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수소에너지가 궁금한 당신에게 -1
수소전기차는 자동차의 미래일까?

2019-09-06

탈탄소화를 위한 거대한 움직임을 일으킨 ‘친환경’, 대안으로 제시된 수소에너지와 연료전지 그리고 수소전기차에 대해 알아본다.

천문학적인 비용, 긴 시간과 수많은 인력의 투자. 수소전기차를 만들기 위해서 필요한 것들이다. 그럼에도 불구하고 수소전기차는 시장에 등장했다. 왜 수소전기차가 필요할까? 이에 대한 대답은 단순히 수소전기차의 성능이나 경제성 등만으로 접근하기엔 무리가 있다. ‘왜 수소전기차인가’에 대한 물음의 답은 ‘수소에너지란 무엇인가’에서부터 시작해야 한다.

화석연료 시대의 끝에서

화석연료는 여전히 전 세계의 주 에너지원이지만, 각종 환경 문제로 인해 친환경 에너지로의 전환하는 시도가 지속적으로 이뤄지고 있다

현재 전 세계 화석연료 에너지 의존도는 약 85%로 절대적이다. 화석연료의 효율성이 과거부터 현재까지 세계를 더 편리하고 부유하게 만들었음에 이견을 달 사람은 없다. 하지만 화석연료 사용으로 인한 각종 환경 문제, 자원 고갈 문제 등으로 세계는 점차 탈 화석연료를 위한 움직임을 보이고 있다. 특히, 대부분의 국가에서 태양열이나 풍력 같은 친환경 재생에너지로의 전환에 관심을 기울이고 있다. 산업통상자원부가 발간한 재생에너지 계획에 따르면 우리나라 역시 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20%로 늘리겠다는 계획을 갖고 있다.

하지만 자연을 이용한 재생에너지는 치명적인 단점이 있다. 태양열을 예로 들면 밤이나 흐린 날은 생산성이 떨어지고, 지역마다 편차가 있을 수 있다. 풍력도 마찬가지다. 즉, 친환경 재생에너지는 간헐적이고 경직된 에너지다. 이는 필연적으로 잉여 전력 혹은 전력 부족 현상을 야기한다. 에너지 안보의 관점에서 보자면 낙제점에 가깝다. 이 문제를 해소하기 위해서는 친환경 재생에너지로 생산한 전력이 남았을 때 이를 저장해두었다가 부족할 때 꺼내 쓸 수 있는 기술이 필요하다. 세계가 수소에너지에 주목하는 이유다.

수소와 연료전지

재생에너지로 생산된 전력으로 수소를 만들면, 저장과 운송을 효율적으로 할 수 있다

학창시절 과학 수업을 잠깐 떠올려보자. 수소는 산소와 만나 물이 된다. 이때 화학 반응이 일어나며 전기에너지를 생성한다. 반대로 물에 전기에너지를 더하면 수소와 산소로 분해된다. 이 간단한 화학식이 수소에너지의 핵심이다. 남는 전기에너지는 물을 분해해 수소로 만들어 저장할 수 있고, 에너지가 부족할 땐 저장해둔 수소를 산소와 반응시켜 전기에너지를 생산할 수 있다. 또한 수소는 고압으로 압축하거나 액화할 수 있어 저장과 운송에 용이하다. 즉, 수소가 친환경 재생에너지의 단점을 극복하는 열쇠인 것이다.

물론 쉬운 일은 아니다. 과학수업에서 배운 화학식만 안다고 끝날 일이었다면 인류는 이미 에너지 문제로부터 해방됐을 것이다. 수소에너지가 제 역할을 하기 위해서는 수소 생산과 저장, 운송에 대한 기술이 뒷받침되어야 하고, 저장된 수소를 전기에너지로 변환시켜주는 연료전지 개발이 필수다.

