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・카테고리: Fuel Cell
・일시: 2021년 7월 6일
 
중국의 수소 연료 전지 대형 트럭에 대한 주요 통찰력
 
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수소 연료 전지는 청정 파워트레인으로서 배터리와 이제 막 경쟁을 시작하고 있지만, 대형 부문에서 수소 연료 전지의 잠재력은 업계에서 널리 인정받고 있습니다. 보조금 정책에 의해 촉발된 중국은 2020년부터 연료 전지 대형 트럭(HDT)의 압도적인 힘을 목격했습니다. OEM, 공급업체 및 정부는 모두 다양한 응용 시나리오에서 새로운 차량 모델 및 기술 검증을 위해 협력하고 있습니다.
 
이 기사에서는 중국의 HDT에 중점을 두고 기술 적합성과 정책 지침을 평가하여 현재 시장이 번영하는 이유를 먼저 밝히고 있습니다(최신 보고서 "FC Commercial Vehicles in China 2021" 참조). 논의는 관련 프로젝트에서 요약된 시장 동향에 대한 검토로 이어지며 아직 극복해야 할 중요한 문제에 대한 평가로 마무리됩니다.
 
1. 대중화를 위한 중요 인자  
 
1.1. 대형 트럭은 수소로 동력을 공급받는 이상적인 부문입니다.
 
1) 대형 부문에서 기존 연료를 교체하면 온실 가스 배출을 크게 줄이고 대기 오염을 완화할 수 있습니다.
 
전체 전기화 프로세스는 운송 시스템을 더 친환경적으로 만들기 위해 설계되었습니다. 모든 차량 모델 중에서 대형 트럭은 탄소 발자국과 오염 물질의 가장 큰 기여자입니다. China Mobile Source Environment Management Annual Report(2020)에 따르면, 적은 인구(총 판매의 ~5%)에도 불구하고 디젤 트럭은 항구, 고밀도 트럭 인구가 밀집한 산업 단지와 같은 곳, 특히 중국의 모든 차량 인구에서 NOx 78%PM 배출량의 89.9%에 기여합니다.
 
2) 수소연료전지차는 장거리 및 고 하중 운송에서 배터리 전기차를 능가합니다.
 
전통적으로 대형 트럭에는 100년의 개발 끝에 고객의 요구 사항을 충족하는 것으로 입증된 디젤 내연 기관 기술이 장착되어 있습니다. 따라서 대체 저탄소 기술도 동일한 성능 표준을 충족해야 합니다.
 
  • 범위 및 연료 보급 요구 사항: 일반적으로 HDT의 생산적인 작동에는 가능한 한 적은 수의 정류장이 있는 장거리 운송이 필요합니다. 현재 디젤 HDT 차량의 주행 거리는 1회 주유로 1,000km를 초과하며 완료하는 데 5분이 채 걸리지 않습니다. 경우 수소 연료 전지는 요구 사항을 충족하기 위해 배터리보다 더 큰 장점이 있습니다. 온 보드 수소 저장 덕분에 주행 거리가 훨씬 길어지고 장거리 노선에서 정차해야 하는 횟수가 줄어들어 운영 효율성이 향상됩니다. 예를 들어, NIKOLA TWO 차량 모델의 주행거리는 750 – 1200 km이며 온 보드 수서 저장량은 60-80kg입니다. 트럭과 유사한 탑재량을 가진 전기 자동차의 경우 완전히 충전된 배터리로 200~250km 이상을 주행할 수 없습니다. 또한 배터리 전기 트럭은 몇 시간 동안 충전해야 하지만 FC 트럭의 연료 공급은 20분 미만입니다.
 
  • 적재 중량: 제한된 에너지 밀도로 인해 주행 거리를 늘리는 것은 BEV용으로 훨씬 더 무거운 파워트레인 시스템을 의미합니다. SinoLink의 연구에 따르면 100km 주행 거리를 늘리기 위해 BEV의 경우 800kg 무게가 추가되고 FECV 경우 200kg 미만이 추가됩니다. 이 경우 BEV는 화물 운송에 대한 의존도가 높은 사업이기 때문에 대형 트럭의 필수 문제인 보다 심각한 적재량 손실에 직면하게 됩니다.
 
