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Environmental Report / 차세대 친환경 자동차 0
등록자 CARLNC 작성일자 2020-10-29 오후 2:28:52


연료 수급과 보급 모두 ‘걸음마’ 수준

수소차의 현재와 미래




하이브리드, 플러그인하이브리드, 전기, 수소 등 4대 친환경차의 성장이 두드러지고 있다.

국산 자동차업계는 생산과 수출 모두 감소했지만, 지난 7월 한 달간 국산 친환경차는 국내외로 총 45,000여 대가 판매됐다.

이중 비중이 가장 적은 수소차는 아직 전기차의 1%를 약간 넘는 수준에 불과하다.

올해 7월까지 4,000여 대가 판매된 수소차는 증감을 반복하며 수소경제가 아직 먼 미래의 일이란 점을 다시 상기시키고 있다.

수소차가 전기차의 아성에 도전하려면 얼마나 더 기다려야 할까?

◆ 수소차의 핵심, 수소연료전지

수소(H2)를 연료로 사용하는 수소차는 크게 수소연료전지차(FCEV)와 수소내연기관차(HICEV)로 나뉜다.

수소연료전지차는 수소연료탱크에서 수소를 공급받아 연료전지에서 전기로 발전시켜 동력원으로 사용한다.

수소내연기관차는 가솔린이나 디젤처럼 엔진을 탑재하는데, 수소를 연료처럼 엔진에 분사시켜 폭발력을 얻어 동력원으로 사용하는 방식이다.

수소연료전지는 물의 전기분해 반응을 역으로 이용해 수소와 산소를 이용해 전기와 물을 만들어내는 에너지 기술이다.



양극, 음극, 전해질이 접합된 셀의 음극에 수소를 공급하면, 수소는 수소이온과 전자로 산화된다.

수소이온과 전자가 산소와 전해질을 통해 양극으로 이동하면, 수소이온과 전자가 결합해 물이 되는 환원반응이 진행된다.

이 과정에서 전류가 형성되며 전기가 발생하고, 이를 차량의 동력원으로 사용하게 된다.

수소연료전지는 화석연료보다 발전효율이 높고 질소산화물 등 유해가스 발생이 거의 없다.

이산화탄소가 발생하긴 하지만 내연기관보다 훨씬 적은 양이고, 수소연료전지에서 가장 많이 발생하는 부산물은 물이기 때문에 친환경적이다.



하지만 단점도 만만치 않다. 수소는 기체 상태에서 밀도가 낮아 저장이 쉽지 않고 액체 상태로 보관할 때의 안전성도 보장돼야 한다.

또한, 수소와 산소의 화학반응에 필요한 촉매 가격이 비싼 것도 단점이다. 현재 백금이 가장 많이 사용되고 있는데, 개발자들은 이 촉매에 적용할 새로운 소재를 개발하는 데 집중하고 있다.

현재 도로를 달리고 있는 수소차는 모두 수소연료전지차다. 국내 제조사 중에서는 현대자동차의 ‘넥쏘’ 한 종류뿐이다.

수소내연기관차는 2000년대 초반 BMW를 비롯해 몇몇 제조사들이 수소엔진 자동차를 내놓기도 했다.

하지만 친환경 자동차라 해도 연비가 화석연료 대비 절반 이하로 무척 낮았고 차 가격도 비싸 상용화는 실패했다.

수소연료전지차 역시 상용화 모델이 출시되긴 했지만 그 숫자가 미미한데, 수소 충전 인프라가 없다시피 한 현실 때문이다.

현재 국내에서 운영 중인 수소충전소는 30여 개소에 불과하다.

◆ 국내외 수소차 현황은 ‘걸음마’ 수준

지난 7월 국내 친환경차 수출량은 총 2만 7,468대로, 하이브리드(이하 HEV)와 전기차(이하 EV)가 각 45%씩 차지했다.

플러그인하이브리드차(이하 PHEV)는 2,330대로 약 8.4%, 수소차는 88대를 수출하며 그래프에서 잘 보이지 않을 만큼의 비중을 차지했다.



화석연료와 전기의 사용 비중을 순서대로 나열하면 HEV, PHEV, EV, FCEV가 되는데, 이중 가장 많은 판매량과 성장률을 보이는 것은 HEV다.

수출량은 HEV와 EV가 비슷하지만, 국내 판매량은 HEV가 전체의 78%로 압도적인 파이를 차지하고 있다.

정부는 오는 2030년까지 4대 친환경차 연 85만 대 보급하겠다고 발표한 바 있다. 산업통상자원부가 지난 2015년 제시했던 ‘친환경차 2020년 100만 대 보급’ 계획의 달성율은 약 60% 정도였다.

