고놈의 LIFE STYLE

  전기 자동차의 등장 배경중 큰 비중을 차지하는 것이 주행 시 화석연료를 사용하지 않아 이산화탄소를 배출하지 않는 환경친화적인 부분입니다. 우리가 흔히 인식하는 전기자동차는 탑재된 전기 배터리에 전기를 충전하여 사용하는 방식이지만 또 다른 방식으로 연료전지를 통해 발전을 하여 전동기(모터)의 동력을 발생시켜 달리는 전기 자동차도 있습니다.

  연료전지에는 수소나 메탄올 등을 사용하고, 연료 전지의 모든 탈것의 총칭을 FCV(Fuel Cell Vehicle)라고 하지만 주로 연료 전지 자동차가 FCV로 언급되는 경우가 많습니다.

  차량에서 사용되는 모든 연료전지는 일반적인 전지와 마찬가지로 전해질, 양극, 음극의 세 가지 부품으로 만들어집니다. 연료전지는 기존의 축전지와 비슷하다고 할 수도 있지만 충전대신 연료를 보충하고 대기 중에서 조달되는 산소와 화학반응을 일으킵니다. 사용되는 연료의 종류로는 수소를 연료로 하는 고체 고분자형(PEFC), 디렉트 메탄올형, 인산형, 탄산 용유염형, 고체산화물형(SOFC), 재생형 등 여러 가지가 있습니다. 하지만 이 중 주로 사용되는 차량용 연료전지는 수소로, 수소를 80~90℃에서 반응시키는 고체 분자형(PEFC) 방식이 사용되지만 낮은 온도에서도 높은 활성을 가지는 촉매가 필요하기 때문에 백금 등의 희소 촉매 자원을 사용할 필요가 있으며, 이는 곧 연료 전지의 가격이 높아질 수밖에 없는 원인이 되고 있습니다. 때문에 백금 대신 카본 합금을 사용하는 기술과 백금 자체의 응집을 억제하여 사용량을 줄이는 기술, 온도가 높은 트럭이나 버스에서의 이용을 고려하여 700~800℃에서 화학 반응시키는 고체산화물형(SOFC) 방식등이 검토되고 있는 추세입니다.

  1959년 수소 연료전지를 갖춘 트랙터를 시작으로 1966년 도로를 주행할 수 있는 최초의 수소 연료전지 자동차가 미국 제너럴모터스에 의해 제조되었습니다. 이때 제조된 Electrovan은 극저온의 탱크에 충전된 액체수소와 액체 산소를 사용하였으며 1회 충전으로 240km를 주행하였으며 최고속도는 110km/h였습니다. 하지만 내연기관 자동차들에 밀려 보급에 이르지 못하고 개발이 중단되었습니다. 

  이후 개발을 거듭하여 소소하게 출시되고 판매된 차량은 종종 있었지만 아직 성공이라 할만한 단계에 이르지는 못하였으며 2022년 현재 시판되고 있는 수소 연료전지 자동차 중 대표적인 모델은 일본 도요타의 MIRAI, 독일 메르세데스 벤츠의 GLC F-CELL, 그리고 우리나라 현대 자동차의 넥소 정도를 꼽을 수 있습니다.

  수소 연료의 가장 큰 문제는 갈수록 그 존재의 목적이 모호해지고 있다는 점입니다. 수소스테이션에서 판매하는 용도의 수소를 제조하기 위한 비용은 그것을 판매해서 얻는 수익보다 훨씬 크며, 대량의 석유, 전력, 소모자원, 인건비 등을 사용하기 때문에 우리가 흔히 친환경과 에너지 절약 등의 목적으로 수소자동차를 이용하는 것과 반대되는 내용인 것입니다.

  또한 현재의 수소는 주로 화석연료를 통해 제조되고 있습니다. 연료전지 차량은 주행 시에 이산화탄소나 질소산화물을 거의 발생시키지 않지만, 수소는 우리가 수소스테이션에서 충전하는 형태로 자연계에 그대로 존재하지는 않기 때문에 제조 공정에서 태양열 등의 재생가능 에너지에 의해 생산된 경우가 아니라면 오염물질을 발생시키게 됩니다. 수소 연료의 제조에 많은 자원, 수송에 상당한 비용이 들어가는 등 많은 과제가 남아있습니다.

  수소연료를 사용하기 위해서는 특수기술이나 희귀 금속자원 등이 필요하기 때문에 차량의 가격이 비싼 편이며 보급되어 있는 수소스테이션의 수가 턱없이 부족하고 수소 연료자동차를 만드는 제조사의 수도 적으며 때문에 차종의 다양성이 줄어들어 소비자로 하여금 선택의 폭이 좁다고 할 수 있습니다.

  또한 수소에 의해 자재의 강도가 저하되는 수소취화 현상이 발생할 수 있기 때문에 유지비용이 발생하거나 특수 자재사용에 의한 고비용 문제가 발생할 수 있습니다. 연료를 주입하는 충전작업에도 전력을 소모하며 한 소수 차량의 경우 1회 충전 시 약 40 kwh의 전력을 필요한다는 보고도 있었는데 이는 테슬라의 전기 자동차인 모델 3가 300km를 주행할 수 있는 전력량에 해당됩니다. 이는 수소를 70~80 Mpa까지 압축함과 동시에 영하 40℃까지 냉각해야 하기 때문입니다. 초기 수소는 압축과 냉각 작업을 거치기 위해 30분 정도의 소요 시간을 필요로 했기 때문에 충전소 방문 전 연락이나 예약이 필요했습니다.

  수소 스테이션은 안전성을 확보하기 위에 스테이션의 설치 위치나 연료 탱크의 설치방법, 안전인프라 등의 제약사항이 많은 관계로 일반 주유소의 약 3~4배 정도 비용이 드는 것으로 알려져 있습니다. 이렇게 고액의 비용으로 설치한다고 해도 수소 차량의 이용이 적은 관계로 이윤을 내기 힘들며 초기에는 1시간에 2~3대, 현재는 5~6대 정도로 회전 능력이 낮은 편입니다. 일부 트레일러에 이동식 수소 충전 스테이션을 탑재하여 운영 중이기도 하지만 압축과 냉각등의 기술력을 갖추기 위해 고가, 고중량일 뿐만 아니라 그에 반해 운반할 수 있는 수소의 양이 적어서 효율이 매우 낮습니다.

  전기 자동차의 초기모델처럼 아직 필요한 니즈를 충족시키기에는 기술력과 제반시설의 보급이 매우 낮기 때문에 수소연료전지자동차가 가야 할 길은 아직 많이 멀게 느껴집니다. 하지만 혁신적인 기술의 개발과 정부나 지자체 등의 인프라지원등이 개선된다면 수소연료전지 자동차도 다시 주목받게 되는 날이 오지 않을까 싶습니다.