3. 수소의 날과 수소전기차

2015년 미국 의회는 매년 10월 8일을 '수소와 연료 전지의 날'로 정하고 수소와 연료 전지 강국임을 기념하기로 정했다. 10월 8일은 수소의 원자량인 1.008을 상징한다.

 연료 전지는 1960년대 미국의 제미니와 아폴로 우주선에서 세계 최초로 상업화되었다. 연료 전지는 우주선에서 전기뿐만 아니라 물도 공급하는 편리한 장치로 활용되었다. 이러한 연료 전지 상업화에는 1960년대 듀폰(Dupont)에서 개발한 네피온(Nafion)이라는 멤브레인(membrane)이 결정적인 역할을 했다. 미국에서 연료 전지는 병원, 대학 건물, 사무실 건물의 보조 전원으로 사용되고 있으며, 자동차에서는 전기버스와 전기 지게차에 사용하고 있다.

[왜 미국과 유럽에서 연료 전지 승용차의 보급화가 이루어지지 않았을까?]

  연료 전지 강국인 미국에서 승용차에 연료 전지를 사용하지 않는 것은 자동차 Big 3인 GM, Ford, Chrysler의 영향이 크다. 미국의 자동차 산업계는 연료 전지가 승용차에는 적당하지 않다고 생각한 것이다.

 연료 전지는 백금 촉매 등으로 인하여 내연기관 자동차와 가격 경쟁을 하기 어려운 수준으로 가격이 비싸다. 가격 때문에 묻혀 있지만, 또 다른 치명적인 단점은 수명이다. 자동차에서 요구하는 15만 마일의 반밖에 안 되는 7만 5천 마일 정도가 한계 수명이다. 또, 수소 폭탄까지 만들고 있는 미국은 수소의 위험성에 대해서도 인지하고 있다. 수소를 다루는 기술이 향상되었다고 하지만 수소는 여전히 위험한 물질이다. 수소는 천연가스를 고온의 수증기와 반응시켜 만드는데, 이때 수소와 동일한 양의 일산화탄소가 배출된다. 흔히 수소는 환경을 해치지 않는 깨끗한 물질로 알려져 있지만. 수소를 만드는 과정에서 다량의 유독가스가 생성되는 것이다. 그렇다 보니 유럽에서도 연료 전지 승용차는 인기가 높지 않다. 유럽에서는 가격, 수명보다 수소의 위험성과 일산화탄소에 의한 대기 오염 문제를 더 심각하게 생각하고 있기 때문이다.

[현대 자동차의 수소전기차 비전]

  2019년 1월 17일 울산에서 수소 경제 선포식이 있었다. 현대 자동차는 2040년에 수소전기차 640만 대를 판매한다는 야심 찬 계획을 내놓았다. 한국의 대표적인 자동차 업체인 현대 자동차가 산업의 방향을 전기자동차에서 수소전기차로 돌려놓고자 하는 것이다. 중국 시장 진출이 어렵게 된 국내 전지산업계는 수소전기차로 산업의 중심이 분산되면서 더욱더 어려움을 겪게 될 것으로 보인다.

 1990년 미국 캘리포니아 주는 California mandate를 공표한다. 자동차 Top 7 업체가 캘리포니아 주에서 자동차 판매를 하려면 일정량의 ZEV(Zero Emission Vehicle)를 의무적으로 판매해야 한다는 법령이다. ZEV는 전기자동차와 수소전기차처럼 내연기관이 없는 자동차를 말한다. California mandate의 공표는 전기자동차 시대의 출발점을 의미한다. 

 전기자동차 시대의 시작을 알리는 1990년, 현대 자동차는 국내 최초의 엔진인 알파엔진을 개발하고 있었다. 내연기관 자동차 사업의 기초를 확립하고 있는 시점에 자동차 산업계는 성숙된 내연기관 자동차 기술을 바탕으로 전기자동차 시대를 향하여 가고 있었다. 현대 자동차는 California mandate에 큰 충격을 받는다. 이에 현대 자동차는 차차세대인 수소전기차를 미래 자동차로 선정하고, 내연기관 자동차 개발에 역량을 집중한다.

 수소전기차의 Top3는 Toyota, Honda, 현대 자동차이다. Toyota의 Mirai, Honda의 Clarity와 현대의 ix35가 양산되고 있는 수소전기차이다. 판매와 리스를 포함하여 2017년에 6,500대가 판매되었다. 그렇다면 Toyota와 Honda는 왜 수소전기차를 생산하는 것일까?

 Toyota, Honda는 동력 지원 하이브리드 자동차(power-assist HEV)의 양산 업체이다. Toyota와 Honda는 여러 종류의 전기자동차 중에서 HEV만이 내연기관 자동차와 경쟁이 가능하다고 믿는 회사이다. 순수 전기차가 내연기관 자동차와 경쟁하려면 리튬 이온 전지보다 저렴한 전지가 필요하다는 것이 이들의 판단이다. 이를 위하여 Toyota와 Honda는 여러 종류의 전지를 개발하고 있다. 특히 Toyota는 리튬-황 전지, 리튬-공기 전지, 고체 전지, 연료 전지 등 다양한 전지에 관심을 갖고 있다. Toyota와 Honda가 수소전기차 사업을 하고 있는 것은 현대 자동차와는 달리 전기차에 대한 선택의 폭을 넓히려는 의도이다.

 연료 전지 개발의 핵심은 수명 향상이다. 이를 위하여는 듀폰(Dupont)의 네피온(Nafion)을 능가하는 획기적인 멤브레인 개발이 필요하다. 연료 전지도 결국은 소재와 부품 기술로 귀착된다. 국내 산업계는 소재와 부품을 일본에 의존하고 있다. 국산화 노력이 부족한 것이 아니라, 특허 때문에 특허를 가진 업체로부터 소재를 구매하는 것이다. 때문에 일본에 대한 소재 의존도는 앞으로도 낮아지기는 어려울 것으로 보인다.

 연료 전지에 대한 국내 인프라는 초라하다. 아직 걸음마 단계라고 할 수 있다. 국내의 빈약한 연료 전지 인프라를 가지고 현대 자동차가 어떻게 수소전기차 사업을 세계 일류 사업으로 성장시킬 수 있을지 많은 이들이 궁금해하고 있다.

[엔지닉의 요약정리!]

■ 연료 전지란?

 연료 전지(Fuel Cell)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 

 전기에너지를 발생시키는 장치 (출처 : 네이버 지식백과)

■ 연료 전지의 단점

  1) 연료 전지에 이용되는 백금 촉매 등으로 인한 비싼 가격

  2) 평균 요구 주행거리의 반밖에 되지 않는 짧은 수명

  3) 수소의 위험성 + 일산화탄소에 의한 대기오염 문제

   때문에 미국과 유럽에서는 연료 전지 승용차가 보급화되지 X

■ 현대자동차와 수소전기차

  -차차세대 미래 자동차로 수소전기차를 선정한 현대자동차

  but) 연료 전지에 대한 빈약한 인프라 속에서 현대자동차가 수소전기차 사업을 

       어떻게 세계 일류로 이끌어 나갈 것인지 귀추가 주목되는 부분