한국 수소 산업, 연구개발 위축과 중국과의 비용 격차 확대에 직면

수소 산업의 야심, 만만치 않은 현실에 연구개발 투자 감소

한국 수소 산업의 투자는 2022년부터 2024년까지 4.6% 증가하는 데 그쳤고, 연구개발 지출은 26.8% 감소했다. 이 수치는 중국의 저렴한 생산 비용과 국내 정부 입찰 물량 축소에 직면한 산업의 취약성을 드러낸다.

기후에너지환경부가 2026년 10월 26일 발표한 자료에 따르면, 국내 수소 기업 2,932곳 가운데 82.7%는 2025년 전담 연구개발 부서를 두지 않았다. 자체 연구소를 보유한 기업은 11.2%에 불과했고, 국가 정부 지원금을 받은 적이 있다고 답한 기업은 7.6%였다.

비용 격차는 상당하다. 한국 수전해 시설의 평균 수소 생산 비용은 kg당 18,163원으로, 중국 내몽골과 신장 지역 일부 실증 사업의 약 2,800~3,600원과 비교된다. 이 수치대로라면 한국 평균 비용은 중국 실증 사업 비용의 약 5~6배다.

한국은 이제 국내 기술을 어떻게 지원하면서 소비자가 감당할 수 있는 가격의 수소를 확보할지 결정해야 한다. 연구자와 업계 전문가들은 수입, 탄소 포집을 적용한 천연가스 기반 수소, 원자력 전력을 이용한 생산 등을 포함해 공급원을 다변화할 방안을 제안하고 있다.

정부는 선별적 지원으로 방향을 바꾸고 있다. 2026년 6월 수소 발전 입찰 규정을 개정해 수전해를 통한 국내 청정수소 생산 생태계 조성에 무게를 뒀다. 동시에 비용과 일부 활용 방식의 온실가스 감축 효과에 대한 의문을 들어 수소 발전 입찰 물량을 줄였다.

장비 제조업체와 차량 공급업체, 에너지 개발업체에 이 결정들은 직결된다. 연구에는 투자가 필요하고, 투자에는 고객이 필요하며, 고객에게는 지속적으로 감당할 수 있는 연료 가격이 필요하다.

연구개발 부족은 어느 정도인가?

수소 기업의 투자액은 2022년 4조1,469억 원에서 2024년 4조3,373억 원으로 늘었다. 반면 연구개발 지출은 1조1,219억 원에서 8,212억 원으로 3,007억 원 감소했다.

정부의 수소 산업 실태조사는 2022년 시작됐다. 최신 조사 결과는 소폭의 투자 증가가 장비 개선과 소재 시험, 생산 비용 절감에 필요한 연구개발 지출 확대를 이끌지 못했음을 시사한다. 조사 대상 기업 가운데 92.4%는 국가 정부 지원금을 받은 적이 없다고 답했다.

한국에너지기술평가원(KETEP)은 기술개발 조직 데이터셋을 통해서도 연구 인프라를 추적한다. 이 데이터셋은 수소와 태양광, 풍력 등 여러 분야 기업의 연구소 및 전담 기술개발 부서 보유 여부를 기록한다.

이 공개 데이터셋은 2022년을 기준으로 하며, 2024년 5월 31일 발표된 조사 보고서를 바탕으로 한다. 공개 자료의 설명에 따르면 표본 추출과 데이터 검토 과정으로 조사 대상 기간과 발표 사이에 시차가 발생한다. 최신 부처 자료는 2025년 기업 현황을 다루므로 두 통계의 기준 연도가 서로 다르다.

현실적인 과제는 연구 인력을 채용하는 데 그치지 않는다. 수소 기업은 실제 환경에서 장비를 개선할 수 있는 시험 시설과 운영 사업에 접근할 수 있어야 한다. 실험실에서 설계한 기술은 결국 고객이 수년간 안정적으로 가동할 수 있는 시스템으로 구현돼야 한다.

전력 비용이 한국 수소 생산을 비싸게 만드는 이유

수전해는 전기로 물을 수소와 산소로 분해하는 방식이다. 이때 사용하는 장비를 수전해 설비라고 한다. 재생에너지 전력으로 공정을 가동해 생산한 연료는 흔히 그린수소라고 불린다.

전기요금과 가동 시간은 모두 최종 생산 비용에 영향을 준다. 비싼 설비를 인근 태양광 시설이 전력을 생산할 때만 가동하면, 설비 건설비와 금융 비용을 분산할 수 있는 수소 생산량이 줄어든다.

