수소연료전지차 소개 자동차산업의 패러다임을 바꿀 전기동력기관

화석연료가 고갈 된다면 여러 문제가 발생하겠지만, 우리 실생활에서 가장 크게 영향을 미칠 분야는 자동차산업이라고 생각한다. 그 이유는 지금 우리가 타고 다니는 자동차들이 모두 내연기관을 가지고 있기 때문이다. 가솔린과 디젤이라는 동력원이 고갈되는 순간, 현재 몇 천만원에서 수 억원에 이르는 차들이 모두 쓸모없는 고철덩어리가 될 것이다.

자동차의 배기가스는 지구온난화를 가속화 시키는 핵심 요인 중에 하나이지만, 자동차는 이제 우리 생활에서 없어서는 안 될 한 부분이 되었다. 그렇기 때문에 세계 유명 자동차 회사들은 내연기관을 대신할 동력원 개발에 총력을 기울이고 있는 상황이다.

 

혹시 지난 2015년 폭스바겐 사태를 기억하는가? 세계 자동차산업 최정상의 자리에 있던 폭스바겐이라는 자동차 회사의 신뢰도가 일순간에 무너진 사건이다. 정식 명칭은 디젤게이트이며, 유럽판 도요타 리콜 사태라고 부르기도 한다.

쉽게 말해, 이 사건은 폭스바겐이 디젤엔진 차종의 배기가스량을 조작한 뒤 판매한 사실이 알려져 세계 각국의 정부가 개입하게 된 사건이다. 이 사건으로 인해 국내 평택항 야적장에도 수 만대의 차량이 통관을 받지 못한 채 1년 이상 방치되어 있었으며, 디젤엔진의 환경문제가 다시금 주목받는 계기가 되었다.

내연기관을 대체하기 위한 방법으로 처음 하이브리드가 개발됐고, 이제는 순수 전기차까지 개발됐다. 완전한 대량생산까지는 아니더라도 어쨌든 상용화까지 진행된 상태이다. 모터로만 돌아가기 때문에 소음도 공해도 없다. 하지만 전기차는 충전하는데 시간이 오래걸린다는 가장 큰 단점이 있다. 그 단점을 보완할 수 있는 새로운 방안을 찾다보니 신재생에너지를 활용한 수소연료전지차라는 분야에 도달하게 된 것이라고 생각한다.

그렇다면 자동차산업의 패러다임을 바꿀 전기동력기관이란 무엇인가?

전기동력기관이란 말 그대로 내연기관이 아닌 전기를 동력원으로 사용하는 차량을 뜻하는 것이다. 앞서 언급했듯이 화석연료의 고갈로 가까운 미래에 우리는 내연기관 차량을 탈 수 없게 될 것이다. 이는 결국 자동차산업의 패러다임 전환이 우리가 원하던 원하지 않던 무조건 일어날 것이라는 말이 된다. 어쩌면 이미 일어났다고 볼 수 있겠다. 왜냐하면 벌써 전기차가 상용화 됐고, 그것을 이용하는 사람들이 생겨났으니 말이다.

현재 전기동력기관을 가진 차량은 하이브리드를 제외하면 순수전기차 하나 뿐이지만, 국제 사회가 2020년 상용화를 목표에 둔 수소연료전지차도 여기에 포함된다. 수소연료전지차는 연료로 사용되는 수소가 대기중의 산소와 결합하여 산화하는 과정을 통해 에너지를 발생시키고, 그 에너지를 전기로 변환시키는 배터리를 적용시킨 차량이다. 다가올 수소경제사회에서 가장 핵심적인 자원으로 여겨지는 수소 덕분에 수소연료전지차의 관심 또한 지속적으로 높아지고 있는 추세이다.

