탄소중립, ‘수소차’ 꿈틀...친환경 에너지원으로 재조명

[테크월드뉴스=서용하 기자] 탄소중립 시대, 미래 차 기준이 전기차로 기우는 가운데, 수소차도 꿈틀거리며 기지개를 켜는 모양새다. 전 세계가 친환경 에너지 정책에 골몰하고 있는 가운데 전기차에 이어 수소에 대한 관심과 기대도 부쩍 커지고 있다. 수소는 온실가스 배출을 줄이고 경제적 효용성 측면에서도 가치가 높아 전기차와 더불어 차세대 친환경 에너지원으로 재조명받고 있다.

▲ 수소차, 무색·무취·무비·무독성의 기체 활용··· 연료로 우수

수소차는 물 이외의 배출가스를 발생시키지 않는 환경친화적 자동차다. 수소차는 수소와 공기 중의 산소를 직접 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지를 이용한다.

수소가 연료전지에 공급되면 전자와 수소이온으로 분리되고 이때 발생한 전자들은 외부 회로로 전달, 전기모터를 돌려 자동차가 움직인다.

또한 수소에서 분리된 수소이온들은 전해질막을 통과해 막 반대편의 연료전지에 공급된 공기 중의 산소와 반응해 물을 생성하게 되는데, 이때 생성된 물은 수소차의 유일한 배출물로서 남은 공기와 함께 대기 중으로 배출된다.

수소차가 물 이외의 배출가스를 발생시키지 않는 환경친화적 자동차로 불리는 까닭이다.

수소차는 전기차와 동일하게 엔진이 없으며, 외부 충전을 해야 하는 전기차와 달리 전기공급 없이 내부에서 전기를 생산한다.

실린더 내에서 수소를 직접 연소시켜 에너지를 얻는 차량으로, 그 작동 방식은 내연기관 차량과 동일하지만, 휘발유나 경유 대신 수소를 사용한다는 차이가 있다.

한편, 수소는 무색·무취·무비·무독성의 기체로, 단위 질량당 에너지가 매우 큰 특성을 보여 연료로서는 우수한 성질을 가지고 있다.

수소차의 장점은 연비가 좋고, 충전 시간이 짧으며 한번 충전 후 약 600km 주행이 가능하다. 단점은 고가의 차량 가격, 차종이 적고, 충전소 부족을 꼽는다.

▲ 수소차, 1회 충전 시 주행거리 609km, 충전 완충까지 5분

미래 차 기준은 전기차냐 수소차냐 갑론을박이 벌어지고 있지만, 현재까지는 전기차가 수소차에 한참 앞서가는 모양새다.

하지만 수소차의 장점도 만만치 않다. 일단 수소차는 완전 무공해 친환경 차량이지만, 전기차는 전기를 만들기 위해 석유 등의 에너지가 사용된다는 점에서 완전한 무공해 친환경 에너지원이라고 할 수 없다.

다만 최고 출력에서는 전기차가 앞서있다. 수소전기차인 현대차 넥쏘의 경우 최고 출력 160마력, 최대토크 40.8kg·m이지만, 전기차인 현대차 코나는 최고 출력 204마력, 최대토크 40.3kg·m이다.

수소차가 가장 내세울 수 있는 부분은 주행거리와 충전 부분이다. 수소전기차인 넥쏘의 경우 1회 충전 시 주행거리가 609km에 이르지만 전기차 코나가 406km인 것에 비하면 상당한 차이다.

충전 시간도 수소전기차는 완충까지 5분밖에 들지 않는다. 휘발유나 디젤을 주유할 때 시간과 큰 차이가 없다. 전기차 코나는 80% 완충까지 54분이 소요된다. 이 역시 급속충전기를 사용할 때 시간이다.

반면에 수소전기차는 충전소가 절대적으로 부족한 상황에서 충전소에서만 충전이 가능하다는 단점이 있다.

전기차는 전기 콘센트를 이용할 수 있어 상대적으로 충전 장소가 다양하다.

충전 비용도 전기차가 저렴하다. 현재 수소전기차의 수소 충전 비용은 km당 약 73원이지만, 전기차는 km당 약 25원으로 수소차가 거의 3배 더 비싸다.

차량 가격 역시 전기차가 부담이 적다. 넥쏘의 경우 6890만 원~7220만 원으로, 정부 보조금과 지자체 보조금을 적용하면 3390만~3970만 원에 구입이 가능해 전기차에 비교해 상대적으로 비싸다.

▲ 수소차 지속 성장 중··· 세계 각국, 수소 시장 포기 안 해

2020년 기준 글로벌 수소 생산시장은 1290억 달러 정도며 2025년까지 연평균 9.2%씩 성장이 예측된다.