한국에너지경제연구원은 김종우·이태의 연구진이 작성한 이슈페이퍼 23-02, 수전해 경제성 연구에서 이러한 영향을 분석했다. 태양광 발전 시설과 5MW 수전해 설비의 용량이 같을 때 수소 생산 비용은 kg당 16.19달러로 추산됐다. 수전해 설비 이용률은 14.9%였다.

태양광 발전 용량을 수전해 설비의 3배로 늘리면 이용률은 37.1%로 높아지고 추정 비용은 kg당 10.09달러로 낮아졌다. 발전 사업자와 전력 구매 계약을 맺으면 추정 비용은 8.13달러까지 더 떨어졌다.

이 연구는 원자력 전력을 이용한 수소 생산 비용을 kg당 4.65달러, 산업용 전력망 전력을 이용한 비용을 6.87달러로 추산했다. 이 계산 결과는 장비 가격과 성능뿐 아니라 전력 공급 방식이 수소 경제성에 얼마나 큰 영향을 미치는지 보여준다.

서울과학기술대 이승준 교수는 한국이 오로지 수소 생산만을 위해 대규모 재생에너지 시설을 설치할 만한 여건을 충분히 갖추지 못했다고 주장해 왔다. 단국대 조홍종 경제학과 교수는 수전해에 저렴한 전력을 공급할 수 있도록 원자력 발전을 확대할 것을 제안했다.

중국, 장비와 수요를 함께 키우다

중국의 강점은 일부 사업에서 저렴한 전력을 확보하는 데 그치지 않는다. 국제에너지기구(IEA) 자료에 따르면 2024년 중국 내 수전해 설비 제조·설치 비용은 kW당 600~1,200달러로, 중국 외 지역의 2,000~2,600달러보다 낮았다.

저렴한 장비는 수소 사업을 시작하는 데 필요한 초기 투자액을 줄인다. 내몽골과 신장 등지의 대규모 재생에너지 시설을 이용하면 운영 비용도 낮출 수 있다.

중국은 5개 도시권의 수소 실증 사업에 최대 80억 위안(약 1조5,877억 원)을 지원할 계획이며, 도시권별 지원 한도는 16억 위안이다. 사업에는 생산과 운송, 상용차, 수소환원 제철, 그린암모니아 등 활용 분야가 포함된다.

수소 에너지는 2026~2030년 중국 제15차 5개년 계획에서도 국가 전략 산업으로 포함됐다. 실증 사업이 공급망의 여러 부문을 함께 지원함으로써 장비 제조업체와 생산업체, 고객을 연결할 수 있다.

앞서 추진된 르자오 해수 수소 플랜트는 비용 절감을 위한 또 다른 접근법을 보여준다. 산업 폐열을 활용하면서 수소 생산을 담수와 화학 원료 공급에 결합하는 방식이다. 이 사업은 한 시설에서 여러 수익원을 확보할 가능성을 열어준다.

발전 입찰 축소로 미래 수요 불확실성 커져

한국의 일반수소 발전 입찰 물량은 2025년 1,300GWh에서 2026년 930GWh로 28.5% 감소했다. 이 시장에는 석유화학 공정의 부산물로 생산된 수소를 이용한 발전이 포함된다.

청정수소 발전 입찰 물량은 3,000GWh에서 500GWh로 83.3% 급감했다. 이 시장은 기존 발전소에서 다른 연료와 함께 수소나 암모니아를 태우는 혼소를 비롯한 활용 분야에 초점을 둔다.

기가와트시(GWh)는 일정 기간 생산한 전력량을 나타낸다. 입찰 물량이 줄면 발전사들이 공급을 놓고 경쟁할 수 있는 발전량이 감소하므로, 연료 공급업체와 장비 개발업체가 기대할 수 있는 시장 규모도 작아진다.

국민의힘 김소희 의원실은 2027년 이후의 입찰 물량이 아직 정해지지 않았다고 밝혔다. 이에 따라 기업은 발전소와 공급 계약에 투자할 근거가 될 향후 입찰 수요 일정을 확인할 수 없는 상황이다.

일본은 공공 자금으로 기존 발전소의 수요를 만들고 있다. 가스터빈에서 액화천연가스와 수소를 혼합하는 사업에 80억 엔을, 헤키난 화력발전소에서 암모니아 20% 혼소를 실증하는 사업에 200억 엔을 투입하기로 했다.

일본의 산업 프로젝트는 고객을 확보할 또 다른 경로도 제공한다. 야마나시 공장 수소 프로젝트는 16MW 규모로 계획된 설비를 산토리 시설의 열 살균 공정과 위스키 증류 시험에 연계한다. 수소를 다시 전력으로 전환하기보다 공장의 특정 공정에 직접 공급하는 방식이다.