1.2. 새로운 모멘텀과 함께 이 분야에서 현재 선호되는 연료입니다.
 
HDT에서 연료 전지의 기술적 적합성에도 불구하고, 중국의 시장은 이전에 연료 전지 시내 버스 또는 지역 물류 차량에 의해 점유되었습니다(그림 1 참조). 연료 전지 대형 트럭은 5개 주요 정부 부처에서 업계를 안내하는 새로운 보조금 정책4이 2020년에 발표될 때까지 큰 주목을 받지 못했습니다. 이 정책은 주요 도시 클러스터에서 FCEV 데모 애플리케이션을 지원하기 위한 것이며, 각 차량 유형에는 보조금 할당에 대한 다른 요구 사항과 기준이 제공됩니다(그림 2 참조).
 
 
Figure 1. Fuel Cell Vehicle Sales in China
 
1) 새로 출시된 보조금은 고성능 및 대형 트럭에 유리합니다.
 
대형 트럭은 승용차나 중소 상용차보다 최대 보조금이 높습니다. 또한 80kW 이상 12톤 이상 화물차(총중량이 무거울수록 더 많은 보조금 지급)에 대해 추가 보너스를 받을 수 있습니다. 재정 지원을 통해 HDT 부문은 정책 실증 기간(2020-2023년)에 규모가 커질 것으로 예상됩니다.
 
Figure 2. Subsidy Snapshot for Related Vehicle Types 
 
2) 2021년 차량 모델은 보조금 정책과 고도로 일치
 
새로운 보조금 정책은 업계에서 빠른 반응을 얻고 있습니다. 이 기사에서는 NEV 권장 카테고리5에 등록된 모델을 보조금 전후로 비교합니다(그림 3 참조). 중국에서 공식적으로 출판된 문서로서 이 카탈로그는 시장 동향을 보여주기 위해 주요 OEM의 최신 차량 모델을 자주 게시합니다. 여기에서 2020년 대 2021년 비교는 트럭 부문의 정격 출력이 75% 증가하고 총 질량이 더 높은 더 많은 모델의 출현을 보여줍니다. 대형 트럭은 대형 버스보다 더 많은 추진력을 얻습니다. 대부분 추가 재정적 보너스를 받을 수 있기 때문입니다.
 
 
Figure 3. 2020 vs 2021 comparison for vehicle models in the NEV recommended catalogue
 
 
2021년 차량 모델을 자세히 살펴보면(그림 4 참조) 대형 상용차가 실제로 2021년 권장 카탈로그에서 대다수를 차지함을 알 수 있습니다. 대부분의 차종은 50kW 이상에서 보조금을 받을 수 있으며, 대형트럭은 최대 보조금을 받을 수 있는 110kW로 향하는 경향이 뚜렷합니다.
 
 
Figure 4. Vehicle models in 2021 NEV recommended catalogue 
 
2. 시장 현황
 
플레이어가 이 부문으로의 시장 진입을 가속화하는 동안 스택/시스템 공급업체, 차량 제조업체 및 HDT 고객의 세 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. 현재 거의 모든 주요 대형 트럭 OEM이 기존 비즈니스 부문을 기반으로 연료 전지 산업에 진출했습니다. (중국의 FC 대형 상용차 주요 OEM 보고서(2021) 참조). 그들은 일반적으로 연료 전지 공급업체와 긴밀하게 연결되어 있으며 후자는 자회사(예: SAIC, SHPT; Weichai; Feichi, SinoSynergy) 또는 전략적 파트너(Foton, SinoHytec)입니다.
 
연료 전지 HDT에 대한 현재 프로젝트는 고객, 판촉 어려움 및 시장 잠재력 등이 다른 세 가지 주요 응용 시나리오를 나타냅니다(그림 5의 개요 참조).
 