내수판매의 경우 올해 1~7월간 내연기관차는 약 109만 대가 팔렸고, 친환경차 판매량은 약 11만 대를 기록했다.

자동차 전체 판매량 중 10%를 차지했다는 점은 의미가 크다. 지난 2019년 한 해 동안의 판매량이 약 14만 대였다.

올해가 아직 5개월 남은 점을 감안하면, 코로나19의 영향을 감안하더라도 2020년 친환경차 판매량은 전년 수준을 넘어설 것으로 보인다.



다만 운전자들이 집중하고 있는 것은 ‘연료’, 그 중에서도 ‘전기’다. 화석연료, 전기, 수소 등 3대 연료 가운데 현재 시점에서 ‘차세대’와 ‘친환경’을 동시에 아우를 수 있는 것은 HEV다.

전기 충전은 불가능하지만 내연기관의 보조동력으로서 모터를 활용해 연비를 향상시킬 수 있다는 점이 HEV의 가장 큰 매력이다.

배터리를 별도 충전할 수 있는 PHEV, 엔진 없이 모터만 사용하는 EV 등은 국내에서 아직 인기가 낮다. 생소해 보이는 수소차도 마찬가지다.

현재 국내 자동차 제조사들이 만들고 있는 친환경차의 종류를 보면 국내 친환경차의 인지도나 인기를 볼 수 있다.

네이버 자동차 섹션에서 국내 시판 중인 국산 차량을 검색하면 총 71개 모델이 나온다. 이 중 친환경차는 총 24개 모델이다.

HEV는 총 9대로 현대 아반떼 하이브리드, 기아 K5 하이브리드 등 모두 플랫폼을 공유하는 모델이다.



EV가 12개 모델로 가장 많은데 절반은 HEV처럼 플랫폼 공유 모델, 다른 절반은 대창모터스의 다니고 III처럼 전기차 전용 모델이다.

PHEV는 니로, 아이오닉 계열 2종, FCEV는 2018년 3월 출시된 현대 넥쏘 한 대 뿐이다.

해외 제조사도 사정은 마찬가지다.

현재 양산형 FCEV를 선보인 것은 현대와 토요타 뿐이다.

그마저도 2015년 출시된 토요타 미라이는 약 300km 정도인 최대 주행거리와 좁은 실내공간, 소음 등으로 좋은 평가를 받지 못한 바 있다.



BMW, 벤츠, GM 등 여러 해외 제조사들도 수소전지 스택 대신 전기모터로 눈을 돌렸다.

오는 2022년 여러 제조사들이 수소차를 발표하겠다는 계획을 발표하긴 했지만, 양산 계획은 아직 알 수 없다.

첫 선을 보인 지 20년이 넘은 HEV도 현재 시장점유율이 2%대에 불과하고, 친환경차를 모두 포함해도 3%가 채 못 된다.

지난 2019년 국내에서 일반 자동차는 총 178만 대가 판매됐고, 친환경차는 14만여 대가 판매됐다.

◆ 수소차 보급 관건은 ‘인프라’

인간은 기원전 수천년 전부터 석유를 사용하기 시작했다. 당시에는 연료보다 역청으로 불리며 건축 재료 정도로 사용됐다.



17세기에 석유를 증류해 다양한 용도로 사용할 수 있다는 가설이 제기됐고, 19세기 중반 미국의 사업가 에드윈 드레이크가 유전 굴착에 성공하며 연료로서의 석유 채취가 본격화됐다.

이후 19세기 말 석유를 증류해 등유를 얻는 정제 산업이 등장하며 비로소 석유가 연료로서의 역할을 수행하게 됐다.

100년이 넘게 흐른 지금 가장 보편적인 연료는 석유 기반의 화석연료다. 특히 자동차 시장에서는 90% 이상이 화석연료를 동력원으로 사용한다.

전기차 역시 충전에 필요한 전기를 발전 시설로 얻는다는 점을 감안하면 동력의 기원은 화석연료인 셈이다.

그런 면에서 생성에 엄청난 세월이 필요한 화석연료에서 벗어나 물과 공기에서 얻을 수 있는 수소는 차세대 동력원으로 가장 각광받고 있는 연료 중 하나다.

하지만 우리가 알고 있는 수소는 기체다.

현재 수소를 채집하는 것도 물이나 공기가 아니라 원유 정제과정에서 나오는 부산물 중 수소를 수집하거나 천연가스에서 추출한다.