연료전지는 수소를 활용해 전력을 생산한다

수소와 산소로 전기에너지를 생산해내는 연료전지는 1965년 미국의 우주선 제미니 5호에 적재돼 우주선 내 전력과 식수를 공급하면서 주목받기 시작했다. 이후에도 우주 분야에서 연료전지의 활용도는 높았지만, 높은 비용 등의 이유로 다른 분야에는 상용화되지 못했다. 하지만 기술의 발전에 따라 연료전지는 물건을 실어 나르는 선박이나 대형 트럭 등의 운송수단, 그리고 우리가 타는 이동수단에까지 그 영역을 넓혔다.

환경규제의 대안이 된 수소전기차

현재 글로벌 자동차 기업들이 전기차와 수소전기차 개발에 노력을 쏟는 가장 큰 이유는 환경 규제 때문이다. 유럽, 미국, 중국을 비롯한 대다수의 국가가 배기가스 배출량을 줄이기 위해 점진적으로 연비 규제를 강화하고 있고, 친환경차 의무 판매제도 도입했다. 친환경차 개발이 선택이 아닌 필수가 된 것이다.

내연기관차에 대한 규제, 성능 개선, 안정적인 충전인프라 구축 등의 이유로 전기차 시장은 급속도로 성장하고 있다

각 기업들은 강화된 규제에 맞춰 친환경차를 개발했다. 지금은 흔히 접할 수 있는 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 전기차 등이다. 이중에서 온실가스를 전혀 배출하지 않고, 개발 및 양산에 비교적 진입장벽이 낮은 전기차는 빠르게 자리를 잡아가고 있다.

전기차라는 대안이 있음에도 글로벌 자동차기업들은 수소전기차 개발에 박차를 가하고 있다. 현대차와 도요타, 혼다는 연료전지를 탑재한 수소전기차 양산에 성공하며 기술력을 입증했고, 이들 기업을 중심으로 수소전기차 공동개발을 위한 연합도 생겨나고 있다. 현대차는 아우디, 도요타는 BMW, 혼다는 GM과 손을 잡고 수소전기차를 개발하고 있다. 수소전기차가 전기차와 함께 환경규제의 벽을 넘어설 최적의 대안이기 때문이다.

현대차가 개발한 수소전기차 넥쏘는 세계 10대 엔진에 선정되며 수소전기차가 가진 가능성을 세계에 입증했다

수소전기차의 기술력은 어디까지 왔을까? 세계적으로 양산된 수소전기차(승용 기준)는 현대차의 투싼ix(13년)와 넥쏘(18년), 도요타 미라이(14년), 혼다 클라리티(16년)가 있다. 가장 최근에 양산된 넥쏘는 최대 항속거리 600km를 넘어섰고, 미라이와 클래리티 역시 500km를 넘겼다. 이미 기술력으로는 내연기관 차량에 근접한 것이다. 특히 현대차 넥쏘는 2018년 ‘세계 10대 엔진’에 선정되며 미래자동차로서의 가능성을 기술력으로 입증했다는 평가를 받고 있다.

수소전기차는 미래의 자동차가 될 수 있을까?

수소전기차의 발전은 수소사회로의 진입을 가속하는 촉매다. 수소전기차는 타분야에서 사용되는 연료전지에 비해 기술 요구 수준이 높기 때문에, 수소전기차 연구개발로 얻은 혁신적인 기술을 타 부분으로 이전해 수소에너지 활용 저변을 확대시킬 수 있다. 그뿐만 아니라 수소전기차의 보급 확대는 수소의 수요를 높여 수소 생산, 저장, 운송 분야의 기술 발전도 이끌어 낼 수 있다. 수소전기차는 수소에너지 기술을 발전시키고, 이는 수소사회로 진입을 이끈다. 수소사회에서 수소전기차가 모든 모빌리티의 주축이 될 것이라 예단할 수는 없다. 다만 중요한 한 축을 담당할 것임은 분명한 사실이다.