수소전기차는 또 뭔가요?
[차린이톡]
지난 16일 현대차그룹과 포스코그룹이 수소 사업 분야에서 협력하기 위한 협약을 체결했다는 소식이 전해졌다. 이에 따라 포스코 포항·광양제철소에서 운영 중인 차량 1500대를 단계적으로 현대차의 수소전기차로 전환하기로 했다.
전기차면 전기차지, 수소전기차는 또 뭘까? 차린이는 또 궁금해졌다. 차린이와 함께 수소전기차가 무엇인지, 어떤 원리로 작동하는지 알아보자.
수소와 산소가 만나면 전기가 생긴다
일단 전기차와 수소전기차 둘다 전기를 이용해 구동되는 점은 같다. 차이점은 '전기가 어디서 만들어지느냐'다. 전기차는 차 외부에서 만든 전기를 충전해 사용하지만, 수소전기차는 차 내부에서 전기를 만든다.
/ 그래픽=현대차그룹물(H2O)에 강한 전기 충격을 가하면 물이 수소(H)와 산소(O)로 분해된다. 수소전기차는 이를 반대로 이용한다. 수소전기차는 수소연료탱크에서 공급받은 수소와 공기공급시스템을 통해 들어온 산소를 연료전지스택에 전달, 전기화학 반응을 일으켜 전기에너지를 생산한다. 생산된 전기에너지는 구동모터를 통해 운동에너지로 전환돼 수소전기차를 움직인다.
수소는 어디서 얻을까?
그렇다면 수소는 어디서, 어떻게 생산된걸까? 수소는 우주 질량의 약 75%를 차지하고 있지만, 다른 여러 원소들과 결합된 상태로 존재한다. 그렇기 때문에 수소를 추출해내는 과정이 필요하다.
수소 추출 방법 / 그래픽=현대차그룹수소 생산에는 보통 세가지 방법이 있다. 먼저 추출이다. 천연가스(LNG)를 고온·고압에서 분해해 수소를 생산한다. 하지만 LNG 추출수소는 1GW당 443만톤의 온실가스를 배출한다. 환경을 파괴하며 수소를 추출하는 것은 그리 좋지 않아 보인다.
다음은 부생수소다. 부생수소는 석유화학이나 철강 공정 등에서 부수적으로 나온다. 나프타를 분해해 에틸렌·프로필렌 등 석유화학제품의 기초 원료로 만드는 과정에서 발생한다. 즉, 수소를 일부러 만들어 내는 것이 아니다. 관련 산업이 발달한 우리나라에서 보편화된 수소 공급 방식으로 생산단가도 가장 저렴하다.
부생수소 활용에 대한 좋은 예가 현대차와 포스코의 협약이다. 포스코는 제철소에서 생산되는 부생수소를 현대차와의 협약으로 공급받는 수소전기차의 에너지원으로 사용할 계획이다.
마지막으로 수전해다. 수전해는 태양열, 풍력 등 신재생에너지로 생산한 전기로 물을 분해하는 생산방식을 말한다. 가장 친환경적인 수소 생산방식으로 궁극적으로 지향해야할 목표다. 다만 현재는 다른 수소 생산방식보다 높은 생산비용이 발생한다.
수소전기차도 전기차와 마찬가지로 어떤 에너지원을 쓰느냐에 따라 친환경차냐 아니냐가 결정된다.
수소전기차, 뭐가 좋고 뭐가 나쁠까?
/ 그래픽=현대차그룹수소를 이용하는 수소전기차의 장점은 전기차와 마찬가지로 주행중 온실가스를 전혀 배출하지 않는다는 점이다. 또 수소와 결합시킬 산소를 3단계 공기정화 시스템을 통해 이물질을 제거한 뒤 사용하고 배출하기 때문에 대기 오염을 정화하는 역할도 한다.
전기차보다 충전시간이 더 빠르고, 주행거리도 더 길다는 것도 장점이다. 수소전기차인 현대차의 넥쏘는 1회 충전시 609km 주행이 가능하고 완전 충전시간은 5분이다. 반면 전기차인 테슬라 모델S는 1회 충전시 479km 주행이 가능하고 완전 충전시간은 최소 1시간이다.
반면 에너지 효율이 전기차보다 낮다는 단점이 있다. 연료 전지는 산소와 수소를 결합시켜 열과 전기 에너지를 생성한다. 이 중 열 에너지는 운행에 불필요할 뿐만 아니라 오히려 많은 에너지를 소비하며 냉각수로 식혀 줘야 한다. 실제 주행에서 수소차의 에너지 효율은 40% 정도다. 전기차의 절반 수준밖에 안된다.
또한 연간 2만km 주행 기준으로 연료비 측면에서 봤을 때 전기차 30만원, 수소전기차 180만원이다. 수소전기차의 연간 연료비기 내연기관차보다는 싸지만, 전기차보다는 비싸다. 수소충전소도 전국에 60여개 밖에 없다. 국내 수소전기차 등록 대수는 1만대가 넘는다. 수소전기차 약 160여대당 충전소가 1개 있는 셈이다.
2020 수소전기차 시장 동향 / 사진=H2리서치시장조사업체 H2리서치에 따르면, 지난해 한국의 글로벌 수소전기차 시장 점유율은 56.3%로 1위였다. 판매업체도 한국의 현대차가 압도적인 1위를 기록했다. 지난해 넥쏘는 6781대 판매돼 글로벌 시장점유율 75.1%를 달성했다. 국내에서 상용화된 수소전기차는 현대차의 넥쏘가 유일하다. 지난해 10월 기준으로 누적 판매량이 1만대를 넘어섰다. 글로벌 수소전기차 시장 규모는 오는 2027년에 약 300조원대로 성장할 것으로 예상된다.
수소전기차는 어떻게 될까?
수소전기차는 단점이 분명하다. 낮은 에너지효율, 열악한 인프라, 비싼 가격 등이다. 게다가 전기차가 있는데 굳이 수소차를 써야 하는가 의문이 들기도 한다. 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 수소전기차가 도태될거라 말했다. 그렇다면 수소전기차는 정말 도태될까?
공부 좀 한 차린이는 아마 그렇진 않을 것이라고 생각한다. 수소에너지가 갖는 의미가 남다르기 때문이다.
수소에너지는 재생에너지의 유휴전력을 저장하는 저장소로 쓰일 가능성이 높다. 전기 에너지가 남을 땐 수전해를 통해 수소를 만들어 에너지를 저장하고, 부족할 땐 수소를 산소와 반응시켜 전기에너지를 생산한다는 것이다. 전문가들은 발전량이 일정하지 않고 운송이 어려운 재생에너지의 단점을 수소에너지가 보완할 수 있다고 말한다.
수소에너지가 재생에너지와 더불어 미래 에너지의 한축을 담당한다면, 수소전기차는아마 사라지지 않을 것이다. 차린이의 어설픈 예상이 맞을까? 미래 모빌리티가 더 궁금해진다.