100% 완전한 친환경은 아닌 셈이다.

향후 수소차가 현재의 전기 기반 자동차처럼 확대되기 위해서는 수소를 동력원으로 사용하는 기술과 더불어 수소를 효율적으로 채집할 수 있는 기술도 수반돼야 한다.

더불어 수소를 원활하게 공급받을 수 있도록 충전 인프라 확대도 필수다.

주유소의 경우 전국 어디서 경고등이 떠도 다음 주유소에 도달할 때까지는 충분히 달릴 수 있다.

순수 전기차 역시 충전소가 확대되며 연료가 떨어져 차가 멈출 확률은 많이 줄어들었다.

하지만 전국의 수소충전소는 30여 개소 정도에 불과해, 지방 도로를 달리다 수소 부족 경고등이 뜨면 굉장히 난처해진다.

게다가 수소충전소는 건설비용이 일반 주유소보다 최대 6배 비싸고, 경제성도 현재로선 없다고 봐도 무방한 수준이어서 민간자본을 유치하기 어렵다.

수소차가 전체 차량 가운데 1%만 차지할 수 있어도 수소경제 활성화가 훨씬 빨라지겠지만, 전체 2,370만여 등록차량 가운데 수소차는 5,000여 대로 0.02%에 불과하다.

친환경차 중 가장 많이 보급된 휘발유+전기 HEV도 약 49만 대로 전체의 2% 정도인데, 그 100분의 1인 수소차의 전국 인프라를 기대하는 것은 현실적으로 먼 얘기일 수밖에 없다.

현재로서는 수소경제의 활성화보다 수소를 어떻게 생산하고 활용할 수 있을지 1차적인 방안에 좀 더 집중해야 할 때다.



◆ 수소경제의 청사진 제시, 제1회 수소모빌리티+ 쇼

지난 7월 일산 킨텍스에서 수소산업 생태계를 둘러볼 수 있는 전시회 ‘제1회 수소모빌리티+ 쇼’가 열렸다.

11개국 85개 기업이 참가한 이 전시회에서는 수소의 생산과 저장, 운송, 모빌리티 등 다양한 수소경제 기반 기술과 제품이 전시돼 이목이 집중됐다.

전시회장은 모빌리티, 충전인프라, 에너지, 인터내셔널 등 4개 구역으로 나뉘어 분야별로 편하게 관람할 수 있도록 배치됐는데, 가장 흥미로운 것은 역시 수소 기반 모빌리티와 제품들이 전시된 모빌리티존이었다.



 현대차, 수소전기트럭 양산해 스위스 수출



현대자동차는 지난 7월 세계 최초로 수소전기트럭 ‘엑시언트’의 양산 체제를 구축하고, 10대를 스위스에 수출했다.

승용차에 이어 트럭 부문에서도 수소전기차를 대량 공급하는 동시에, 서유럽 대형 상용차 시장 진출을 수소전기차로 선점하겠다는 의지다.

엑시언트는 지난 2019년 현대차와 스위스 수소 솔루션 기업 H2에너지의 합작법인 ‘현대 하이드로젠 모빌리티’로 인도된다.

현대차는 올해 40대를 추가 수출하고, 오는 2025년까지 총 1,600대를 공급할 계획이다.

엑시언트는 스위스에서 냉장차 등으로 특장 작업을 해 복합 유토 체인, 식료품 유통업체 등에 본격 공급한다.

또한, 일반적인 차량 구매가 아니라 운행한 만큼 사용료를 지불하는 신개념 모빌리티 서비스 형태로 공급될 예정이다.

엑시언트는 연결차를 포함한 총 중량 34톤급의 대형 카고 트럭이다.

2개의 수소연료전지가 장착돼 190kW급 수소연료전지시스템을 탑재했고, 최고출력 350kW(228kgf·m)를 낼 수 있는 구동모터를 적용했다.

대형 트럭 수요처의 요구사항에 맞춰 약 32kg의 수소를 저장할 수 있는 7개의 수소탱크를 장착해, 한 번 충전에 약 400km를 주행할 수 있다.

수소 충전은 탱크 외부 온도에 따라 상이하지만 8~20분가량 소요된다.

현대자동차 상용사업본부장 이인철 부사장은 “세계 최초로 수소전기 대형트럭의 양산과 판매로 현대차 수소전기 상용차 글로벌 리더십을 알리는 계기를 마련했다”며,

“향후 유럽뿐 아니라 북미, 중국 등에도 진출해 친환경 상용차 시장의 패러다임 전환을 주도할 것”이라고 말했다.

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