New Energies, new possibilities

～水素不要かつ約100℃未満の低温反応で、安価で安全なCO生成の実現へ前進～

5년간 준비한 ‘14차 계획’ 결실, 한국 기술 뛰어넘은 ‘메이드 인 차이나’
연 100만 톤 수소제철 상업화, 포스코 앞선 세계 최초 기록
30MW급 세계 최대 수소전소 가스터빈 운영 개시
유럽 2배 규모 ‘메가 수소충전소’ 완공, 매일 300대씩 충전

한국이 수소 분야 실증 단계에 머물러 있는 사이, 중국은 이미 ‘메가 스케일’ 상업화 시대를 열었다. 2025년 마침표를 찍은 중국의 제14차 5개년 계획은 ‘세계 최초’와 ‘세계 최대’ 타이틀을 갈아치우며 압도적인 결과물로 수소 굴기의 실체를 입증하고 있다.

거대 자본과 내수 시장을 무기로 글로벌 수소 패권을 거머쥐려는 중국 수소산업의 현주소를 짚어본다.

세계 첫 100만 톤급 수소환원제철 개시

중국바오우강철그룹(China Baowu Steel Group)이 지난해 말, 광둥성 잔장시에 위치한 제철소에서 연 100만 톤 규모 수소환원제철 설비의 상업 운전을 세계 최초로 개시했다.

일반적인 고로제철에는 환원제로 코크스를 사용해 대량의 이산화탄소가 발생한다. 하지만 잔장 제철소는 수소 기반 전기제철 공정을 도입, 환원제로 수소를 써서 이산화탄소가 아닌 수증기가 배출된다.

이 기술의 핵심 설비로 연 100만 톤급 수소환원 샤프트 환원로를 꼽는다. 제철용 펠릿이 위에서 아래로 내려가며 가열·환원되는 원리로, 직접환원철(DRI)의 품질을 좌우하는 목표 금속화율(Target Metallization Rate)을 높여 고급 철강을 제조한다.

이 시설에서는 환원철을 고급 슬래브로 가공하는데, 기존 용광로 방식과 비교해 탄소배출량이 50~80% 정도 감소한다. 환산하면 연간 346만 톤 이상의 탄소 배출을 절감할 수 있다. 잔장 제철소는 수소환원 DRI–전기로 제강–연속주조 과정을 수행하는 일관제철소로, 완성된 슬래브는 압연공정을 거쳐 강판으로 만들어진다.

이번 상업 운전은 중국의 제14차 5개년 계획에서 철강산업의 녹색전환을 대표한다. 축적된 기술을 바탕으로 중국은 EU의 탄소국경조정제도(CBAM) 등 무역규제를 우회하고 자동차·첨단 제품용 저탄소 강재 시장의 경쟁력 강화를 추진하고 있다.

포스코에서도 수소환원제철 기술을 개발하고 있지만, 2030년 상용화를 목표로 한다. 샤프트 환원로가 아닌 유동환원로를 통한 하이렉스(HyREX) 기술을 개발 중이다. 가공 펠릿이 아닌 철광석 분광을 원료로 사용해 원가를 낮추고 생산 효율을 높일 수 있다.

30MW급 세계 최대 수소전소 가스터빈 가동

중국 네이멍구 자치구 오르도스시에 위치한 에투오커 첨단 산업개발단지에서 30MW급 100% 수소 연소 가스터빈 가동이 시작됐다.

중국의 밍양스마트에너지(Mingyang Smart Energy)는 지난해 12월, 세계 최대 규모 수소연소 가스터빈 주피터-1(Jupiter-1)이 성공적으로 점화됐다고 발표했다. 단일 유닛 용량으로는 세계 최대 규모로, 수소전소 가스터빈 시스템의 안전 기준을 모두 달성했다고 밝혔다.

수소 연소는 △잦은 역화(Back Fire) 발생 △강한 연소 진동 △질소산화물(NOx) 배출 등 3대 기술적 난제로 운용이 어렵다. 밍양스마트에너지는 가스터빈용 마이크로 예혼합(Micro-Premixed) 저배출 연소 기술을 개발해 수소전소 가스터빈 연소기를 설계하고 제어하는 기술을 완성했다.

이는 가스터빈과 증기터빈을 결합한 복합발전 방식으로 48MWh의 전력을 생산할 수 있다. 매일 약 5500가구에 공급할 수 있는 전력량이다.

이 프로젝트는 그린수소 생산·저장 시설과 연계한 발전 방식으로 네이멍구의 풍부한 재생에너지의 단점을 보완한다. 재생에너지의 간헐성을 보완해 전기 부족 시에 수소를 활용해 전기를 생산한다.

