포스트 beta

최근 포털사이트 실시간 검색어에 ‘수소차’라는 키워드가 등장한 적이 있었습니다. 하지만 수소연료전지자동차, 혹은 수소연료 전기차에 대한 대중들의 인식은 아직 부족한 편인데요. 이번 포스팅에서는 아직까지 조금은 생소한 수소연료 전기차의 특징과, 현대자동차의 수소연료 전기차를 비롯한 수소연료 전기차의 현황과 미래에 대해 알아보겠습니다.

수소전기차, ‘수소’ 아닌 ‘전기’에 포인트가 있다?
수소는 지구상에 존재하는 원소 중 가장 가벼운 원소입니다. 사실 지구뿐만 아니라 태양에도 원자 상태의 수소가 존재하고, 토성이나 목성 등 기체 행성의 핵 근처에는 고체 상태의 수소도 존재하는 등 수소는 우주 공간 전체에 무궁무진하게 분포하고 있다고 할 수 있습니다.
 
현재 수소차라고 부르는 차량의 경우 정확히 표현하자면 '수소연료전지'를 이용한 전기자동차입니다. 연료전지는 화학 변화로 일어나는 에너지를 전기 에너지로 바꿉니다. 일정한 용기 속에 전극과 전해질을 수납해 화학 반응을 일으키는 화학전지와 달리, 외부로부터 산소와 수소를 계속 공급하는 것이 엔진에 연료를 공급하는 것과 비슷하다고 하여 연료전지라고 부릅니다. 결국 이 전기의 힘으로 모터를 구동하고, 그 힘을 바퀴에 전달하므로 ‘수소’+‘연료전지’+‘전기차’(Fuel Cell Electric Vehicle, 이하 수소전기차)인 것입니다.

그렇다면 차량에 필요한 수소는 어떻게 구할 수 있을까요? 우선 압축 수소를 저장할 수 있는 탱크를 따로 두는 방법이 있습니다. 그러나 수소는 단위 체적당 압축률이 낮습니다. 따라서 효율성이 떨어지고, 많은 수소를 저장하려면 탱크 크기를 확보하기 위해 차량 크기도 함께 증가해야 합니다. 또 한 가지는 메탄올을 분해하는 방식입니다. 이 과정에서 일산화탄소, 탄화수소 및 질소산화물 등이 배출되지만 기존 차량 대비 발생량은 매우 낮습니다.

수소연료전기차, 왜 필요하게 되었을까?
수소연료전지에 대한 기초적 개념은 자동차가 생기기 전에도 있었습니다. 그러나 이를 실질적으로 탈 것에 적용하려는 시도는 20세기 중반이 되어서야 나타나기 시작했습니다. 1959년 앨리스-차머스라는 중공업 기업이 농기계에 이를 선보이기도 했지만, 본격적인 발전은 미국과 구 소련의 냉전 시기, 각 진영 군사력의 대리전 양상으로 번진 우주 개발 경쟁에서 고도화되었습니다. 미항공우주국은 유인 우주선 및 달 착륙 시험 시 연료전지 기술을 시험하기도 했습니다.

연료전지 기술이 처음 자동차에 적용되기 시작한 것은 1960년대 미국입니다. 물론 시험 단계였지만, ‘양자교환막’ 방식의 수소전기차로 최고 70마일 정도의 속도를 내는 데 성공했습니다. 참고로 이 방식은 전자는 통과하지 못하고 양자만 통과하는 얇은 플라스틱 필름 전해질 막을 사용하는 방식인데, 이로 인해 양극에서는 수소 이온이 나오고 음극에서는 산소가 양성자 및 전자를 만나며 물과 열을 만들어냅니다. 이 때 발생하는 열로 전기에너지를 발생시키는 방식인 것입니다.

수소를 직접 저장하는 방식의 연료전지를 이용한 자동차는 1990년대 초 선보였습니다. 1990년대에 수소연료전지는 비약적으로 발전하기 시작합니다. 환경오염에 대한 전 지구적 경각심을 강조하는 목소리가 커졌고, 중동지역의 잦은 전쟁은 대체 에너지 개발의 필요성을 환기시켰습니다.

따라서 지금의 수소연료전지 ‘붐’은 사실 2차 붐인 셈입니다. 세계 주요 산업국가의 정부는 2020년까지 연비와 배출가스 내 오염물질에 대해 강도 높은 규제를 예고하고 있습니다. 그러나 석유를 활용한 엔진으로 이러한 목표를 이루는 데 한계가 있기에, 각 제조사들은 예전보다 더 하이브리드나 전기자동차에 사활을 걸 수밖에 없는 상황입니다. 

전세계적으로 봤을 때 2017년은 수소전기차 발전사에 있어 전환점으로 기록될 가능성이 큽니다. 전세계의 자동차 제조사들이 수소전기차의 현실화에 다가선 결과물을 속속 내보이고 있는 까닭입니다. 

