[생활TECH] 수소차의 시작은 NASA?
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[생활TECH] 수소차의 시작은 NASA?
  • 선연수 기자
  • 승인 2019.02.18 18:03
  • 댓글 0
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뜬금없는 우주과학 ⑥

[테크월드=선연수 기자]

 

최근 친환경 에너지와 관련해 하이브리드차, 수소차, 전기차 등 새로운 연료 공급 방식의 자동차들이 속속 등장하고 있다. 이 중 수소는 어떻게 자동차의 동력원이 된 것일까? 19세기에 이미 연료 전지에 대한 개념과 생산 원리는 존재했으나, 넘치는 석유 자원과 수소 연료 전지의 생산 비효율성 때문에 당시엔 주목받지 못했다. 이후 1950년대 후반, 우주 산업의 성장과 함께 본격적으로 수소 연료 전지에 대한 연구가 시작됐다. NASA는 우주상에서 태양열 에너지를 이용해 전력을 공급받지만, 행성이 태양을 가리는 등의 이유로 태양에너지를 받지 못할 경우의 전력이 필요했다. 본체를 움직이는 동력뿐만 아니라 선내 각종 제품들의 전지로 쓰일 에너지원도 필요해 NASA는 친환경적인 수소 연료 전지를 지구 밖의 에너지원으로 채택하게 된다.

 

수소가 어떻게 에너지가 될까?

먼저 수소를 만들어내는 원리는 간단하다. 물의 전기분해 시 산소와 수소가 발생하는 원리를 역이용해, 산소와 수소의 촉매반응을 통해 전기를 만들어내는 것이다. 이 때 환경에 무해한 물이 발생하고, 생성되는 전기는 자동차의 동력원으로 사용된다. NASA는 이 원리를 이용한 수소 연료 전지를 유인 우주 탐사 프로젝트인 아폴로 계획에 사용했다. 우주선에 이용된 연료 전지는 각각 563~1420W를 출력했고, 최대 2300W까지 가능했으며, 발생되는 물은 식수로 이용했다. NASA의 프로젝트에 참여했던 연구진들이 수소 연료 전지의 상용화에 대한 연구를 시작하면서, 1970년대부터 수소차에 대한 개발이 시작됐다.

아폴로 유인 우주 탐사 계획에 사용된 연료 전지와 같은 모델   출처 : 미국 국립 항공 우주 박물관

 

국내 CO2 배출량 6억tCO2 넘어, 결국 미래는 친환경

간단한 전력 공급 원리와 실제 우주 탐사 실용화의 성공에도, 수소 연료 전지를 사용하지 않았던 이유는 대체 무엇일까? 바로 효율성이다. 산업혁명 이후 석유는 넘쳐났고, 환경 보호에 대한 인식조차 무지한 상태였다. 넘치는 화석 연료를 뒤로하고 굳이 공들여 자원을 만들 필요가 없었지만, 이젠 우리가 살아가는 지구의 건강, 그로 인한 인간의 건강을 지킬 시대가 왔다.

또한 석유 자원은 고갈되는 한정적 자원으로, 언제까지고 화석 연료를 태우는 자동차를 타고 다닐 수는 없다. 환경부에 따르면, 2016년 기준 국내 온실가스 총배출량은 6억 9406만 6천tCO2이고, 그 중 연료 연소와 관련한 에너지 부분이 6억 484만 3천tCO2로 전체의 약 87%를 차지했다고 발표했다. 자동차 업계에서 전기차, 수소차와 같이 친환경적인 자동차들을 연구하는 단계로 접어들 수밖에 없는 시점이 도래한 것이다.

 

현대자동차의 넥쏘(NEXO) 출처 : 현대자동차

현재 국내 현대를 비롯해 세계적으로 도요타, 혼다, 닛산, 포드, GM, 벤츠, 폭스바겐 등 한국, 일본, 독일을 중점적으로 수소차 개발이 이루어지고 있다. 현대는 넥쏘(NEXO) 모델을, 토요타는 미라이(MIRAI), 벤츠는 GLC F-CELL을 출시했다. 이 중 벤츠의 GLC F-CELL은 수소 연료 전지와 플러그인 하이브리드 시스템을 결합한 형태로 수소 연료 전지가 주 동력원이 되고, 리튬 이온 배터리가 추가적인 동력을 제공하는 방식이다. 전세계의 수소차와 관련해 수소 연료 전지의 상용화를 추진하는 수소위원회도 2017년 설립됐다. 위원회는 현대, 토요타, BMW, 혼다, GM 등의 회원사들로 구성돼있다.

벤츠의 GLC F-CELL 출처 : 벤츠

 

수소차 보급, 언제쯤?

실제 제품들이 출시됐지만, 여전히 한계점이 존재한다. 전력 생산을 위한 값비싼 촉매 사용, 주요 자원인 수소 공급 방식, 충전소 인프라 부족이 해결 과제이다. 먼저 산소와 수소의 전기 화학 반응에는 백금이라는 촉매가 필요하나, 이 촉매는 1kg당 1억 원이 넘는 가격으로 배보다 배꼽이 더 큰 격이다. 백금을 대체하기 위한 촉매제 연구가 계속 진행중이며, 개발의 성공 여부에 따라 수소 연료 전지의 가격 인하를 기대해 볼 수 있다.

두 번째는 주 자원인 수소의 공급 방식이다. 각종 발전소에서 부가적으로 발생되는 수소를 이용하는 방법도 있으나, 이것만으론 자원의 양이 부족할 뿐만 아니라 공해를 일으키는 발전소의 부산물을 이용하는 것이 아이러니라는 지적도 따른다. 

마지막은 충전 인프라 구축 문제로, 현재 일반인이 이용 가능한 수소차 충전소는 국내에 9곳 밖에 존재하지 않는다. 수소차는 몇 분 되지 않는 짧은 시간의 충전으로 보통 600km 이상의 주행거리를 갖지만, 이 장점을 살리기엔 충전소 개수가 턱없이 부족한 실정이다. 정부도 올해 수소차 보조금을 올려 대당 3600만 원까지 지원하며, 충전소는 올해 내로 86개, 2022년까지 310개까지 늘릴 예정이라고 발표했다. 기업의 개발뿐 아니라 정부의 지원과 함께 수요를 충족할만한 수소차 시장이 빠르게 자리 잡길 기대해본다.