정부가 지원 속도를 늦추는 이유

기후에너지환경부는 수소 발전이 아직 경제적으로 경쟁력을 갖추지 못했다고 밝혔다. 전기로 수소를 생산한 뒤 다시 전력으로 전환하면 두 단계에서 모두 에너지 손실이 발생해 최종 공급 전력의 비용이 높아진다.

부처 관계자는 정부의 입장을 수소 지원은 이어가되 사업을 더 선별하는 것이라고 설명했다.

수소 산업을 육성한다는 정책 기조는 변함없지만, 초기 계획은 현실을 반영해 조정할 필요가 있습니다,

이 관계자는 보조금이 끝나면 운영을 중단할 사업에 계속 자금을 지원하기보다 경쟁력을 갖출 수 있는 분야를 선정할 방침이라고도 밝혔다. 석탄과 암모니아를 혼소하는 방식은 한국이 석탄 발전을 단계적으로 폐지하려는 목표와도 충돌한다.

수소는 재생에너지 발전이 중단됐을 때를 포함해 에너지를 저장했다가 나중에 사용하는 데 활용할 수 있다. 정책 논쟁은 이러한 기능과 다른 활용 방식의 비용이 낮아지는 동안 지원을 얼마나 제공할지, 어떤 분야에 우선순위를 둘지에 관한 것이다.

서울과학기술대 미래에너지융합학과 유승훈 교수는 투자를 너무 일찍 줄여서는 안 된다고 경고했다.

지금 비용이 높다는 이유로 투자를 늦추면 미래 시장에서 선도적 지위를 잃을 수 있습니다,

서로 맞서는 우려는 구체적이다. 보조금은 기술이 개선되는 동안 수요를 뒷받침할 수 있지만, 공공 지출은 각 사업의 비용과 감축하는 탄소 배출량도 고려해야 한다.

수입·블루수소·원자력 발전도 논의 대상

이상준 교수는 국내 생산 요건을 완화해 수소 일부를 수입할 수 있도록 하고, 그린수소와 함께 블루수소도 고려하자고 제안했다. 블루수소는 일반적으로 천연가스로 생산하며, 생산 과정의 배출량을 줄이기 위해 탄소 포집을 적용한다.

한국에너지경제연구원 연구도 여러 생산 경로를 검토할 것을 권고했다. 연구개발 투자 우선순위로 알칼라인 수전해와 고분자전해질막 수전해를 꼽았고, 그다음으로 블루수소와 상용화가 덜 된 수전해 기술을 제시했다.

원자력 전력을 이용한 수전해로 만든 수소는 흔히 핑크수소라고 불린다. 연구원은 핑크수소가 청정수소 인증제 대상에 포함될 수 있는지 검토하고, 적합한 전력 계약 방식을 마련할 것을 권고했다.

수입 수소의 도착 비용에는 생산비 외에도 다양한 비용이 포함된다. 수소를 운송·저장하고, 운송을 위해 다른 물질로 전환했다가 고객 인근에서 다시 수소로 전환해야 하는 경우도 있다. 연구원의 검토 결과, 설정된 가정 아래에서는 검토한 운송 방식 가운데 암모니아가 가장 저렴했다.

한국 연구진은 이미 이 전환 단계를 연구하고 있다. 한국의 암모니아 전환 프로젝트에서는 약 600 C에서 작동하는 반응기를 이용해 순도 99.97%의 수소를 생산하는 실증에 성공했다. 이 기술은 암모니아로 수소를 해상 운송한 뒤 연료전지용으로 수소를 분리하는 공급망 구축에 기여할 수 있다.

차량·공급업체에도 예산 압박

한국수소연합은 2024년 한국 수소 산업이 관련 기업 약 3,000곳에서 약 3만7,000명을 고용한 것으로 추산한다. 공급망은 부품과 충전 인프라, 연료전지 분야까지 이어진다.

현대차 넥쏘는 주요 부품의 90% 이상을 국내에서 조달하며, 공급망에 60곳이 넘는 협력사가 참여한다. 따라서 차량 수요 변화는 완성차 업체뿐 아니라 더 많은 기업에 영향을 줄 수 있다.

정부는 수소차 보급 예산을 2027년 4,457억 원으로 책정했다. 2026년보다 23% 줄어든 규모다. 수소충전소 구축 예산은 1,197억 원으로 37% 감소했다.

중국은 2025년 말 기준 수소연료전지차 4만 대 이상과 충전소 574곳을 보유했다. SNE리서치는 한국의 수소차 시장 점유율이 2026년 66.9%에서 2040년 13%로 하락하는 반면, 중국은 24.1%에서 31%로 상승할 것으로 전망한다.