미국은 2030년까지 수소 자급률 100% 달성 목표로 내세웠다. 기업들로 구성된 전국 단위 민간 단체인 연료전지 및 수소에너지협회는 미국 수소경제로의 로드맵을 통해 연간 7500억 달러 수익과 340만 개 일자리 창출을 목표로 2050년까지의 수소경제 구축을 위한 정책을 제안했다. 수소에너지협회는 2021년 기준 현대차와 두산중공업도 회원으로 가입돼 있다.

EU는 2020년 7월 EU 수소 전략을 발표하고 2050년까지 에너지 소비 중 청정 수소의 비중을 23%까지 확대하고 연간 매출 6300억 유로의 수소경제를 달성하겠다는 것이 주목표다.

중국은 자국 내 수소 수요를 2050년까지 5000만 톤을 목표로 최종 에너지에서 차지하는 비중을 10% 수준으로 높인다는 복안이다. 수소차 보급 목표를 2025년 5만 대 2030년까지 1000만 대를 보급한다는 계획이다. 수소 충전소는 2030년 1000개소로 설정하고 보조금을 확대할 계획이다. 유럽과 같이 수소 시범도시를 루가오, 타이저우, 원푸에 조성할 계획이다.

일본은 민관협력을 통한 프로젝트 진행과 국제 수소 공급망을 구축할 계획이다. 2014년 제4차 에너지 기본 계획에서 수소 사회를 추진할 것이라고 선언했다. 2017년에는 세계 최초로 수소 사회 실현 목표를 향한 전략 로드맵인 수소 기본전략을 발표했다. 아울러 2030년까지 30만 톤의 수소를 확보하겠다는 목표를 제시했다.

▲ 수소차, 아직은 걸음마··· 탄소중립의 동력원으로 확보 노력

11일 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 올 1분기 세계 각국에 등록된 수소연료전지차(FCEV)는 총 3737대다. 전년 동기(3577대)보다 4.5% 증가했다. 같은 기간 세계 전기차 인도량이 270만여 대였음을 감안하면 아직은 걸음마 단계다.

수소차 시장은 한국과 일본, 중국이 지배하고 있다. 일찍이 수소 전동화에 박차를 가했던 현대자동차는 수소 스포츠유틸리티차(SUV) ‘넥쏘’가 대표 모델로 1분기 점유율이 과반인 54.6%에 이른다.

지난해 1분기 1705대를 판매했는데, 올 1분기에는 2042대로 19.8%의 성장률을 기록했다. 1회 충전 시 860㎞를 달린다는 ‘미라이’로 유명한 도요타가 24.1%로 2위다. 3·4위는 중국의 포톤(4.8%), 킹롱(3.0%) 순이다.

이에 미치지 못하지만 수소차 모델인 ‘BMW iX5 하이드로젠’을 소개한 BMW는 지난해부터 독일에서 이 모델의 소규모 시범 생산을 시작하기도 했다.

정부도 내년부터 수소차 충전소에서 운전자가 직접 충전할 수 있게 허용하는 한편, 도심 내 충전소 설치 기준도 완화하는 등 규제를 하나둘씩 개선하고 나섰다.

환경부, 현대자동차, SK E&S, 전국전세버스운송사업조합연합회 등 민관이 손잡고 통근버스를 수소버스로 전환한다. 이들은 지난 4일 오후 서울 웨스틴조선 호텔에서 수소 버스 보급 확대를 위한 업무협약을 체결했다.

협약 참여 기업은 삼성전자, SK하이닉스, 포스코, 포스코 이앤씨, SK실트론, 현대자동차, SK E&S다. 서울과 인천, 부산, 경기 등 12개 지방자치단체도 협약에 참여했다. 전국전세버스운송사업조합연합회를 비롯한 7개 운수사도 동참했다.

올해 4월 수소 고상버스가 출시되면서 저상버스(시내버스 등)뿐만 아니라 광역버스, 통근버스 등 고상버스도 수소 버스로 보급할 수 있는 길이 열렸다. 이에 환경부는 업무협약을 바탕으로 수소 고상버스 보급을 본격적으로 추진한다.

이번 업무협약 참여기업은 통근버스를 2023년까지 250대 이상, 2026년까지 2000대 이상 수소 버스로 전환하기로 했다.

한편, 환경부는 ‘2030 국가 온실가스 감축목표’ 달성을 위해 수송 부문에서 무공해차 450만 대, 수소차 30만 대를 보급하기로 한 바 있다. 지난 3월 수소 상용차 보급 지원단을 구성해 지자체, 제작사, 운수사 등 다양한 이해관계자와 소통하기도 했다.

환경부는 단순 차량 보급뿐만 아니라 국민들이 생활 속에서 수소 버스를 더욱 친숙하게 받아들일 수 있도록 운수사와 협력해 수소 버스 상표(브랜드) 발족을 추진할 계획이다.

업계 관계자는 “전기차만큼의 대중성을 확보하긴 어렵겠지만, 탄소중립의 대안으로 동력원을 다양하게 확보한다는 차원에서 수소연료전지의 역할은 계속 필요할 것”이라고 분석했다.