일본 정부가 수소·암모니아(Ammonia) 사회 실현을 위해 민‧관 협력을 본격화하고 있다. 
일본 최대 발전기업 JERA는 최근 미쓰이물산(Mitsui & Co) 등과 함께 미국에서 대형 블루 암모니아 프로젝트에 대한 최종투자(FID)를 결정했고, 아이치현(Aichi) 소재 헤키난(Hekinan) 화력발전소에서 추진하는 암모니아 혼소 발전 프로젝트도 2025년 FID가 이루어질 것으로 예상된다.
생산과 이용에 관한 대형 사업이 구체화되면서 암모니아 공급망이 하나로 연결될 것으로 예상되는 가운데 일본 정부는 다양한 지원책을 통해 선제적으로 진출하는 엔지니어링기업이 수익을 확보할 수 있도록 제도 보완을 서두르고 있다. 

 

일본, 정부 주도로 수소·암모니아 투자 촉진
일본은 정부 차원에서 수소·암모니아 에너지 상용화를 적극 지원하고 있다.
특히, 기존의 기술 개발·실증 사업을 넘어 민·관의 적극적인 투자를 촉진하기 위해 2023년부터 10년간 총 20조엔(약 194조원)의 GX(그린 트랜스포메이션) 경제 이행채권 발행을 시작했고 선행 투자를 지원하는 동시에 민·관 총 150조엔(약 1456조원)대 GX 투자를 유도할 방침이다.
2026년부터는 배출권 거래제도, 2028년부터는 탄소 과금제도를 도입하며 점진적으로 지원 수준을 높일 것으로 예상된다. 탄소가격제(CP)를 통한 수입으로 GX 경제 이행채권을 상환하는 구조이며 퍼스트무버가 이득을 얻을 수 있도록 구성한 것이 특징이다.
일본은 2024년 수소사회추진법을 시행했다. 수소사회추진법에는 저탄소 수소 등(암모니아·합성연료·합성메탄)의 법적 정의를 기존 에너지 대비 이산화탄소(CO2) 배출량 70% 감축으로 명기했으며, 공급기업과 수요기업에 대한 가격 차이 지원 및 생산기지 정비 지원을  포함했다.
가격 차이 지원은 공급 개시 이후 15년에 걸쳐 총액 3조엔에 달할 것으로 예상된다.
수소 생산 및 운송이 대상이며 물 전기분해를 통한 그린수소, 화석자원 및 이산화탄소 포집·저장(CCS)을 결합한 블루수소 생산, 액화 암모니아 등 수소 캐리어 설비 및 관련 수송선 등이 해당된다.

 

MCH와 탈수소화도 적극 지원
일본 경제산업성은 MCH(Methylcyclohexane)와 암모니아 탈수소 설비에 대해서도 지원할 계획이다. 
수소를 1년에 1000명 이상에게 안정적으로 공급하고 지원 종료 이후 10년간 공급을 계속하는 것이 조건이며 LNG(액화천연가스)와의 가격 차이를 보전하는 형태로 초기에는 정부지원 비중이 크나 탄소가격제와 규제를 통해 가격 차이가 줄어들면 정부 지원을 점차 축소할 것으로 예상된다.
생산기지 정비 지원은 지상에 출하한 다음 수요처까지 운송하기 위해 필요한 설비가 대상이며 탱크, 파이프라인, 연안선, 탱크로리가 포함된다.
앞으로 10년 동안 8곳에 총 1조엔을 지원하며 첫번째 타당성 조사(FS)에는 홋카이도(Hokkaido) 2건을 포함해 총 10건의 프로젝트가 신청한 것으로 알려졌다. 
앞서 2023년에는 탈탄소 전원 투자를 촉진하기 위해 장기 탈탄소 전원 경매제도를 도입한 바 있다.
미래 전력 공급능력을 거래하는 시장을 확보하기 위한 것으로 발전기업에게 계약금을 지급함으로써 적시에 전원 투자를 유도해 필요한 공급능력을 사전에 확보하는 것이 목적이다.
장기 탈탄소 전원 경매는 투자 판단 시점에 장기간의 수익을 확정함으로써 탈탄소 전원에 대한 투자를 유도할 방침이다.
제1차 선정에는 앞으로 탈탄소화를 전제로 한 LNG 전소 화력발전이 대부분이나 기존 석탄화력을 암모니아 혼소 설비로 개조하는 프로젝트가 5건, 소규모이지만 수소 혼소 개조 프로젝트가 1건 포함됐다.

