 가격 매입 제도, 각종 보조금 등의 정책 효과와 대규모 연료전지 발전소 프로젝트로 2017년도 이후 시장의 확대가 기대
  • 가정용 연료전지시스템의 경우, 보급이 가장 활성화된 나라는 일본이며, 2015년 기준 시장의 94%를 차지

[ 연료전지 시스템 시장 전망 ]

연료전지 시스템 시장 전망

* 자료 : 후지경제 , '2016년판 연료전지 관련 기술 및 시장 장래 전망', 2016 (신소재경제 참고)

2020년 세계 연료전지 시장 규모는 연평균 40.38% 증가한 약 51억 5,900만 달러로 증가할 것으로 추정되며, 2030년에는 약 436억 달러 규모로 급성장할 것으로 예측

  • 발전용 및 건물용 연료전지가 시장을 형성하고, 향후 수송용 연료전지의 시장이 점차 확대

연료전지 M-BOP는 적용분야별 차이가 있지만, 전반적으로 전체 연료전지 시스템의 약 30% 수준의 비중을 나타내는 것으로 파악되며, 매년 약 40.38% 정도의 연평균 성장률을 보일 것으로 기대

[ 연료전지 M-BOP 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위: 억 달러, %)

연료전지 M-BOP 세계 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21성장률 CAGR(%)
연료전지 13.96 20.46 24.90 33.80 51.59 72.38 40.38
M-BOP 4.19 6.14 7.47 10.14 15.48 21.72 40.38

자료: 2016년 에너지산업 산업기술 R&BD 전략(산업통상자원부, 2015) 후지 경제 연구소(2015) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정. 발전용, 건물용, 수송용, 휴대용 연료전지에 공통으로 사용되는 품목들에 대해 정리. 연료전지 M-BOP의 경우, 연료전지 시스템 가격에서 약 30% 정도 비중 전망, 소수 셋째자리에서 반올림. 100엔≒0.89달러로 환산

[ 연료전지 M-BOP 세계 시장 규모 및 전망 ]

(단위: 백만 달러, %)

연료전지 M-BOP 세계 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21성장률 CAGR(%)
연료공급 시스템 209.46 306.84 373.50 507.00 773.85 1085.71 40.38
공기공급 시스템 104.73 153.42 186.75 253.50 386.92 542.85 40.38
수처리 시스템 62.84 92.05 112.05 152.90 232.15 325.71 40.38
  • 자료: 2016년 에너지산업 산업기술 R&BD 전략(산업통상자원부, 2015) 후지 경제 연구소(2015) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정
  • 발전용, 건물용, 수송용, 휴대용 연료전지에 공통으로 사용되는 품목들에 대해 정리
  • 연료전지 M-BOP의 경우, 연료전지 시스템 가격에서 약 30% 정도 비중을 차지
  • 그리고, 30% M-BOP 가격 중에서, 연료공급 시스템(50%), 공기공급 시스템(25%), 수처리 시스템(15%), 나머지(10%) 비율로 계산
  • 소수 셋째 자리에서 반올림. 100엔≒0.89달러로 환산
나. 국내시장
국내 연료전지 시장 규모는 2016년 기준 2,932억 달러으로 추산되며, 연평균 성장률은 약 40.38%로 국내 시장에서 고성장을 유지하여 2021년에는 15,579억 달러 규모로 성장할 것으로 전망

국내 연료전지 M-BOP 시장은 2016년 596억 원 규모에서 2021년 약 3,250억 원 규모로 성장할 것으로 전망되며, 연료공급 시스템, 공기공급 시스템, 수처리 시스템 등 각각 분야에서 고른 성장이 기대됨

[ 연료전지 M-BOP 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위: 억 달러, %)

연료전지 M-BOP 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21성장률 CAGR(%)
연료전지 2,932 4,296 5,229 7,098 10,834 15,579 40.38
M-BOP 596 880 1,289 1,569 2,129 3,250 40.38

자료: 2016년 에너지산업 산업기술 R&BD 전략(산업통상자원부, 2015) 후지 경제 연구소(2015) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정. 환율 1050원. 발전용, 건물용, 수송용, 휴대용 연료전지에 공통으로 사용되는 품목들에 대해 정리. 연료전지 M-BOP의 경우, 연료전지 시스템 가격에서 약 30% 정도 비중 전망. 국내 연료전지 시장은 세계 연료전지 시장의 약 20%를 차지한다고 가정

[ 연료전지 M-BOP 국내 시장 규모 및 전망 ]

(단위: 억 원, %)

연료전지 M-BOP 국내 시장 규모 및 전망
구분‘16‘17‘18‘19‘20‘21성장률 CAGR(%)
연료공급 시스템 440 644 784 1,065 1,625 2,280 40.38
공기공급 시스템 220 322 392 532 813 1,140 40.38
수처리 시스템 132 193 235 319 488 684 40.38

자료: 2016년 에너지산업 산업기술 R&BD 전략(산업통상자원부, 2015) 후지 경제 연구소(2015) 등의 자료를 참고하여 전망치 추정. 환율 1050원. 발전용, 건물용, 수송용, 휴대용 연료전지에 공통으로 사용되는 품목들에 대해 정리. 30% M-BOP 가격 중에서, 연료공급 시스템(50%), 공기공급 시스템(25%), 수처리 시스템(15%), 나머지(10%) 비율로 계산. 국내 연료전지 주요 품목들은 주로 해외 제품을 사용하거나, 또는 반제품 형태의 제품을 수입하여 조립, 완성