  1. 공공 서비스: 연료 전지 대형 트럭은 일반적으로 고정 경로, 느린 속도 및 짧은 일일 작동 마일리지로 위생(청소부, 스프링클러, 쓰레기 및 먼지 제거 트럭) 또는 도시 건설(쓰레기 및 혼합 트럭)에 사용할 수 있습니다. 대부분의 경우 이러한 차량은 위생 또는 기계 차량을 전문으로 하는 OEM에서 제조하여 정부 기관이나 국영 기업에 판매됩니다. 공공 부문에서의 사용은 프로모션 난이도를 낮추고 HDT를 시작하기에 이상적인 응용 시나리오로 만듭니다. 그러나 특히 BEV 경쟁에 직면할 때 공공 예산의 제약을 받을 수도 있습니다.
 
  1. 밀폐된 지역: 연료 전지 HDT는 연료 보급 인프라에 대한 수요가 낮은 항만, 산업 단지/공장, (석탄) 광산 등과 같은 밀폐된 지역에서 사용할 수 있습니다. 차량 운영은 먼저 항만 물류, 철강, 광업 등 분야의 기업에 서비스를 제공합니다. 이러한 고객은 우선 운송을 위한 대형 차량을 갖추고 있으며, 특히 배출 압력에 직면하여 FC 차량으로 더 쉽게 변환될 수 있습니다. 또한 이들 중 일부(예: 석탄, 철강 회사)는 차량에 동력을 공급하고 폐쇄 루프를 생성하기 위한 부산물 수소 자원을 보유하고 있습니다. 이 시나리오에서 일부 확장까지의 신규 주문은 상용화의 시작을 의미합니다. 2B 고객은 시연뿐 만 아니라 수익성 있는 비즈니스 운영을 위해 차량을 운영하기 때문에 대규모 채택이 더 합리적입니다.
 
  1. 중/장거리 운송: FCEV는 BEV보다 주행 거리가 길기 때문에 이 적용 시나리오에서 이점이 있습니다. 그러나 효율적인 운영을 위해서는 시·도에 걸쳐 충분한 충전소가 뒷받침되어야 하기 때문에 건설에 시간이 걸리고 다소 중 장기적인 대안이 될 수 있습니다. 현재 사용 가능한 프로젝트는 일반적으로 수소 특구가 건설 중인 지역(예: Yangtze River Delta 또는 Sichuan-Chongqing)에서 다른 시나리오에 비해 제한적입니다.
 
  
Figure 5. Application Scenarios and Player Overview
 
3. 중요 이슈
연료 전지 HDT의 활용과 함께 중국에서 이 기회를 최대한 활용하려면 기술 및 경제적 문제를 해결해야 합니다.
 
3.1. 기술
승용차와 달리 대형 트럭은 더 무거운 적재물을 끌어당기고 연속 작동으로 장거리를 이동하는 데 사용됩니다. 이 작동 기능에는 더 많은 양의 출력과 토크, 더 긴 내구성, 연료 전지 시스템의 더 높은 효율성, 더 고급 저장 기술이 필요합니다.
 
  • 시스템 성능과 내구성은 성능 표준을 충족하기 위해 중국에서 뒤처지는 두 가지 주요 영역입니다. 현재 연료전지 시스템의 평균 범위는 30~60kW이며, 수명은 약 10,000시간입니다. NEV 로드맵 2.0에 따르면 중국의 2030/35 목표는 정격 전력 180kW 이상, 내구성 30,000시간 이상으로 기존 ICE에 더 가깝습니다. 여기에 언급된 로드맵은 지침을 제공하기 위해 정부에서 지정한 업계 전문가 집단에 의해 공식화되었습니다. 대부분의 목표가 로드맵 1.0에서 실현된다는 점을 감안할 때 로드맵 2.0의 목표는 어떻게든 미래 전망에 대한 참조를 제공할 수 있습니다.
  • 현재 약 500km의 마일리지는 장거리 운송을 위해 ICE를 벤치마킹할 수 없습니다. 압력을 35MPa에서 70MPa 높이거나 기체에서 액체 수소로 변경하거나 Type IV 탱크와 같은 새로운 재료를 개발하여 보다 효율적인 온 보드 수소 저장 방법이 개발됩니다.
35MPa Type III 탱크는 현재 중국의 FCEV 부문에 널리 적용되고 있으며 70MPa 탱크는 향후 적용을 위해 테스트 검증 중입니다. 반대로 Type IV 탱크는 더 높은 저장 용량, 더 낮은 무게 및 비용, 더 긴 수명/주기로 HDT에 대한 유망한 기술을 나타내는 보다 진보된 기술을 나타냅니다. 중국의 일부 회사는 때때로 국제 기업과 협력하여 제품 R&D를 시작했습니다.
저장 용량이 더 큰 액체 수소는 주행 거리를 효과적으로 늘릴 수 있습니다. 그러나 예를 들어 액체 수소가 민간용으로 운송될 수 있는 경우나 이용 가능한 불충분한 국가 표준으로 인해 다른 규제 요인으로 인해 개발이 제한됩니다.
 