 

JERA, 암모니아 발전 사업 주도
JERA는 IHI와 함께 헤키난 화력발전소에서 석탄화력 암모니아 혼소 실증 시험을 성공적으로 실시했다.
상용 운전은 2027-2028년으로 예상되며, 2025년에 FID를 실행할 것으로 예상된다. 4호기, 5호기에서 20% 혼소를 계획하고 있으며 1년에 암모니아 총 100만톤이 필요한 것으로 파악된다. 
일본은 암모니아를 해외에서 생산해 운반한 다음 사용하는 공급망을 구체화하고 있다. JERA, 미쓰이(Mitsui)물산, 미국 CF Industries는 루이지애나에서 블루 암모니아 140만톤을 생산하는 블루포인트 프로젝트를 2025년 4월 최종결정했다. 총 사업비는 약 40억달러이며 가동은 2029년 시작할 예정이다.
미국은 블루포인트 외에도 다수의 암모니아 프로젝트를 검토하고 있다. 텍사스에서 엑손모빌(ExxonMobil)이 주도하고 JERA, 미츠비시(Mitsubishi)상사, 이데미츠코산(Idemitsu Kosan)이 참여하는 프로젝트와 Inpex, 프랑스 에어리퀴드(Air Liquide), LSB Industries가 참여하는 프로젝트도 조기에 FID가 실시될 것으로 예상된다. 
미국과 중동에서는 블루 암모니아 프로젝트 다수가, 인디아에서는 그린 암모니아 프로젝트가 유력한 것으로 알려졌다.

 

IMO의 선박연료 효율 규제 “호재”
수송 측면에서는 국제해사기구(IMO)의 선박·연료 효율 규제가 수소·암모니아 연료선 보급을 촉진하고 있다.
일본은 선박 약 7200척 가운데 84%가 대응하지 못하고 있어 2050년까지 1년에 250척 갱신이 필요해 시장규모가 약 2조5000억엔에 달하는 것으로 추정되고 있다. 국토교통성도 중점 분야로 판단하고 있다.
이용 분야는 석탄화력의 암모니아 혼소가 선행하고 있다. JERA는 헤키난에 이어 히타치나카(Hitachinaka) 화력발전소에서 50% 혼소를 검토하고 있으며 Hepco, Yonden 등도 도입을 검토하고 있다.
가스터빈 화력 적용도 미츠비시중공업(Mitsubishi Heavy Industries)과 IHI가 실증을 진행하고 있는 가운데 20-60GW 가스터빈 기술 완성이 임박한 것으로 알려졌다.
주부(Chubu) 지방에서는 헤키난 화력발전소를 중심으로 암모니아 공급망을 구상하면서 암모니아 분해를 통한 수소 활용을 검토하고 있다. 
미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals), Kepco가 있는 사카이(Sakai)·센보쿠(Senboku), 이데미츠코산, 도소(Tosoh), 도쿠야마(Tokuyama)가 참여하는 슈난(Shunan) 산업단지, Yonden, 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical), 마쓰다(Mazda) 등의 수요가 예상되는 에히메(Ehime) 나미카타(Namikata) 터미널 등이 대표적이다. 
수소·암모니아 사회 실현을 위해 생산부터 수송·저장, 활용에 이르기까지 지원제도 정비를 바탕으로 민간투자를 유도할 방침이다.
다만, 인플레이션에 따른 프로젝트 코스트 상승, 미국 도널드 트럼프 행정부발 LNG 회귀 등으로 수소·암모니아 도입 움직임이 둔화되는 가운데 수소·암모니아의 대량 도입을 목표로 하는 접근 뿐만 아니라 지역별로 수소 연료전지자동차와 수소 스테이션을 확대하면서 다른 응용 분야로 연결 가능하는 방안도 검토하고 있다. 

