수소사회

- “나는 언젠가 물이 연료로 쓰일 날이 오리라고 믿네, 물의 구성성분인 수 소와 산소가 개별적으로 쓰이는 동시에 쓰이든 간에 무진장한 열과 빛을 제 공해주는 에너지원이 되리라고 믿네. 언젠가는 기선의 석탄창고나 기관차 뒤에 딸린 급탄차에 석탄이 아니라 수소와 산소의 압축기체가 실리게 되겠지. (중략) 이 지구에 사람이 살고 있는 한, 지구는 인간에게 필요한 것을 조달해줄 거야.” (쥘 베른, 『신비의 섬』(1874))
- 넥쏘는 특히 최첨단 수소전기차인 만큼 △무공해 △짧은 충전시간 긴 주행거리라는 장점을 갖췄다. 순수전기차(EV) 역시 이산화탄소를 발생시키지 않지만, 완충(완전충전)에 걸리는 시간이 6~9시간에 달해 개인 차고가 아니 과 공동 주차장을 쓰는 아파트 문화인 한국에는 적합하지 않다고 전문가들은 보고 있다. 또 배터리 기술이 향후 비약적으로 발전하더라도 전기차의 1회 충전 주행거리는 1000km가 넘지 않을 것으로 전망되고 있다. 브라우어 미국 국립 수소연료연구센터(NFCRC) 소장은 “수소전기차는 무공 해, 빠른 충전, 긴 주행거리를 특징으로 한다”며 “배터리로는 이 모든 것들을 하기가 쉽지 않다. 배터리는 더 짧은 주행거리와 더 작은 자동차에 적합 다”고 전했다. '넥쏘'의 이름은 어디서 유래했을까. '넥쏘'는 고대 게르만어로 물의 정령 (精靈·spirit)'을 뜻한다. 또 '넥쏘는 덴마크의 섬 이름이자 ‘첨단 기술(High Tech)' 의 의미도 담고 있다.
- 수소전기차에 사용되는 연료전지는 상압(常壓)과 가압(加壓) 두가지 시스템 이 있다. 상압은 효율이 높아 연비와 내구성이 뛰어나고, 가압은 효율적인 물 관리로 냉각 성능이 높다는 장점이 있다. 반대로 보면 상압은 고온과 고 지에서 동력 성능이 떨어지고, 가압은 효율이 낮다는 단점이 있다. 현대차는 기존의 상압과 가압시스템에서 벗어난 가변압 시스템을 개발해 '넥쏘'에 적용했다. 이를 통해 효율과 항속거리를 훨씬 높였다. '넥쏘'의 내구성은 일반 내연기관 자동차와 비슷한 10년 16만km이다. 성능을 크게 개선한 '넥쏘'의 연료전지 전용부품 국산화율은 99%에 달한다. 특히 연료전지에서 산소와 수소의 화학적 반응을 이끌어 내 전기에너지로 변환시키는 핵심부품(MEA)은 이전까지 수입에 의존했으나 국산화에 성공했다.
- 수소전기차(FCEV)는 과연 미래의 '대세' 친환경차가 될까. 관련 업계 전문가들은 수소전기차와 전기차(EV)가 서로 경쟁하는 관계가 아니라, 함께 발전할 것으로 보고 있다. KPMG는 2040년이면 세계 자동차 시장이 전기차·수소전기차 가솔린차· 하이브리드차 등으로 용도에 따라 나뉠 것으로 예측했다. 수소전기차는 2030년 전세계 자동차 5대 중 1대(2600만대 21%)의 비중을 차지하며, 2040년에는 전 세계 자동차 4대 중 1대가 수소전기차(3500만대)가 될 것으로 전망했다. 예컨대 출퇴근용 단거리 주행은 전기차, 장거리 주행이나 대중교통은 수소전기차가 유망하다는 것이다. 수소전기차는 연료주입 시간이 3~5분으로 가솔린 자동차와 같고 한 번 연료 주입으로 600km 가량 달릴 수 있는 장점이 있다. 주행거리는 전기차(300km)는 물론 기존 자동차(400m)보다 월등하다. 잭 브라우어 미국 국립수소연료연구센터(NFCRC) 센터장은 “에너지 밀도(energy density)에서 전기 배터리는 결코 수소를 이길 수 없다”며 “디젤 연료가 활용되는 버스·트럭 대형 화물차 대륙간 해상운송 등 장거리 대규모 운송을 해낼 수 있는 친환경 연료는 수소 뿐”이라고 강조했다. 미래에 전고체 배터리가 나온다고 해도 배터리는 장거리, 대규모 운송을 해낼 수 없다는 설명이다.
