수소자동차 시대 도래

수소자동차 시대 도래

수소자동차 시대 도래
공해 제로, ‘꿈의 차’ 시대 열린다
현대차, ‘투싼ix 수소연료전지차’ 양산… 2015년까지 1,000대 판매 계획
 

 

▲현대차 ‘투싼ix 수소연료전지차’.

하이브리드차와 전기자동차가 대세이 던 친환경자동차 시장에 수소자동 차가 새로 이름을 올렸다. 현대자동차는 지난 2월 26일 울산공장 내 수소연료전지 차 전용 생산공장에서 ‘수소연료전지차 세 계 최초 양산 기념식’을 가졌다. 이번에 발 표한 세계 최초 양산 모델은 현대자동차가 독자기술로 개발한 ‘투싼ix 수소연료전지 차’다. 현대차는 2015년까지 양산된 수소 연료전지차 1,000대를 유럽을 비롯한 전 세계 시장에 판매할 계획이다.

타 메이커보다 2년 빨라
현대차는 1998년부터 수소연료전지차 개발을 시작해 2000년 11월 산타페를 모 델로 첫 수소연료전지차를 선보였다. 2006년에는 독자기술로 투싼 수소연료전 지차를 개발했다. 이번에 양산되는 ‘투싼ix 수소연료전지차’는 2010년 3월 제네바 모터쇼에서 첫 선을 보여 큰 관심을 모았 던 3세대 모델이다.
올해 초 ‘투싼ix 수소연료전지차’는 벨기 에 브뤼셀모터쇼에서 벤츠, 볼보, 보쉬 등 글로벌 자동차 및 부품관련 회사들을 제 치고 ‘2013 퓨처오토 어워드’ 1위에 선정 되는 등 기술력을 인정받았다.
‘투싼ix 수소연료전지차’에는 현대차가 독자 개발한 100㎾급 연료전지 시스템과 2탱크 수소저장 시스템(700기압)이 탑재 됐다. 영하 25도 이하에서도 시동이 걸리 며, 연비는 가솔린 기준으로 환산해 27.9 ㎞/ℓ(NEDC 유럽 연비 시험 기준)의 고연 비를 실현했다. 또 1회 수소 충전으로 594㎞를 달릴 수 있다.
현대차는 이번 ‘투싼ix 수소연료전지차’ 양산 체제 구축으로 2015년 이후 양산 예정인 벤츠, GM, 도요타 다른 글로벌 자동 차 메이커보다 최소 2년 빨리 시장을 선 점할 수 있는 발판을 마련했다

하이브리드차와 전기차
친환경자동차는 자동차메이커들이 사운 을 걸고 개발하고 있는 분야다. 이미 전기 배터리와 내연기관을 함께 쓰는 하이브리 드차는 상용화에 들어간 상태다. 전기자 동차 역시 제한적이지만 시장에서 만날 수 있다. 하지만 전문가들은 궁극적으로 수소자동차가 기존 내연기관 자동차의 대 안이 될 것이라고 예상하고 있다.
하이브리드차는 두 개의 동력원을 동시 에 활용하는 방식이다. 그리고 두 동력의 활용 방식에 따라 몇 가지 형태로 다시 나 누어진다. ‘쉐보레 볼트’에 사용된 방식은 ‘Series hybrid’다. 이 방식은 내연기관이 충전기 역할을 하는 구조로, 효율이 가장 높은 구간에서 연속적으로 작동할 수 있 는 장점을 가지고 있다.
혼다의 ‘인사이트’는 ‘Parallel hybrid’ 방 식을 채용했다. 이 방식은 내연기관과 전 기모터가 동시에 병렬로 바퀴에 동력을 전달하는 구조다. 여기서 전기모터가 제 동 시 혹은 내연기관의 출력이 필요한 구 동력보다 클 때 발전기 역할을 한다. 장점 은 소형화된 엔진과 전기모터를 사용할 수 있다는 점이다.
도요타 ‘프리우스’는 ‘Complex hybrid system’을 사용한다. 이 방식은 직렬구조 의 발전기가 단방향 전력 흐름만 가지는 것 에 비해 양방향성을 가진다는 것이 차이다.