 

수소사회 실현을 위한 규제 정비 추진
일본 정부는 수소 사회를 위한 안전 규제도 확대하고 있다. 
수소는 확산이 쉽고 점화되기 쉬우며 금속소재를 취약하게 만들기 때문에 안전하게 사용하기 위해서는 공급 단계별로 규칙을 설정할 필요성이 요구되고 있다. 
일본 경제산업성은 △사업자의 유연하고 고도화된 안전 확보 △국제사회와의 조화 △사업 규제와 일체화된 보안규제 등을 수소 안전 확보의 3대 방향으로 설정하고 부처간 협력과 민·관 연계를 통해 포괄적 보안체계 정비를 추진하고 있다.
암모니아, 합성메탄(e-Methane), 합성 연료를 포함한 사업은 아직 초기 단계이며 세계적으로도 포괄적 안전 규제 체계를 갖춘 국가가 없기 때문에 각국은 기존 안전규제 체계를 활용하면서 상황별로 대응하고 있다.
일본은 파이프라인에는 가스사업법을, 액화수소 탱크로리 및 화학·제철 등 공장 내부 사용에는 고압가스 보안법, 발전소에는 전기사업법을 적용하고 있다.
따라서 해외에서 생산한 수소를 수송하는 대규모 수소 관련 사업을 위해서는 국내외 사업 진척 상황에 맞춘 단계적인 규제 합리화와 적정화가 요구되고 있다. 
일본 정부는 법령별 기술 기준을 통합적·체계적으로 합리화할 방침이며 기술 검토 결과를 반영해 평상시 압력 상한과 필요한 이격거리 등을 재검토하고 2030년 수소 연료전지 탑재 철도차량 상업운행을 목표로 철도차량 기술 기준도 제정·시행한다. 
수소와 산소가 혼합돼 교차 누출이 발생할 위험이 있는 수전해 수소 발생 장치에 대해서도 기술 진보에 대응한 안전규제 합리화를 위해 세부 시행령을 재검토하고 있다.

 

안전기준 강화 위해 법·제도 확충
NEDO 프로젝트를 활용한 민·관 협력 안전 기준 합리화 및 적정화도 검토하고 있다.
대형 액화수소 탱크는 고압가스보안협회 등이 대형 액화수소 저장탱크 대량 누출·확산 시뮬레이션 기법 개발 및 설치기준 정비 조사를 진행하고 있으며, 도쿄(Tokyo)대학은 대형 액화수소 저장탱크 구현을 위한 극저온·수소 환경의 소재 신뢰성 평가 확립 및 사회 수요를 위한 풀사이즈 시험을 추진하고 있다. 모두 세계 최대인 5만입방미터급 탱크를 전제로 하고 있다.
고압 수소 파이프라인은 규슈대학과 JFE Steel 등이 고압 수소 파이프라인의 기준화를 위한 도관 소재의 수소 적합성 및 내진 설계에 관한 연구개발을 진행하고 있다. 
1MPa를 초과하는 고압 수소 파이프라인의 내진성을 고려한 소재 적합성 평가와 수소 내부의 파괴구조 메커니즘 규명, 해외 연구기관과의 연계를 통한 일본 기준 마련이 목표이다.
아울러 국토교통성 산하 3개 회의체가 항만 관련 검토를 진행하고 있으며, 수소 연료 항만 하역장비 도입·운용 가이드라인 작성과 수용 인프라 보안 관련 가이드라인 작성을 추진하고 있다.
특히, 일본 정부는 2025년 2월 암모니아 누출 사고에 대비한 새로운 안전·방재 기준 개정 지침을 시행했으며, 2024년 가을부터는 인증 사업자에 대해 고압가스보안법, 항만법, 도로점용 규정 등에 관한 특례 조치를 규정한 수소사회추진법을 시행하고 있다.