전기를 동력원으로 하기때문에 전기차에 속한다고 볼 수도 있지만, 저장된 전기로 구동하는 것이 아니라 전기를 생성해서 구동한다는 점에서 전기차와 차이가 있다. 따라서 전기차를 대체하는 것이 아닌 상호보완관계로 성장할 가능성이 더 높아보인다. 현재 디젤게이트의 여파로 전세계 전기차 수요가 급증하고 있는 상황인데, 심지어 전문가들은 그 속도가 자기들이 예상했던 것보다 10년 정도 빨라질 것 같다고 말했다.

전기차와 수소연료전지차의 특징

전기차의 특징은 차량의 구조자체가 간단하기 때문에 신생기업의 시장 진입이 가능하다는 점이며, 대단지 아파트 주차장 같은 곳에 충전 인프라가 증가하고 있는 것이 장점이다. 하지만 앞서 언급했듯이 리튬-이온 배터리는 에너지 밀도가 낮기때문에 충전하는데 시간이 오래걸리며, 충전시간에 비해 주행거리가 짧다는 단점이 있다.

최근들어 전기차의 원자재 가격이 상승 중인데, 확실한 인프라를 구축하지 못한 상황에서 이 같은 상황은 부담으로 다가올 수 있다. 전문기관에 따르면 전기차를 대량 생산화 하기위한 배터리 셀의 합리적 가격은 대략 100달러 정도로 추정된다. 일례로 GM에 납품하는 LG화학의 배터리 가격이 현재 145달러이므로 적어도 50달러라는 가격을 절감해야만 하는 상황이다.

수소연료전지차의 가장 큰 특징으로는 과거에 비해 원자재의 가격적 부담에서 벗어났다는 점이다. 수소연료전지차에 적용되는 연료전지의 핵심은 촉매제로 사용하는 백금인데, 초기 수소연료전지차에 들어가는 백금의 양은 200g정도였다. 이후 지속적인 연구개발은 기술의 발전으로 이어졌고, 덕분에 2016년 백금 사용량은 11g으로 기존대비 94.5%라는 엄청난 양을 감소시키게 되었다.

또한 완충에 필요한 시간은 현재 내연기관과 비슷한 3분 남짓이며, 1회 완충만으로 600km이상에 달하는 주행을 할 수 있다는 것이 장점이다. 하지만 전기차와 비교했을 때 출력이 낮고, 충전 인프라 구축이 비싸다는 것이 단점이다. 이 부분만 해결한다면 수소연료전지차의 미래는 충분히 밝다고 할 수 있다.

그 이유는 안정성 부분과도 이어진다. 과거 수소폭탄때문에 수소는 폭발력이 엄청날 것이라는 인식이 생겼다. 하지만 이것은 원자로에서 생산하는 중수소이다. 일반적인 수소는 지구상에 존재하는 가장 가벼운 원소로 빠른 확산과 낮은 복사열의 특징을 갖고 있다. 이러한 이유로 수소는 방출되는 순간 사라진다고 보면 된다.

재미있는 예를 하나 들자면, 과거 미국에서 가솔린 차량과 수소연료전지 차량의 연료 누출 실험을 했다. 결과는 어땠을까? 실제 결과는 일반적인 사람들의 인식과 달랐다. 가솔린 차량은 연료가 누출돼서 불이 붙자 1분 정도만에 차량 전체가 활활 타올랐다. 하지만 수소연료전지 차량은 연료가 누출된 부분만 불이 붙었고, 수소의 특징 덕분에 차량 내부에 아무런 피해없이 1분 30초 정도 뒤에 불이 꺼졌다. 이 실험은 결국 지금의 기술력으로 충분히 수소에너지 제어가 가능하다는 것을 입증한 것이라고 생각한다.

현재 전세계 수소연료전지차의 시장은 일본이 선도하고 있다. 도요타의 미라이와 혼다의 클라리티는 이미 출시되어 거리를 누비고 있는 상황이다. 하지만 이것은 지금일 뿐, 앞으로는 어떻게 될지 모르는 일이다. 국내 현대차의 넥쏘와 독일 벤츠의 GLC F-CELL이 출시를 앞두고 있는 상황이므로 조만간 열릴 수소차의 춘추전국시대를 기대해본다.