4.기술분석
가. 기술환경 분석
연료전지 M-BOP의 전방 산업은 주로 제조업 및 전력/에너지 기반 산업으로 구성 되어 있으며, 후방 산업은 소재 산업으로 구성되어 있음. 일반적으로 제조업 및 소재 산업의 환경은 많은 자료에 기술 되어 있으므로 본 보고서에서는 전력 및 에너지 산업 환경을 기반으로 기술함
주택・건물용, 수송용 및 발전용 연료전지 시스템은 소재, 부품, BOP 등 부품에서 시스템까지 다수 기업이 Supply Chain에 참여. 시스템은 주로 대기업이 생산하나 소재, 부품 및 BOP 등은 중소・중견기업에서 생산하는 구조로 많은 기업들이 산업 생태계를 형성

주택/건물용/수송용 PEMFC 산업 환경은 아래와 같음

  • 연구 개발이 증가하는 추세로 시스템 관련 산업은 수소타운 보급, 연료전지 버스는 실증단계에 도달
  • 소재 분야인 탄소복합체 분리판, 개스킷, 기체 확산층(GDL) 생산 인프라는 구축되기 시작하였으나, 촉매, 전극, MEA, 고분자 전해질 막 산업은 초기 단계
  • 스택은 시스템 업체가 생산하며, 기술적으로 선진국 수준에 도달
  • 개질기는 일본으로부터 1kW급 개질기 기술 도입 후, 5kW, 10kW급 국산화에 성공하였고, 효율 및 내구성 확보에 필요한 R&D 투자와 생산 인프라 확보가 필요
  • BOP 산업도 취약한 상태로 국내 기업이 기술 역량은 보유하고 있으나, 초기 생산 물량이 적어 투자를 주저
  • 전력 변환기는 선진국 수준이나 펌프, 모터, 압축기 등 M-BOP는 연구 개발 등 투자가 필요. 연료전지 자동차용 BOP는 현대자동차 및 협력 업체가 국산화율을 높이고 있으나, 고압 수소 저장 용기의 경우 R&D 투자가 필요

주택/건물용 SOFC 산업 환경은 아래와 같음

  • SOFC 산업 구조는 취약한 상황으로 소재, 스택, BOP, 시스템 업체의 R&D 및 설비 투자가 요구됨
  • 스택의 경우, 10kW급 개발 단계로 일정 수준의 제조 신뢰성을 확보하였으며, 내구성 평가 및 향상에 대한 기술 개발 필요
  • E-BOP는 주택/건물용 PEMFC, M-BOP는 발전용 용융탄산염 연료전지 기술 적용이 가능하고, 중소형 SOFC M-BOP 개발 필요
  • 시스템 관련 기술은 초기 단계로 선진업체 스택을 기반으로 Hot Box 제작과 운전 제어를 통해 선진 업체 수준에 근접

발전용 MCFC 산업 환경은 아래와 같음

  • 대기업 중심으로 시스템 기술은 선진국 수준에 도달하였으며 R&D, 실증/보급 사업을 통해 스택, BOP 관련 산업을 선도. 스테인리스 분리판 外 전극, 매트릭스 분말, 촉매를 수입하고 있어 소재 분야에 대한 R&D 강화 및 산업 육성 필요
  • 대용량 스택 및 BOP는 국산화에 성공하였고 구성 요소도 국산화 개발 중
  • 대규모 시스템 보급이 진행 중이며 원격 운전, 시스템 통합/연계 운전 기술 확보 필요
  • 타 발전 기술 대비 우위 확보를 위한 고효율화, 다용도 활용 기술, 고부가가치 시스템의 기술 개발 및 인프라 확충 필요
5. 핵심요소기술 선정

확정된 요소기술을 대상으로 중소기업에 적합한 핵심요소기술 선정

[ 연료전지 M-BOP 분야 핵심요소기술 선정 ]

연료전지 M-BOP 분야 핵심요소기술 선정
분류요소기술키워드
연료공급 시스템 고온 연료전지용 Hot box 제조 기술 연료 전지에서 활용 가능한 Hot box 제조 기술
SOFC Hot box용 연료 배가스 리싸이클 장치 제조 기술 SOFC용 Hot box 버너에서 사용하고 남은 배가스를 리싸이클하여 다시 열원으로 사용하기 위한 기술
고효율 저가 열교환·관리 기술 연료전지용 M-BOP 열교환기, 온도 센서, 방열팬, 배열 회수 펌프 등 열관리 시스템
저온, 고온 적용이 가능한 수소재순환 이젝터 기술 수소재순환 이젝터는 연료전지 스택에서 수소를 스택에 공급하고 남은 잉여의 수소를 압력차를 이용하여 다시 스택에 공급하기 위한 장치이며, 수소 입출구의 압력을 가변으로 제어할 수 있는 기술
고효율, 고내구성 메탄올 센서 제조 기술 연료공급을 위한 메탄올 센서 제조 기술
공기공급 시스템 저가, 고신뢰성 PEMFC용 공기 블로워 제조 기술 공기 공급을 위한 PEMFC용 블로워 제조 기술
고내구성 공기극 필터 제조 기술 연료전지 스택의 불순물에 의한 성능 감소를 최소화하기 위한 장치이며, 화학적 또는 물리적으로 먼지, 꽃가루, 일산화탄소 등을 제거할 수 있는 기술
수처리 시스템 스택 냉각용 워터펌프의 냉각수 누설방지 및 고효율화 기술 스택 냉각수 구동을 위한 전동식 워터펌프의 내구성 확보 및 성능 향상을 위한 기술