 

SB, PFAS 프리 이온교환막 개발
스미토모베이클라이트(SB: Sumitomo Bakelite)는 수소사회 진입에 대응해 수소 분리막 사업에 진출한다.
스미토모베이클라이트는 세계 최고 수준의 성능과 내구성을 겸비한 PFAS(Polyfluoroalkyl Substance) 프리 이온교환막을 개발했다. 
노보넨(Norbornene) 등 기능성 소재 관련 모노머부터 폴리머, 촉매까지 풍부한 노하우를 보유한 미국 자회사 Promerus와 함께 개발했으며 이미 수전해 장비 생산기업에게 샘플을 공급해 높은 평가를 확보한 것으로 알려졌다.
스미토모베이클라이트는 수소 제조장비용 음이온 교환막(AEM) 양산체제 건설과 신규 수요기업 개척에 집중하기 위해 2025년 4월1일 프로젝트팀을 출범했다. 2027년까지 생산조건을 확립하고 2030년 100만평방미터 양산체제를 갖출 계획이다.
스미토모베이클라이트는 글로벌 탄소중립 달성에 필수적인 그린수소 생산용 수전해 장비 분야에서 생산효율과 촉매 코스트를 고려할 때 AEM이 주류를 형성할 것으로 예상하고 있다.
AEM은 효율과 내구성에 약점이 있으나 스미토모베이클라이트는 노보넨 골격을 적용하고 관능기를 적절하게 부여해 고이온전도성, PFAS 프리, 안정성, 내구성을 확보했다. 
또 상업레벨에서 고분자전해질(PEM) 및 랩스케일 AEM의 최고 수준 전류-전압(I-V) 특성을 보유했음을 확인했으며 1만시간 테스트에서도 성능을 유지했다.
스미토모베이클라이트는 장비 생산기업 뿐만 아니라 수소가스 생산기업, 수소 수요기업과도 접촉하는 등 초기에 수소 시장에 침투해 빠르게 시장을 장악할 방침이며 학계와도 연계를 진행하고 있다.
신제품 이온교환막은 기존 막 기술과는 전혀 다른 프로세스로 생산하고 있으며 롤 타입과 매엽 타입 모두 공급 가능하다. 자동차, 주택, 산업용 등 어플리케이션에 따라 장비 크기가 달라지기 때문에 각각 최적화된 솔루션을 공급할 수 있도록 프로세스도 다양하게 병행 개발할 계획이다.
현재 시즈오카(Shizuoka) 공장에서 1만-2만평방미터 생산설비를 확보했으며 앞으로 막 자체의 생산성 및 성능 향상, 광폭화 대응과 품질보증체제를 확립하고 상용화를 추진할 방침이다.
이미 채용을 타진하는 프로젝트도 있으며 장기적으로 일본과 미국 사업장에서 생산을 검토할 예정이며 PEM에도 개발 기술을 적용할 수 있기 때문에 PEM 생산에도 대응하는 설비를 도입할 계획이다.

 

바스프, 화학공장 통합형 수전해조 가동
바스프(BASF)는 세계 최초로 화학공장 통합형 수전해조를 가동했다.
바스프는 독일 루트비히스하펜(Ludwigshafen) 본사 공장에서 54MW급 PEM-수전해조 가동을 시작했다. 최대 8000톤의 수소를 매년 생산할 수 있으며 화학공장에 수전해조를 직접 통합한 것은 세계 최초이다.
지멘스(Siemens Energy)와 협력해 약 2년에 걸쳐 건설했으며 전기분해 프로세스 모듈이 72개에 달해 주요 플랜트에 시간당 최대 1톤의 수소 공급이 가능하고 본사 공장의 온실가스 배출량을 연간 최대 7만2000톤 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
신재생에너지 베이스 전력을 사용한 그린수소 생산을 통해 이산화탄소 배출량 감축을 확대할 방침이다.
수소는 암모니아, 메탄올(Methanol), 비타민 등 다양한 용도에서 사용이 가능해 주로 화학제품 원료로 이용하고 일부는 주변 지역에 모빌리티 연료용으로도 공급할 예정이다.
바스프는 원래 본사공장에서 천연가스 베이스 수증기 개질 혹은 부생가스를 원료로 수소를 생산했으나 전해장치를 도입함으로써 수소 생산기술 전환에 성공한 것으로 알려졌다.
앞으로 수전해조 가동을 통해 탄소발자국 저감형 화학제품 생산을 확대하고 수요기업의 탄소중립 목표 달성을 지원할 방침이다.