가스터빈과 연계한 시설도 잘 갖추고 있다. 240MW에 이르는 전해조, 총 2만2500㎥ 규모의 구형 저장탱크 12기 외에도 풍력 발전 500MW, 계통 외(Off-Grid) 태양광 발전 5MW와 연간 15만 톤을 생산하는 그린암모니아 플랜트를 포함하고 있다.


한국에서는 두산에너빌리티가 가스터빈 개발에 성공했다. 작년에는 미국 빅테크 기업에 380MW급 가스터빈 2기 공급 계약을 체결한 바 있다. 현재 수소혼소 발전 기술을 보유하고 있고, 2030년 이후 400MW급 수소전소 가스터빈 개발과 상업 운전을 목표로 하고 있다.

하루 10톤 세계 최대 수소충전소 시운전

중국 신장 위구르 자치구 하미시에 위치한 일 10톤급 쉬안리 수소충전소가 완공돼 시운전에 나섰다. 이 수소충전소는 수소생산·충전 통합시설로, 수소생산과 수소충전이 1만9500㎥ 규모의 단일 부지에서 이루어지는 대형 상용차 중심의 수소 인프라 시설이다.

하루에 약 300대 차량을 충전할 수 있는 최대 10톤 규모의 수소충전 시설로, 연료전지 대형 트럭을 동시에 최대 8대까지 충전할 수 있다. 2025년 개장한 독일의 뒤셀도르프 H2 모빌리티 스테이션 설비가 기존 최대 규모로 하루 5톤 충전, 동시에 3대 충전이 가능한 것과 비교된다.

충전시설에 설치된 핵심 수소 설비와 통합 시스템은 하이드리슨테크(Hydrosis Beijing Technology)가 공급해, 영하 40℃까지 떨어지는 신장 지역의 극단적인 추위에도 안정적인 운전이 가능하도록 설계됐다.

이곳의 수소저장시설에는 인접한 석탄 가스화 시설에서 생산한 블랙수소가 공급될 예정이다.

쉬안리 수소충전소는 중국 서북부 지역 무공해 화물 운송 전환과 ‘쌍탄소 전략’ 실행을 뒷받침하는 상업 규모 수소 인프라 사례로 평가된다. 중국은 제14차 5개년 계획에서 쌍탄소 전략(이중 탄소 목표)을 내세웠는데, 이는 2030년 탄소 배출 정점을 지나 2060년에 탄소중립을 달성한다는 국가 기후 전략이다.

그린스틸부터 수소전소 터빈까지…중국, 수소 굴기로 ‘세계 최대’ 싹쓸이 < 시장 < NEWS < 기사본문 - 월간수소경제

Dongguk University Develops a New Way to Produce Cheaper, More Efficient Green Hydrogen

Researchers develop a new synthesis method for metal-single atom catalysts that dramatically boost electrolysis-based hydrogen production

SEOUL, South Korea, Jan. 20, 2026 /PRNewswire/ — Among clean energy sources, hydrogen (H2) has emerged as the preferred energy carrier, boasting a high calorific value and net zero carbon emissions. Proton-exchange-membrane water electrolysis (PEMWE) is a promising, clean and efficient method that produces high purity H2 with only oxygen as a by-product. Combined with renewable electricity sources, this method can contribute to sustainable H2 production.

In recent years, metal single-atom catalysts (M-SACs) have attracted growing attention for PEM water electrolysis. Because each metal atom acts as an active catalytic site, these materials use precious metals far more efficiently than conventional catalysts, potentially lowering costs while improving performance. However, in high-density M-SACs, which are most favourable for PEMWEs, metal atoms tend to aggregate either during synthesis or electrolysis, reducing both catalytic activity and durability.

To address this issue, a research team led by Assistant Professor Jitendra N. Tiwari and Professor Young-Kyu Han from the Department of Energy and Materials Engineering at Dongguk University in South Korea have developed an innovative synthesis method for M-SACs.

Dr. Tiwari, explains:

Our technique utilizes metal hydroxides as sacrificial templates, co-reducing them in a two-step high-temperature heat-treatment process,

“This process effectively prevents the aggregation of metal atoms due to steric hindrance, creating atomically dispersed metal single-atom catalysts.” Their study was made available online on October 28, 2025 and published in Volume 168 of Materials Science & Engineering R in January 2026.

