화석연료 대체 수소차 ‘수소경제’를 향해 시동

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기술미래 ㅣ HIT! 이 기술 화석연료 대체 수소차 ‘수소경제’를 향해 시동 ‘탄소중립’ 친환경 시대와 지속가능 미래 위한 차세대 자동차 주목

기사입력2022-06-10 00:00

요새 뉴스를 보면 ‘탄소중립’이라는 말이 자주 나온다. 정확한 의미가 무엇일까? 인간의 활동에 따라 배출되는 탄소의 양을 최대한 줄이고, 남은 탄소는 산림을 통해 흡수하거나 이산화탄소를 포집·저장·활용해 실질적인 탄소배출량이 0이 되도록 하는 것을 뜻한다.

최근 들어 탄소중립이 부쩍 자주 언급되는 이유는 지구온난화 때문이다. 지구의 평균 이상 온도가 상승하면 생물 다양성, 건강, 생계, 식량 안보, 경제 성장 등에 위협이 커진다. 지구온난화는 폭염, 폭설, 태풍, 산불 등 각종 재해의 원인이 되기도 한다. 이러한 위기를 막고 지속 가능한 미래를 꿈꾸려면 지구온난화의 주범이 되는 탄소배출을 억제해야 한다.

탄소중립을 실현하는데 자동차를 빼놓을 수 없다. 자동차산업은 생산, 사용, 폐기 등 모든 과정에서 온실가스를 배출하는 산업이기 때문이다. 아직까지는 내연기관을 통해 화석연료를 사용하는 자동차들이 주류를 이루고 있지만, 향후에는 전기와 수소 등을 이용한 친환경 자동차로 대체될 전망이다. 우리나라는 2035년 무공해차 전환을 목표로 삼고 있다. 2035년부터는 신차를 구매할 때 전기차 또는 수소차로만 구매할 수 있다는 뜻이다.

실제로 전기차는 부쩍 늘어나 어느덧 20만대 시대를 맞이했다. 환경부에 따르면, 2021년 국내 전기차 누적 등록대수는 23만1443대로 나타났다. 이는 2020년 대비 71.5% 증가한 수치다. 그렇다면 전기차와 함께 친환경 자동차로 손꼽히는 수소차는 어떨까. 환경부가 추산한 2021년 국내 수소차 누적 등록대수는 1만9477대다. 여기서 궁금한 점이 있다. 수소차는 왜 전기차보다 보급이 더딘 것일까?

◇전기차 비해 상용화 늦는 수소차=전기차와 달리 수소차를 찾아보기 힘든 이유는 무엇일까. 수소차의 구동 방식과 인프라 구축 등을 통해 살펴볼 수 있다.

우선 수소차 충전소가 턱없이 부족하다. 자동차가 구동하려면 연료가 반드시 필요한데 현재 수소차 충전소는 보급 초기단계에 있다. 2021년 12월 환경부에 따르면, 우리나라의 공공 전기차 충전기 누적 대수는 10만3089대인 것으로 나타났다. 반면 2021년 11월30일까지 우리나라에 구축된 수소충전소는 125기에 불과한 것으로 조사됐다. 앞서 언급한 전기차와 수소차 누적 등록대수와 충전소 개수를 비교해 보더라도 수소충전소가 훨씬 부족하다. 이에 정부는 2022년까지 수소충전소를 310기로 늘릴 예정이다. 전기차 충전기가 수소충전소에 비해 간편하게 설치할 수 있기 때문에 보다 빠르게 확산됐다. 전기차 충전은 24시간 가능한 반면, 수소충전소는 영업시간이 정해져 있어 더욱 부족하게 느껴질 수밖에 없다.

다음으로 수소차 제조 비용을 들 수 있다. 수소차는 전기차처럼 배터리에 저장된 전기를 사용하는 것이 아니라, 수소로 전기를 생성해서 구동하는 자동차다. 수소차는 수소와 공기 중의 산소가 만나 일으키는 화학반응을 활용한다. 수소탱크에 저장해 둔 수소를 연료전지로 보내면, 연료전지에서 수소와 공기 중의 산소가 만나 화학반응을 일으켜 전기와 물을 생성한다. 전기는 모터를 구동해 자동차를 움직이고, 물은 차 밖으로 배출한다. 수소차의 제조 비용이 비싼 이유는 연료전지 촉매제로 백금을 사용하기 때문이다. 이런 이유로 수소차의 보급이 더디게 됐다. 다만, 2021년 9월 한국에너지기술연구원의 연구진이 수소연료전기 핵심부품인 백금을 80% 절약해 제조단가를 30% 이상 낮출 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이런 기술이 널리 활용된다면 앞으로 수소차는 더욱 늘어날 것으로 보인다.