이 전망은 경쟁 위험이 현실화할 시점을 보여준다. 예상 고객 기반이 다른 시장으로 이동하는 가운데 한국 공급업체는 연구개발과 생산 역량, 인력에 관한 결정을 지금 내려야 한다.

초기 산업 전략은 어떻게 지금에 이르렀나

한국의 초기 수소 전략은 산업 확대와 일자리, 에너지 인프라를 결합했다. 전략국제문제연구소(CSIS)의 선임연구원 제인 나카노는 2021년 11월 5일 발표한 수소 산업 전략 분석에서 이 같은 접근을 설명했다.

그의 분석에 따르면 정부의 2021 회계연도 수소 관련 지출은 7억190만 달러로 2020년보다 40% 늘었고, 2022년까지 수소차 산업 개발에 23억4,000만 달러를 투입하기로 했다. 해외 공급이 초기 계획의 일부였음을 보여주듯, 이 전략에는 수입 인프라도 포함됐다.

주요 정책 및 투자 이정표는 수년에 걸쳐 이어졌다.

• 2019년: 한국이 수소경제 활성화 로드맵을 채택했다.
• 2020년 1월: 국회가 수소경제 육성 및 수소 안전관리에 관한 법률을 통과시켰고, 이 법은 2021년 시행됐다.
• 2022년: 정부가 수소 산업 실태조사를 시작해 최신 투자 비교의 기준 연도를 마련했다.
• 2024년: 산업 연구개발 지출은 8,212억 원으로, 2022년 1조1,219억 원보다 줄었다.
• 2026년 6월: 정부가 국내 수전해 생산 생태계에 무게를 둔 수소 발전 입찰 개편을 발표했다.
• 2026년 10월 26일: 부처 자료에서 대부분의 수소 기업이 전담 연구개발 부서를 두지 않은 것으로 나타났다.

초기 전략은 2040년 연간 수소 소비량 526만 톤, 충전소 1,200곳, 발전용 연료전지 15GW를 목표로 설정했다. 나카노는 이 전략이 경제 성장과 산업 경쟁력에 주로 초점을 맞췄다고 분석했다.

연구개발 우선순위는 예산 확대에 그치지 않는다

한국에너지경제연구원은 실험실 역량과 상용화 규모 사이의 구체적인 격차를 짚었다. 국내 알칼라인 및 고분자전해질막 장비는 개별 설비 단위의 기초 기술은 탄탄하지만, 대규모 실증과 시스템 운영, 재생에너지 전력과의 연계에서는 뒤처져 있다고 밝혔다.

연구원은 앞선 5년간 수전해 연구에 1,382억 원이 투입됐으며, 그중 88.2%가 이 두 가지 상용 기술에 집중됐다고 기록했다. 수소 사업에는 424억 원, 즉 2022년 기후대응기금의 1.7%가 배정됐다.

연구원은 장비 모듈의 대형화와 수명 연장, 성능 향상, 소재 비용 절감을 제안했다. 고분자전해질막 시스템에서는 티타늄과 이리듐 같은 고가 소재를 대체하는 것이 핵심적인 비용 과제였다. 전문 중소기업들이 함께 부품을 시험하고 상용화할 수 있도록 지원할 필요성도 강조했다.

따라서 한국의 선택은 연료 공급과 제조 역량을 모두 아우른다. 수입이나 원자력 전력은 일부 사용자의 비용을 낮출 수 있고, 지속적인 시험과 연구는 국내 장비의 성능을 높일 수 있다. 발전 입찰과 차량 예산이 줄어드는 상황에서 기업들이 투자처를 결정하려면 두 목표를 더 긴밀하게 조율해야 한다.

핵심 내용

• 수소 산업의 연구개발 지출은 2022~2024년 26.8% 감소했고, 투자액은 4.6% 증가했다.
• 2025년 수소 기업 2,932곳 가운데 82.7%는 전담 연구개발 부서가 없었고, 국가 지원금을 받은 기업은 7.6%에 그쳤다.
• 한국 수전해 생산 비용은 평균 kg당 18,163원으로, 중국 일부 실증 사업의 비용보다 약 5~6배 높았다.
• 2026년 청정수소 발전 입찰 물량은 3,000GWh에서 500GWh로 줄었다. 2027년 이후 물량은 정해지지 않았다.
• 연구자들은 저렴한 전력과 장비 개발 강화를 권고하고, 수입과 블루수소, 원자력 전력 활용도 검토할 것을 제안한다.
• 정부는 수소 지원을 이어가되 경쟁력을 갖출 가능성이 높은 활용 분야를 선별하겠다고 밝혔다.