[오토캐] 수소사회로 가는 핵심키, 연료전지 l 수소#03

[오토캐스트=이다정 기자] 석유와 같은 화석연료는 평생 마구 써도 좋을 만큼 넉넉하지 않다. 고갈도 문제지만 환경오염 주범으로도 꼽힌다. 이를 대체할 에너지원으로 ‘수소’가 떠오르고 있다. 수소를 에너지로 만드는 데는 연료전지가 필요하다. 연료전지는 연료와 공기를 반응시켜 전기를 생산하는 장치다. 이 때 연료로 ‘수소’를 사용하면 흔히 말하는 수소연료전지가 된다.

전세계가 유독 수소를 연료로 한 수소연료전지에 집중하는 이유는 무엇일까. 수소라는 물질이 친환경적일 뿐만 아니라 누구나 생산해 활용할 수 있기 때문이다. 이를 얼마나 효율적이고 깨끗하게 ‘생산’하고 ‘운반’하고 ‘활용’할 것인 지가 관건이다. 독일의 수소 경제학자 제레미 리프킨이 “수소 혁명으로 수소는 인간 문명을 재구성하고 세계 경제와 권력 구조를 재편하는 새로운 에너지 체계로 부상할 것”이라고 거듭 언급한 것도 아마 수소의 이런 특성을 반영한 것일 것이다.

#수소연료전지차와 배터리전기차, 뭐가 다른가

수소연료전지는 흔히 자동차 동력원으로 쓰인다. 현대차의 넥쏘나 토요타의 미라이가 대표적이다. 이들 자동차는 배터리 전기차와 같이 전기 에너지로 달리지만 이 전기를 만들어 내는 방식이 다르다. 구동력에 필요한 전기를 외부에서 받아 쓰느냐, 내부에서 만들어 쓰느냐의 차이다. 배터리 전기차는 차체 내 배터리에 전기를 직접 충전해 쓴다. 반면 수소 연료전지차는 수소탱크에 수소를 충전하고, 연료전지를 통해 내부에서 전기를 만들어낸다.

자동차 관점에서만 보면 수소 연료전지차와 배터리 전기차는 단순히 ‘충전을 통해 전기와 모터로 굴러 가는 친환경차 중 하나’다. 하지만 큰 규모에서 바라볼 때 수소연료전지는 ‘저장’ 측면에서 단연 뛰어나다. 우리가 일상에서 사용하는 ‘발전소에서 만든 전기’는 현실적으로 저장이 불가능하다. 저장이 가능하더라도 워낙 대용량이라 한계가 있다. 가장 강력한 전기 에너지인 번개를 가공하거나 저장하지 못하고 땅으로 흘려보내는 것만 봐도 알 수 있다. 전기를 따로 보관해 놓고 필요할 때마다 쓰기가 어렵단 얘기다. 

작은 용량의 전기는 배터리에 저장해 옮기기도 하지만 실상은 효율이 꽤 떨어진다. 저장할 수 있는 전력량에 한계가 있는 데다가, 사용 횟수가 많아지고 시간이 지나면 충전 최대 용량이 줄어들면서 결국 방전된다. 하지만 수소는 저장과 수송이 용이하다. 전기를 배터리에 저장해 옮기는 것보다 만들어진 전기를 수소로 만들어서 옮기는 게 훨씬 쉽다. 수소만 보충해주면 필요할 때 필요한 만큼 만들어 쓸 수 있어 효율성도 높은 편이다.

#수소연료전지, 자동차 외 어디에 쓰이나

이 같은 장점을 살리면 수소연료전지의 활용도는 무궁무진하다. 수소차를 시작으로 세계 곳곳에서는 수소 생산 설비를 만들고 운송 부분을 비롯해 발전, 가정용 등에 수소를 사용하기 위한 투자를 이어가고 있다. 최근에는 수소연료전지를 활용한 버스나 트럭, 선박과 같은 대형 운송 수단이 눈에 띄게 늘었다. 현대자동차에서는 이미 수소전기트럭과 밴 종류를 만들고 있다. 지난해 세계 최초로 양산에 성공한 대형 수소연료전지 트럭 ‘엑시언트 수소전기트럭’을 스위스에 지난해 7월 첫 선적해 1년간 46대를 수출했다. 오는 2025년까지는 총 1600대 수소 트럭을 스위스에 수출할 계획이다.

수소 열차, 수소 트램, 수소 선박 등 운송 수단 뿐만 아니라 대형 발전 분야에도 쓰인다. 우리나라에서는 2012년부터 발전소를 본격적으로 설치하기 시작했다. 발전소에서 사용하는 연료전지 역시 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 만든다. 연료전지 발전기는 디젤 발전기 대안으로도 사용 가능하다. 이는 전기 공급이 어려운 지역이나 야외 촬영 현장 등에서 사용할 수 있다. 현대차는 이를 돌발 상황에서 충전이 필요한 전기차 모터스포츠 등 다양한 분야에서 활용하기도 한다.

#수소사회 진입 위한 준비

수소 생산과 운송, 공급 인프라 구축에 속도를 내면서 수소 사회는 더욱 가까워지고 있다. 운송 수단은 물론 집에서 사용하는 전력, 건물, 공장 등 도시 전체가 수소연료전지로 움직이는 날을 준비하고 있는 것. 이같은 수소사회 구성에는 국가적인 움직임도 활발하지만 자동차 브랜드로는 토요타와 현대자동차가 적극적이다.  

토요타는 CES 2020에서 ‘우븐시티’ 라는 실험도시 건설 계획을 발표했다. 후지산 인근 공장 부지를 활용해서 2000명이 살 수 있는 도시를 만들겠다는 것인데, 핵심은 이곳의 모든 요소가 수소연료전지를 동력원으로 한다는 점이다. 이 도시를 통해 수소를 ‘만들고’, ‘운반하고’, ‘사용하는’ 일련의 에너지 순환에 관한 실증을 연구한다. 

현대차 역시 수소사업에 발빠르게 나서고 있다. 2013년 세계 최초로 양산 수소차를 만들어낸 데 이어 넥쏘, 수소버스 등 수소 연료전지차를 선보였다. 이 밖에 수소연료전지를 활용한 운송, 발전 분야에도 적극 투자하고 있다. 이달 7일에는 수소사업의 새 비전과 새로운 기술 솔루션을 공개한다. 이날 행사를 통해 미래 수소사업 전략과 핵심 수소기술, 신규 시스템 및 모빌리티를 소개할 계획이다.

dajeong@autocast.kr