연료 전지 자동차 - 수소 전지 자동차 (2)

 

 

  지난 글에서 연료 전지 자동차의 간단한 개념과 이 중 대표적인 수소 전지 자동차에 대해 살펴보았습니다. 아직까지는 부족한 기술로 인해 장점보다는 단점이 더 부각되고 있는 것이 사실입니다. 하지만 분명 명확한 장점도 존재하기 때문에 이번 글에서는 연료 전지 자동차의 선두주자인 수소전지 자동차의 장점과 단점을 정리해 보도록 하겠습니다.

 

수소 연료 전지 자동차의 장점

 

  1. 수소 연료 전지 자동차의 충전 시간은 약 3분 정도로 휘발유나 경유, LPG 등을 주유하거나 충전하는 내연기관 자동차와 비슷한 수준이고, 이차 전지식 전기 자동차의 급속 충전시간인 약 40분 보다 훨씬 빠르다고 알려져 있습니다.

 

  2. 전기 자동차는 차량을 주유하지 않고 오랜 기간 내버려 둘 경우 또는 그 외 특수한 상황에 따라 자연 방전될 우려가 있지만 우소 연료 전지 자동차의 경우 자연방전에 의한 영향이 훨씬 적다고 할 수 있습니다.

 

  3. 수소는 에너지의 밀도가 높기 때문에 1회 충전시 주행거리를 연장하기 쉽습니다. 

 

  4. 환경 규제가 강화되는 가운에데 장거리 수송의 대형 트럭은 수소 연료 전지가 매우 유리합니다. 장거리 수송을 담당하는 대형 트럭 분야에서 전기자동차의 기술은 배터리의 총중량도 상당하기 때문에 상품의 적재 무게가 상대적으로 줄어들게 됩니다 또한 급속 충전시간도 3시간 정도로 오래 걸리는 것에 비해 주행거리는 짧은 편입니다. 대형 트럭 분야에서 전기 자동차의 단점 부분을 수소 연료 전지 자동차는 대부분 커버가 가능합니다.

 

  5. 전기 자동차와 마찬가지로 차량이 정지상태에서 출발할 때 최대 토크로 도달하는 시간이 매우 짧습니다. 때문에 제로백 시간이 매우 짧으며 순간 가속에 유리합니다.

 

  6. 수소 연료 전지 자체는 주행시 이산화 탄소나 질소산화물 등 대기 오염의 원인이 되는 유해물질을 배출하지 않는 친환경 에너지입니다.

 

수소 연료 전지 자동차의 단점

 

  1. 전기 자동차의 경우 간단한 설비만 갖추면 운전자의 가정이나 차고, 아파트 지하 주차장 등 가까운 곳에서도 충전이 가능하지만, 연료 전지 자동차는 수소 스테이션까지 가야만 충전이 가능합니다. 수소 스테이션의 경우 시설 구축에 높은 기술력과 자금이 들어가기고 운영도 대부분 적자운영이기 때문에 개인이나 민간의 힘으로는 시설의 수가 늘기 어렵습니다.

 

  2. 수소 연료 전지의 시스템이 복잡하기 때문에 차량 내부의 유효 공간이 감소하고, 전체 중량이 늘어나게 됩니다. 또한 수소 취화 현상으로 자재 변질 또는 내구 감소로 인한 유지보수 및 소모품이 늘어나고 그에 따라 유지비용이 발생하게 됩니다. 

 

  3. 우리가 흔히 알고있는 충전시간 3분은 예약이 되어있는 경우 충전만 진행했을 경우 3분이 소요된다는 뜻이고 실제로는 충전 전 수소의 압축이나 냉각 등 예비작업에 30분 이상의 시간이 필요합니다. 때문에 미리 예약하지 않으면 충전할 수 없는 수소 충전 스테이션이 많습니다.

 

냉각 등 작업을 해놓아야하기 때문에 충선 설비 1기로 시간당 충전할 수 있는 차량이 수가 2~6대 정도로 제한적입니다.

 

  5. 수소 스테이션을 운영하기위해서는 화석 연료, 많은 전력, 복잡하고 전문적인 제어 기술, 이를 운영하 능한 전임 기술자 등이 모두 필요하기 때문에 인프라적으로 보급이 원활하지 않으며 각종 재해나 원자재 수급이 원활하지 못한 경제적 상황이 발생 시 먼저 제약을 받게 됩니다.

 

  6. 수소를 에너지로 사용하기 위해 가공할 시 다양한 화석연료를 소모하게 되고 충전과정에서도 많은 전력을 소모할 뿐만 아니라 수소취화에 의한 소모품 자재 또한 많습니다. 때문에 수소는 매우 단가가 비싼 편이고 이를 저렴하게 가공할 수 있는 기술은 아직까지 많이 부족합니다. 실제로 지난 10년간 수소 가격은 꾸준히 상승하고 있습니다. 아이러니하게도 우리는 내연기관 자동차 보다 몇 배 나쁜 연비를 보조금과 세금을 사용해 가면서 장려하고 있습니다.

 

  7. 자연상태 그대로에서 수소의 공급원은 존재하지 않으며, 대부분 천연가스를 가공하면서 수소를 추출하는데 이는 가솔린 자동차와 비슷한 수준으로 환경에 부하는 주게 됩니다.

 

  8. 수소 충전에는 대량의 전력을 소비하는데 1회 충전 시 약 40 kwh 정도입니다. 이것은 테슬라 모델 3 차량이 300km 주행할 때 소비하는 전력에 해당합니다.

 

  9. 백금 촉매의 반응성 유지를 위해 순도 99.97% 이상의 수소만 이용할 수 있기 때문에 기타 부생 수소는 거의 사용할 수 없습니다. 또한 백금 촉매의 열화나 전해질을 통과시키기 위한 이온 교환 수지의 열화에 의한 성능 저하가 발생할 수 있으며 이로 인한 신회성이나 내구성 등의 문제가 있습니다. 

 

  10. 고체 고분자 연료 전지는 저온 반응을 위해 백금을 사용하는 촉매를 필수적으로 만들게 되는데 백금은 고가의 귀금속이기 때문에 연료전지 자동차의 가격에 큰 영향을 주게 되고, 전 세계의 모든 차량을 수소 연료전지차로 바꾸기 위해서는 지구상의 모든 백금을 사용해도 부족하게 됩니다. 때문에 촉매에 사용되는 백금의 사용양을 지금보다 10분의 1 이하로 낮추는 기술의 개발이 반드시 필요합니다

 

  11. 수소스테이션의 운영은 정부나 지자체, 개인사업자 모두에게 적자이기 때문에 보조금을 지원하며 운영하는 경우가 대부분입니다. 수소 스테이션의 건설, 수소의 제조 및 운반의 비용이 고객들의 충전에서 나오는 요금으로는 충당이 불가능합니다. 저탄소 재생에너지로서의 지원금은 제조과정에서 화석연료를 많이 소비하는 수소 연료전지에서는 그 명분이 모호해지기도 합니다.