독일 그린카의 선두주자, F-Cell!

- 수소연료전지차의 현재와 전망 -

□ 수소연료전지차(F-Cell)의 발전과 현재

 ○ 수소연료전지 자동차(fuel cell electric vehicle)는 수소연료기관의 수소와 산소의 반응에 의한 동력에너지로 운행하는 무공해 전기자동차임.

  - 가솔린 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소 결합으로 전기를 자체 생산하는 연료전지를 동력원으로 함.

  - 엔진이 없기 때문에 연소가 일어나지 않아 배기가스와 오염물질을 전혀 배출하지 않으며, 단지 수소와 산소의 화학반응만으로 전력이 생산돼 자동차가 움직이므로 배기구로는 정말 물만 배출되는 무공해 친환경 자동차임.

Mercedes B-Class F-Cell

자료원: Daimler

 ○ 2009년 지구온난화 심화와 에너지 소비 급증으로 EU 및 G8이 2050년까지 온실가스배출의 80% 감축을 합의하면서 수소연료전지차 개발이 각국 정부와 완성차 기업에 의해 더욱 탄력받기 시작함.

  - 1994년 다임러 벤츠가 세계 최초 수소저장방식의 연료전지를 이용한 NECAR1(New Electric Car)을 선보이면서 친환경적 요구에 상응하는 신재생에너지 친환경 자동차로 주목받기 시작함.

  - 1998년 독일 내에서는 기후보호에 대한 관심이 언젠가 고갈될 화석연료를 대체할 에너지 정책으로 이어져 CEP(Clean Energy Partnership)의 전신인 ‘교통, 경제, 에너지 절약 전략회의’가 창설됨.

  - 2002년 수소자동차와 수소에너지 프로젝트인 CEP가 창설돼 독일정부와 산업 간의 협력기관으로서 수소자동차산업 및 수소충전소 인프라 구축을 위한 활동을 시작함.

  - 2003년 다임러 벤츠가 연료전지버스 개발에 성공

  - 2004년 포드가 충전지 겸용 하이브리드 제작에 성공

  - 2009년 다임러 벤츠가 차량용 리튬이온 배터리를 제작해 전 세계 시장에 공급 시작

  - 2010년 다임러 벤츠가 일반 시리즈 자동차인 B-Class에 수소연료기관을 적용하는 데 성공했으며, 현대차 역시 투싼ix 수소연료전지차 개발에 성공

  - 2011년 일본 센다이 원자력 발전소 사고 이후 독일 내 원자력 발전소를 2022년까지 모두 폐기하기로 잠정 합의하며, 수소에너지 개발을 중심으로 신재생에너지사업 전환

  - 2012년 현대·기아차 투싼ix가 독일정부 수소연료전지차 시범사업 파트너로 선정

  - 2013년 2월 현대차가 세계 최초로 울산공장에서 투싼ix 수소연료전지차 양산에 성공

  - 2013년 7월 현재 독일 내 33개의 수소 충전소가 운영 중이며, 6개 추가 설치 중

F-Cell의 내부구조

자료원: Daimler

□ 수소연료전지차의 장·단점

 ○ 장점

  - 일반 가솔린 내연기관차의 이산화탄소 배출량이 1㎞당 140~240g인데 반해 수소연료전지차는 이산화탄소뿐만 아니라 탄화수소(HC), 녹스(Nox) 등의 오염물질을 전혀 배출하지 않음. 오로지 배기구로는 수증기만 배출되는 친환경 무공해 차량임.

  - 수소 충전 시 한 번에 수소 5~6㎏을 3~4분 이내에 충전할 수 있으며, 한 번 충전으로 주행거리가 약 600㎞에 달해 일반 자동차의 주행거리용량에 전혀 뒤지지 않음.

  - 화합물을 연소시켜 화학에너지를 열에너지로 바꾼 뒤 다시 운동에너지로 바꾸는 일반 내연기관과는 달리, 화학에너지를 바로 전기에너지로 바꿔 독립적으로 부착된 모터로 직결되므로 트랜스미션조차 없어 에너지 효율이 매우 뛰어남.

  - 수소에너지를 동력으로 하는 전기자동차이므로 엔진이 없어 출발 시를 제외하고는 주행 중 소음이 거의 없으며, 가속 시 기어변속이 필요치 않아 작동이 쉽고 편리하며 승차감이 매우 쾌적함.

  - 언젠가 고갈될 화석연료를 대체할 재생에너지로 연료 고갈의 염려가 없으며, 차세대 친환경 무공해 자동차에 가장 적합하다는 독일 전문가의 견해가 지배적임.

 ○ 단점

  - 일반 가솔린 동급 승용차와 비교했을 때 가격이 약 3배 이상에 달할 정도로 매우 비싸 현재까지는 장기 임대방식으로 최종 분할금이나 추가비용 없이 매월 약 900유로의 임대료로 운행됨.