세계적인 흐름으로 봤을 때, 수소전기차의 상용화에 가장 가깝게 다가선 제조사는 현대자동차입니다. 이미 현대자동차는 2001년 미국에서 싼타페 수소전기차의 개발에 성공했고, 지난 2003년부터 미국의 연료전지 제조사와의 협업을 시작하여 2004년 말, 투싼 2세대를 기반으로 한 수소전기차의 시험 주행에 돌입했습니다. 또한 2000년대 중반에는 관용차를 중심으로 투싼 수소전기차를 시험 보급하기도 했습니다.

물론 2세대 투싼 기반의 차량은 8,000만 원대의 고가로, 일반 투싼의 4배 가격에 달했습니다. 이는 반드시 극복해야 하는 과제였습니다. 수소전기차가 비싼 까닭은 여러가지인데 우선 차량 1대당 약 70g 정도가 사용되는 백금 촉매를 비롯해, 전지 기술은 물론, 저장 장치와 내구성 구현 등이 다양한 어려움으로 작용한 것입니다.

그러나 현대자동차는 연료전지의 성능 및 수소이용률의 업그레이드, 부품의 고효율화를 통해 '차세대 수소전기차' 시스템 효율 60%를 달성, 기존 55.3% 대비 약 9% 향상시켰고, 막전극접합체(MEA)와 금속분리판 기술 등 고부가가치 기술을 독자화했습니다. 또한 핵심부품의 일괄 생산체계도 갖추어 실제 생산단계에서의 단가도 줄일 수 있었습니다.
 
SUV 타입으로 구현되었으며, 쏘나타 자연흡기 2.0리터 엔진과 비슷한 163hp의 최고출력을 발휘하는 수소전기차는 1회 충전 시 580km를 순항할 수 있습니다. 또한 완충에 기본 수십 분의 시간이 걸리는 일반적인 전기차와 달리, 수소 전기차의 완충에 걸리는 시간은 수 분입니다. 여러모로 경제적인 이 자동차는, 정부와 지방자치단체에서 지급하는 수소전기차 구매 보조금을 받을 경우 가격이 3,000만 원대 초반에서 최저 2,000만 원대 후반으로 줄어든다고 합니다. 또한 고속도로 통행 요금도 50% 감면된다고 하니 개별 운전자 입장에서 충분히 장점이 있는 셈입니다.

전기 쓰는 자동차에서 전기 만드는 자동차로?
최근 현대자동차가 서울시와 함께 여의도 한강공원에 ‘수소전기하우스’를 설치하고 운영하고 있습니다. 이곳에는 세 대의 수소전기차 차량이 있습니다. 이 두 대의 자동차는 전기를 쓰기만 하는 것이 아니라 만들어내기도 합니다. 수소연료전지 자동차이기에 가능한 것입니다. 실제 전시관 앞의 발광 정원 등도 수소전기차가 만들어내는 전기로 밝히고 있습니다. 이러한 트렌드는 세계적입니다. 

수소전기차의 전망을 이야기할 때 가장 많은 이들이 우려하는 부분이 수소 생산 및 충전 인프라에 대한 사안입니다. 정부는 2020년까지 수소전기차 1만 대를 보급한다는 목표를 갖고 있습니다. 이미 울산 등지에서는 공장에서 발생하는 부생 수소를, 서울 상암동 일대에서는 매립지에서 나오는 메탄가스와 이산화탄소를 분해하는 방식으로 수소를 공급하고 있습니다. 아직 가야 할 길에 비해 시간이 촉박한 것은 사실입니다. 그러나 수소전기차의 연구에 가속도가 붙은 만큼, 수소 생산 및 충전 인프라 역시 그리 오래지 않은 시간 안에 확충될 것으로 기대를 모으고 있습니다.

수소전기차는 시작 단계를 넘어 막 상용화의 길에 들어섰습니다. 앞으로도 해결해야 할 과제는 남아 있지만, 이는 과거와 달리 얼마나 그 상품적 가치를 높이고 다양한 편의를 제공할 수 있는가 하는, 현재의 양산차 개발과 같은 고민이 될 가능성이 큽니다. 달릴수록 세상을 깨끗하게 만드는 자동차, 수소전기차의 활약은 2018년부터 본격화될 예정입니다.

지금까지 최근 자동차 업계에 핫 키워드로 떠오른 지금까지 최근 자동차 업계에 핫 키워드로 떠오른 ‘수소차’의 이모저모에 대해 살펴보았습니다. 더이상 상상 속의, 혹은 먼 훗날에나 만들어질 무형의 자동차가 아니라는 점에서 우리 모두 수소차에 대해 조금 더 관심을 가질 필요가 있어 보이는데요. 포스팅을 읽고 수소차가 만들어나갈 미래가 궁금해 지셨다면 이번 주말, 여의도 한강공원에 마련된 '수소전기하우스'를 한번쯤 방문해보시는 것은 어떨까요?