3.2 경제성
최대 보조금으로 FC HDT는 특히 수소 자원이 풍부하고 정책 지원이 유리한 지역에서 비용 면에서 유사한 디젤 트럭과 경쟁할 수 있습니다(그림 6 참조).
 
 
Figure 6. Economic competitiveness provided by the subsidies 
 
정책 시연 기간의 유사한 비용은 차량 인구를 효과적으로 증가시킬 수 있습니다. 현재 FCEV 시장은 매우 제한적이기 때문에 규모가 커지면 비용이 더욱 낮아질 것입니다. 또 다른 촉진요인은 국내 부품 공급 증가입니다. GDL, 촉매, PEM 등의 핵심소재 분야에서는 추가적인 원가절감을 위한 신기술 개선이 기대됩니다. 로드맵에 따르면 2030/35년까지 100만 대의 FCEV가 중국에 배치될 것으로 예상되는 반면, 대형 트럭의 비용은 그때까지 ICE 벤치마킹을 위해 지속적으로 감소됩니다. 시장 점유율이 25%라고 가정하면 대형 부문의 시장 잠재력은 250,000대에 달할 것입니다.
 
결론
엄청난 배출량으로 인해 청정 기술로 중장비 부문을 혁신하는 것은 중국이 탄소 중립 목표를 달성하는 데 전략적 의미가 있습니다. 정책 지침 덕분에 수소는 처음에는 도시 서비스 및 중공업 고객을 위한 애플리케이션 프로젝트와 함께 중장비 부문에서 막 출발했으며 장기적으로는 장거리 운송으로 전환됩니다. 그러나 유망해 보이는 기술에도 불구하고 상용화 과정에는 여전히 장애물이 남아 있다. 차량 자체의 경우 배터리 교체 기술과의 경쟁이 연료 전지의 충전 및 주행 거리 이점을 상쇄할 수 있습니다. 수소 공급의 경우 공정에서 축적된 비용으로 인해 수소가 기존 연료에 비해 이점이 없으며 비용 절감 방법이 모호합니다. 중장비 부문에서 수소를 실행 가능한 옵션으로 만들기 위해서는 아직 갈 길이 멉니다.
 
이 문제에 대한 자세한 정보는 보고서를 참조하세요 <Market  Research of FC Large Commercial Vehicles> & <Major OEMs in China>
 
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Reference: 
1. China Mobile Source Environment Management Annual Report (2020)
2. Nikola. The case for HD fuel cell and large scale hydrogen roll-out
3. SinoLink Securities. 2020.11 When will fuel cell reach comparable cost: A two-stage growth model driven by policy & cost 
4. MIIT 2020.9 Notice on the Development of Fuel Cell Vehicle Demonstration Applications
5. MIIT. The Catalogue of Recommended Models for New Energy Vehicle Promotion and Application 新能源汽车推广应用推荐车型目录
6. China Society of Automotive Engineers. Technology Roadmap for Energy Saving and New Energy Vehicles 2.0 节能与新能源汽车技术路线图2.0
7. China EV100 China’s hydrogen industry development report 2020 
 
 
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