  - 수소충전소 설치가 초기단계에 있어 수소충전소 인프라가 아직 좋지 않기 때문에 충전소가 없는 지역으로의 원거리 운행이 어려움.

  - 주행거리용량 확보를 위해 수소를 엄청난 압력으로 저장하는데, 수소에너지 관련 기관과 완성차기업의 철저한 위험성 테스트와 다양한 친환경 에너지 홍보에도 대중으로부터 수소폭발의 위험성에 대한 선입견에서 벗어나기가 쉽지 않음.

  - 아직 최고속도가 시속 약 160㎞로 대도시의 시내주행이나 경제속도 운행으로는 매우 적합하겠으나 중·장거리 고속운행을 선호하는 독일의 아우토반에서 속도에 한계가 있음.

□ 전망 및 시사점

 ○ 전 세계적으로 친환경적인 요구가 더욱 높아짐에 따라 현존하는 자동차 중 이산화탄소 배출량이 전혀 없는 가장 친환경적인 차세대 자동차로 급부상함. 상용화를 기점으로 점진적으로 시장규모가 확대될 전망

  - IEA(국제에너지기구) 450 시나리오에 따르면 2015년부터 수소연료전지차시장이 창출돼 2050년까지 전체 자동차 판매시장의 약 30%를 차지할 전망

  - 2014년까지 수소연료 전지차의 전 세계 판매량은 1만 대 정도로 예상되지만, 2015년 상용화를 기점으로 2020년까지 약 120만 대, 시장규모 약 169억 달러로 급증할 것임.

 ○ 독일 정부 산하 수소에너지산업협력기관인 CEP를 중심으로 Shell, Total, Linde, OMV, Statoil 등의 에너지 기업이 협력해 수소충전소 인프라 확보를 위한 계획이 이미 실행 중임. 2015년까지 독일 내 현재 33개의 수소충전소를 전국 100개로 확대 설치할 계획임. Daimler는 현재 임대차량으로 운영 중인 F-Cell 시리즈를 2014년까지 일반 자동차시장에 상용화할 계획

 ○ 1997년 도요타 프리우스가 첫 선을 보인 이후 현재까지 엄청난 투자를 바탕으로 실패와 성공을 반복하며 선전하고 있음에도 전 세계에 아직도 100만 대 단위의 판매량에 머물고 있음에 비추어 보았을 때, 새로운 자동차 기술로의 변형과 더불어 시장 점유를 위해서는 예상한 것보다 훨씬 더 많은 시간이 걸릴 수 있음.

  - 자동차시장의 변화를 위해서는 사회, 정치적 이슈와 경제상황에 따른 일반대중의 필요성과 인식에 따라 최소 20년 이상의 시간이 걸릴 것으로 전망함.

 ○ 2012년 현대차 투싼ix가 독일정부 수소연료전지차 시범 파트너에 선정되는 쾌거를 이룩했고, 올해 초에는 현대차가 울산공장에서 세계 최초로 투싼ix 모델 수소연료전지차 양산에 성공하면서 한국 친환경 자동차의 기술력과 관련 업계가 주목하고 있음. 독일 내에서 수소연료전지차 상용화에 가장 근접한 차로 평가되고 있는 만큼 이를 바탕으로 한국 자동차기업의 향후 독일 친환경 자동차시장 선점을 위한 더욱 전략적인 계획과 준비가 요구됨.

  - 수소연료전지차 기술은 모터, 연료전지, 새로운 구동계, 섀시, 안전설계기술, 모듈화 기술, 소음진동저감기술, 차체설계기술, 차량경량화 기술 등 다양한 분야의 부품 및 차량 기술을 필요로 하므로 완성차시장과 더불어 관련 자동차 부품시장 진출을 위한 국내 자동차 부품기업의 중·장기적인 기술개발 및 투자가 필요함.

  - 초고압 수소용으로 사용되는 부품의 개발, 수소탱크의 국산화, 안전기준 개발 및 시험평가 설비, 기술의 확보가 요구됨.

  - 수소연료전지차의 발빠른 상용화로 독일 친환경 자동차시장 진출과 더불어 전 세계 친환경 자동차시장을 선점하기 위해서는 국외 수출에 대한 투자와 국내 수소충전소의 인프라 구축, 국내 자동차 부품업계의 기술력 증진을 위한 범정부적인 중·장기 계획과 지원 및 지속적인 실천이 선행돼야 함.

자료원: Dr.Patrick Schnell(Clean Energy Partnership 의장), Claudia Fried(CEP 대변인), Dr.Christian Mohrdieck(Daimler F-Cell 개발팀장) 인터뷰 자료, www.tuev-sued.de, www.daimler.com, www.cleanenergypartnership.de, www.automobilwoche.de, Auto Motor & Sport