국내 수소 충전소 12곳 불과
전기자동차는 사실 역사가 내연기관보다 길다. 하지만 전기자동차의 가장 큰 약점은 배터리다. 1990년대 초 등장한 리튬이온(Li-ion) 배터리로 인해 단점이 많이 해소되기는 했지만, 여전히 전기자동차의 약점이 되고 있다. 전기자동차가 성공하기 위해서는 배터리의 가격이 크게 내려가고 크기와 무게도 더 줄어들어야 한다. 수명도 최소 10년 이상으로 길어지고 충전시간도 분단위로 줄여야하는 과제가 남아 있다.
이런 점에서 수소연료전지차도 풀어야 할 숙제가 없는 것은 아니다. 수소연료전지차는 수소와 산소를 결합해 물을 만들 때 발생하는 에너지를 연료로 사용하는 것이다. 문제는 수소를 자동차에 어떻게 저장하느냐다.
수소의 에너지 효율은 일반 내연기관보다 3배나 높다. 하지만 폭발의 위험성이 아주 크고, 밀도가 작아 용기도 크기 만들어야 한다. 따라서 유통과 저장에 비용이 많이 발생할 수밖에 없다. 특히 자동차 내에서 수소를 어떻게 저장하느냐가 성공의 핵심이다. 현재 사용되고 있는 수소 저장방법으로는 액화 수소, 고압축 수소, 고체 수소, 탄소나노튜브 저장법 등이 있다.
지금의 수소 생산방식이 친환경적이지 않다는 점에서 문제를 삼는 전문가들도 있다. 수소 자체는 청정연료지만, 이를 얻기 위해서는 다량의 화석연료를 사용해야 하기 때문이다.
수소연료전지차의 충전소도 풀어야 할 숙제다. 한 보고서에 따르면 2030년까지 4,000만대의 연료전지차가 도로를 달린다고 가정할 경우 약 1만9,000개의 수소 충전소가 필요하다고 한다. 이 인프라를 어떻게 구축하느냐가 숙제다. 현재 국내에는 수소를 넣을 곳이 12곳에 불과하다.
친환경자동차의 상용화 문제는 기술개발과 함께 인프라를 얼마나 빨리 구축하느냐가 관건이다. 하지만 기존의 인프라를 갖춘 석유회사들의 저항도 만만치 않다. 심지어 친환경자동차의 개발이 지연되는 이유를 여기서 찾는 전문가들조차 있을 정도다.


▲지난 2월 26일 현대차 울산공장에서 열린 ‘수소연료전지차 세계 최초 양산 기념식’.

1억원 넘는 높은 가격 상용화 걸림돌
수소연료전지차의 높은 가격도 문제다. 지금 수소연료전지차는 한 대에 1억원이 넘는다. 이중 연료전지가 차지하는 가격이 40~60%에 이른다. 수소와 산소의 결합반응을 일으키는데 사용하는 촉매가 백금인 탓이다. 수소연료전지차 한 대에 사용되는 백금은 70~90g 정도. 원가만 1,000만원이 넘는다. 최근 국내의 한 연구진은 이를 대체할 수 있는 기술을 개발했다. 울산과학기술대는 그래핀을 촉매로 사용할 수 있는 기술을 개발했고, 한국과학기술원은 백금 사용량을 절반 이 하로 낮춘 고성능, 고내구성 촉매제조 기술을 개발했다고 밝혔다.
늦게 시작했지만, 우리의 수소연료전지차 기술은 이제 선진국을 압도하고 있다. 현대차는 지난 3월 7일, 17대의 ‘투싼ix 수소연료전지차’를 유럽으로 수출했다. 또 ‘투싼ix 수소연료전지차’는 EU집행위원회 시범운행 사업자로도 재선정됐다.
현대차는 EU 수소연료전지 정부과제 운영기관인 FCH-JU가 공모한 2차 시범운행 사업에 ‘투싼ix 수소연료전지차’가 단독 재선정됐다고 3월 17일 발표했다. 현대차는 지난 2011년 10월부터 14개월 간 진행된 1차 시범운행 사업에 첫 사업자로 단독 선정돼 EU의회 정기 총회 등 EU 내 주요행사에 22회에 걸쳐 ‘투싼ix 수소연료전지차’를 선보인 바 있다.
수소연료전지차가 양산 체계를 구축했지만, 여전히 갈 길은 멀다. 무엇보다 소비자들이 실제로 수소연료전지차를 구입해 운용하기 위해서는 1억원이 넘는 가격이 큰 걸림돌이다. 전문가들은 연료전지의 가격이 상용화 초기인 2015년에 7만5,000달러에서 5년 뒤 5만달러로, 2025년에는 3만달러로 낮아질 것으로 예상하고 있다.
 

이신덕 기자 l oponce@gfeo.or.kr