 

수소가스, 2040년 546조원으로 성장
수소가스 시장이 급성장하고 있다.
후지경제(Fuji Keizai)에 따르면, 글로벌 수소가스 시장은 2040년 58조엔(약 546조원)으로 2023년 대비 30.5% 확대될 것으로 예상된다. 
후지경제는 발전용 및 자동차용 연료 수요 증가가 수소가스 시장 성장을 견인할 것으로 예측했다. 
또 제철공정의 탈탄소 기술인 수소환원제철 등에서 이용이 확대되면서 산업용 수요도 점진적으로 증가할 것으로 전망했다.
수소가스는 현재 석유정제, 암모니아·메탄올 생산, 제철 등 산업용이 용도의 대부분을 차지하고 있으나 글로벌 시장의 40% 이상을 차지하는 석유정제 용도는 화석연료 사용량 감소의 영향으로 수요가 감소하고 있다.
발전용 연료로 수소가스를 이용하는 수요는 아직 적은 편이나 수소가스 터빈 발전 및 암모니아 발전기술 개발이 본격화되면서 화석연료 혼소 기술이 상용화 가능 수준에 도달할 것으로 기대되고 있다.
후지경제는 2030년 이후 수소를 이용하는 대규모 발전이 세계적으로 확대돼 2040년에는 발전용 비중이 20%를 돌파할 것으로 예상하고 있다.
자동차 용도는 연료전지자동차(FCV)가 자동차 가격 및 수소 스테이션 정비, 수소가격 상승 과제에 직면하면서 성장이 정체되고 있으나 승용차 대비 1대당 수소 소비량이 큰 트럭과 버스 등이 보급됨에 따라 수요가 증가할 것으로 판단하고 있다.
특히, 장거리 주행용 대형 트럭은 항속거리 등에서 연료전지자동차가 전기자동차(EV)보다 우위에 있으며 2030년 본격 도입될 것으로 예상하고 있다.

 

장비‧설비 시장도 빠르게 성장
수소가스 관련 시장도 빠르게 성장할 것으로 전망된다.
후지경제는 2040년 수소 제조장비 시장이 12조엔(약 113조원)으로 2023년에 비해 1130%, 재생가능 에너지 베이스 그린수소를 생산하는 PEM-전해설비는 5조8000억엔(약 54조6082억원)으로 4400%, 알칼리 전해설비는 3조9000억엔(약 36조7193억원)으로 3350% 확대될 것으로 예상했다.
PEM 전해설비는 알칼리 전해설비보다 설비 도입 코스트가 높은 반면, 유지보수 코스트와 수소 제조효율, 내구성, 공간 절약 성능 등이 우수한 것으로 평가된다. 
10년 이상 안정적인 생산이 가능해 종합 코스트 면에서 우위에 있기 때문에 장기적으로 시장이 크게 확대될 것으로 예상했다.
알칼리 전해설비는 중국과 유럽에서 도입을 확대하고 있다.
중국은 수십MW부터 수백MW 프로젝트를 여러건 진행하고 있으며, 유럽연합(EU)은 높은 기술력을 보유한 장비 생산기업이 많아 MW급 설비 도입을 확대하고 있다. 
수소가스 시장은 2020년대 중반부터 제철, 석유정제, 청정 암모니아 생산 등 산업용을 중심으로 수백MW부터 수KW급 프로젝트가 가동하고 대규모 장비가 도입되면서 코스트다운이 본격화돼 순조롭게 성장할 것으로 예상된다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com, 윤우성 선임기자: yys@chemlocus.com)