Using β-nickel hydroxide (β-Ni(OH)₂) as the template, the researchers synthesized platinum (Pt)-based single atom catalysts called β-PtSAsS800 and β-PtSAsS850. In the process, a dried mixture of β–Ni(OH)2, Pt precursors, and dicyandiamide, was subjected to pyrolysis at 850°C or 800°C under a nitrogen atmosphere. The β–Ni(OH)2 template limits the mobility of metal ions in the mixture, while dicyandiamide provides carbon (C) and nitrogen(N). The final structure of the catalysts consists of single Pt atoms bonded to N atoms, atomically dispersed on graphitic nanosheets.

The synthesized catalysts demonstrated outstanding catalytic performance, with β-PtSAsS850 achieving an extraordinarily low overpotential of 15 millivolts and turnover frequencies 72–78-fold higher than commercial Pt/C catalysts. The material also demonstrated impressive durability, maintaining its structure and performance for more than 10 days of continuous testing. Notably, the β-PtSAsS850-based PEMWE system surpassed the U.S. Department of Energy 2026 target, indicating its potential for industrial applications. It also demonstrated robust performance for over 200 hours.

Theoretical calculations and experiments showed that this enhanced performance is due to the PtN2 catalytic sites within graphitic sheets, which significantly lower the energy barrier for hydrogen production. The researchers also synthesized M-SACs with other metals like iridium, palladium and ruthenium, demonstrating the generalizability of the approach.

Prof. Han, concludes:

Our strategy offers a new way for synthesizing highly active M-SACs, valuable for developing highly efficient energy conversion and storage devices,

“Moreover, the excellent performance of the synthesized catalysts in electrolysis could help make hydrogen more economically competitive with fossil fuels for the first time. In the long term, this will accelerate hydrogen adoption, contributing to the fight against climate change.”

Dongguk University Develops a New Way to Produce Cheaper, More Efficient Green Hydrogen - Hydrogen Central

지금껏 수소 에너지의 '엔진'인 촉매는 귀금속을 비효율적으로 쓰고, 수명이 짧다는 한계가 있었다. 이런 가운데 한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 기존 알갱이 대신 종이처럼 얇은 시트 구조를 도입한 '형태의 혁신'으로 귀금속 사용량을 줄이면서 수소 생산 및 연료전지 성능을 동시에 높였다.

KAIST는 조은애 신소재공학과 교수팀이 이같은 성과를 거뒀다고 21일 밝혔다.

연구팀은 알갱이처럼 뭉쳐 있던 촉매를 종이처럼 얇게 펼쳐, 수전해 촉매로는 지름 1~3마이크로미터(㎛), 두께 2나노미터(㎚) 이하 초박막 이리듐 나노시트를 개발했다.

초박막 나노시트 합성 모식도와 제작 촉매 투과전자현미경 이미지

이로써 같은 양 이리듐으로도 반응 참여 면적을 크게 늘리고 적은 금속으로도 더 많은 수소를 만들 수 있게 됐다. 또 기존에는 전기가 잘 통하지 않아 촉매 지지체로 활용이 어려웠던 산화티타늄(TiO₂) 위에 초박막 나노시트기반 '전기가 다닐 수 있는 길'을 만들었다. 이에 TiO₂도 안정적인 촉매 받침대로 사용할 수 있게 됐다.

그 결과, 해당 촉매는 상용 촉매 대비 수소 생산 속도가 38% 향상됐으며, 실제 산업 현장에 가까운 고부하 조건(1A/㎠)에서도 1000시간 이상 안정적으로 작동했다. 특히 이리듐 사용량을 기존보다 약 65% 줄인 조건에서도 상용 촉매와 동일 성능을 보였다.

연구팀은 이 전략을 연료전지 촉매에도 적용했다. 이 촉매는 백금 질량당 성능이 상용 촉매 대비 약 13배 향상됐으며, 실제 연료전지 셀에서도 약 2.3배 높은 성능을 기록했다. 또 5만 회 가속 내구성 시험 이후에도 초기 성능 약 65%를 유지해 뛰어난 내구성을 입증했다. 백금 사용량을 약 60% 줄이고도 동일한 성능을 구현했다.

조은애 교수는 “값비싼 귀금속을 훨씬 적게 사용하면서도 수소 생산과 연료전지 성능을 동시에 높일 수 있는 새로운 촉매 구조를 제시했다”며, “이번 연구는 수소 에너지의 비용을 낮추고 상용화를 앞당기는 데 중요한 전환점이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 두 편 논문으로 발표됐는데, 이리듐 나노시트 연구는 신동원 박사과정이 제1저자로 참여해 ACS 나노에, 백금-구리 나노시트 연구는 이상재 박사 및 양현우 박사과정이 공동 제1저자로 참여해 나노 레터스에 게재됐다.

'종이처럼 펼친 촉매 적용' KAIST, 초박막 수소 생산 및 연료전지 성능 동시 높여 - 전자신문