신재생 에너지의 중요도가 점점 커지는 상황 속에서 수소경제는 언젠가는 갈 수밖에 없는 길이다. 수소경제의 첫걸음을 내딛는 수소차 산업이 중요한 이유다. <이미지=이미지투데이>

앞서 언급한 수소차의 구동 원리와 구조를 살펴보면, 수소차가 시장에 진입하기 어려운 장벽이 또 있다. 구동 방식이 복잡하기 때문에 정비가 까다롭다. 내부공간에는 수소탱크통, 연료전지, 배터리, 구동 모터를 모두 갖춰야 하기 때문에 공간 활용이 떨어진다. 전기차가 주행에 필요한 동력계가 단순해 내부공간을 넓게 확보하는데 유리한 것과 대조적이다. 현대자동차의 수소차인 넥쏘가 세단이 아닌 SUV로 출시된 점도 이런 이유 때문이다.

수소에너지가 일반에 널리 보급되지 않은 만큼, 막연한 선입견도 있다. 상당수의 사람들이 수소차를 보고 수소폭탄을 연상하곤 한다. 사고가 났을 경우 폭탄처럼 펑 터질 것을 걱정하는 것이다. 하지만 수소차에 들어가는 수소는 수소폭탄에 들어가는 중수소나 삼중수소와는 다르며, 자연상태에서는 수소가 중수소, 삼중수소가 될 수도 없다. 전문가들은 수소차가 LPG보다 안전하다고 설명한다. 수소차가 대중화되기 위해 풀어야 할 숙제이기도 하다.

◇수소차 시장 관련 인프라 구축 중요=그렇다면 수소차의 개발과 보급 과정에 많은 어려움이 있는데도 수소차를 개발하는 이유는 무엇일까. 이는 수소차가 전기차의 단점을 보완할 수도 있고, 수소차를 통해 의도할 수 있는 경제적 효과 또한 있기 때문이다.

수소차의 장점은 충전시간이 짧고 1회 충전에 따른 주행거리가 전기차보다 길다. 전기차는 외부에서 전력을 공급받아 내부 배터리에 저장한 뒤 그 힘으로 모터를 돌린다. 따라서 배터리 용량에 한계가 있다. 반면 수소차는 구동 원리상 이러한 문제에서 자유롭다. 전기차를 충전하는데 보통 1시간 가량이 소요되는 반면, 수소차의 충전시간은 5분 남짓이다. 이런 이유로 향후 버스, 화물차, 선박, 항공기 등은 수소에너지 사용이 대세가 될 것이라는 의견이 많다. 전기차의 경우 화물차로 활용하는데 상대적으로 효율이 떨어진다. 배터리 부피가 커서 충전시간이 일반 승용차보다 더 오래 걸리기 때문이다. 수소차는 이런 문제를 해소할 수 있다.

단, 수소차 시장이 성장궤도에 오르려면, 수소차 보급뿐만 아니라 전반적인 수소경제 인프라 구축과 관련 법안 마련 등이 통합적으로 이뤄져야 한다. 이러한 움직임의 일환으로, 지난 5월29일 수소경제 육성 및 수소 안전 관리에 관한 법률 일부개정법률안(수소법 개정안)이 국회 본회의를 통과했다. 수소경제를 구축하기 위한 여정에 한 걸음 나아간 것이다. 이번 수소법 개정안은 ▲청정수소에 관한 명확한 정의 ▲수소발전용 천연가스 요금체계 도입 ▲청정수소 사용을 촉진하기 위한 등급별 인증제 ▲수소발전 입찰 시장 도입 등을 담고 있다.

◇미래 수소경제를 향한 시동 ‘수소차’=수소차가 활성화되면 향후 수소경제를 구축하는 데에도 도움이 될 수 있다.

수소경제란, 석유나 석탄 등 화석연료를 대체해 수소를 주요 에너지원으로 사용하고, 수소 관련 산업을 육성해 산업과 시장을 새롭게 성장시키는 경제산업 구조를 말한다. 우리나라도 2019년 수소차와 연료전지를 양대 축으로 삼아 수소경제 선도국가로 도약하기 위해 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 제시했다.

왜 수소경제가 중요할까? 전기는 저장성이 떨어진다. 전기 연료전지는 있지만 용량의 한계와 방전의 문제가 존재한다. 반면 수소는 기체나 액체 형태로 저장할 수 있다. 화석연료는 유한한 반면 수소는 언제 어디에서나 구할 수 있는데다 마르지 않는 자원이다.

석유 한 방울 나오지 않는 우리나라에서 수소를 주요 에너지원으로 사용한다면 이를 통해 창출할 수 있는 사회적·경제적 가치는 무궁할 것이다. 신재생 에너지의 중요도가 점점 커지는 상황 속에서 수소경제는 언젠가는 갈 수밖에 없는 길이다. 수소경제의 첫걸음을 내딛는 수소차 산업이 중요한 이유다. 중기이코노미 안수영 기자