- 에네팜은 기본적으로 수소를 산소와 화학 반응한 전기를 이용한다는 점에서 수소전기차와 작동 방식이 같다. 다만 수소를 직접 충전해 사용하는 방식이 아니라 가정으로 공급되는 도시가스 및 LP가스에서 수소를 생성한다는 점이 조금 다르다. 직접 가스를 연소시키지 않고 수소와 산소의 화학반응으로 생긴 전기와 열(물)을 이용한다는 점에서 효율성이 더 높다. 전기는 전등 가전제품 등에, 열(물)은 온수에 사용된다. 특히 지금까지 유효하게 활용하지 못한 열까지 가정에서 이용할 수 있다는 장점이다. 전기와 열을 잘 활용하면 95%의 에너지 효율을 기대할 수 있다. 화력발전에서 가스 등을 태워 전기를 발전하면, 사용되지 않는 폐열과 송전손실로 에너지 효율은 40%에 그친다. 에네팜은 파나소닉, 아이신 등이 생산하고 도쿄가스, 오사카가스 등 석우. 가스 기업이 영업을 담당하고 있다. 석유가스 기업이 직접 영업을 담당해 보 급 및 소비자에게 합리적인 서비스 제공이 가능하다는 장점이 있다. 일본 정부는 연료전지의 종류와 설치 가격에 따라 2018년 기준 6만~20만엔의 보조금(지자체 별도)을 지급한다. 연료전지 종류에는 전해질에 따라 PEFC(고체고분자형), SOFC(고체산화물형) 두 가지가 있다. SOFC는 700도가 넘는 고온의 열이 발생해 가정에서 이용하는 것이 어려웠으나 최근 기술이 발전 하면서 보급량이 늘고 있다. 보급 초기 300만엔(3000만원)이 넘었던 PEFC 에네팜 설치비용은 지난해 3분의 1 수준인 103만엔(1030만원)까지 떨어졌다. 2020년이면 보조금이 필요없는 자립적인 시장이 형성될 것으로 전망된다.
- 브라우어 국립 수소연료연구센터장은 “100% 재생가능 에너지로 구성되는 전력망(grid)은 대규모의 연중 상시 공급 및 저장 능력을 필요로 한다”며 “배터리 전기는 이런 능력이 없다”고 말했다. 그는 “배터리를 대규모 전력망으로 구축하려면 수소연료보다 훨씬 더 비싸고 리튬이온 배터리의 원료인 코발트는 전 세계에 매장량이 충분치가 않다”며 “우리가 아는 모든 배터리는 어느 정도 방전되며, 따라서 1월에 배터리를 저장하면 9월이 되면 얼마 남아 있지 않을 것”이라고 지적했다. 이와 달리 수소의 경우 1월에 저장하면 9월에 거의 다 남아 있다는 설명이 다. 수소는 방전 없이 비축이 가능하며, 필요한 경우 언제든 꺼내쓸 수 있는 '연중 저장능력(seasonal storage)'이 있다는 것이다. 캘리포니아주 현지에서 만난 전문가와 일반 시민들은 수소가 가장 안전 한 연료'라는 데 한목소리를 냈다. 아이작 김 FEF 최고재무책임자(CFO)는 수소의 안정성에 대한 질문을 받고 "모든 연료는 에너지 밀도가 있기 때문에 불안하다”며 “이 가운데 수소가 가 장 안전한 첫번째 이유는 피부에 접촉되거나 마셨을 때 무해하다는 점, 1시 간에 44마일을 가는 가장 가벼운 원소라는 점, 위로 증발해 버린다는 점, 조그만 구멍이 뚫려있어도 찾아서 나간다는 점 때문”이라고 설명했다.