연료 전지, 미래 자동차 시장의 대세인가?

- 환경문제·고유가 등으로 관심 증가, 기술개발 촉진을 통한 조기 상용화 가능성 높아 -

- 대중화, 일반화되기 위해서는 아직도 해결해야 할 과제들 많아 -

보고일자 : 2008.9.23.

손병철 디트로이트무역관

Detroit@kotradtt.org

□ 지구 환경보호, 고유가 등으로 대체에너지를 이용하는 자동차 개발 활발

 ○ 최근 지구의 환경문제가 전 세계적으로 커다란 관심사로 떠오르면서, 전체 공해물질의 50%를 만들어내고 있는 자동차의 대체 에너지 개발이 활발하게 진행 중임.

  - 현재 일반적으로 개발이 되고 있는 미래형 자동차에는 전기자동차, 전지 및 내연기관의 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차, 화석연료를 대체할 수소, 에탄올을 이용하는 자동차 등 다양함.

  - 이들 중 전기자동차는 운행거리를 충분히 확보할 수 있는 축전지 기술에 한계가 있어, 현재로는 수소를 이용한 연료전지와 내연기관을 함께 사용하는 하이브리드형 자동차가 가장 유망함.

 ○ 수소 연료의 경우, 가격이 ㎏당 1.4~1.9달러로 예상돼 상당히 경제적으로 평가

  - 수소 연료의 가격이 저렴하고 수소 연료를 사용하는 차량의 가격이 2015년경에는 현재의 디젤 차량과 거의 비슷한 수준으로 떨어질 것으로 전망됨에 따라 주목을 받고 있음.

□ 현재의 연료전지 기술은 내연기관을 사용하는 자동차와 거의 동일한 수준으로 개발돼, 관련 모델들이 속속 출시되고 있는 상황임.

 ○ 과거 연료전지의 가장 큰 문제점이었던 저온에서의 시동시간, 저온에서의 내구성, 주행거리 확보, 전원공급의 유동성(정전) 등이 해결됨에 따라 실용화 단계에 도달함.

 ○ 북미 빅3 중 하이브리드형 자동차 개발이 가장 활발한 GM은 플러그-인 하이브리드형 자동차를 빠르면 2010년부터 양산할 계획을 발표했고, 포드와 크라이슬러의 개발 정도는 아직 로드 테스트 수준에 머물러 있는 상황임.

  - GM은 수소 연료를 사용하는 SUV형 에퀴녹스와 플러그인 스타일의 시보레 볼트의 두 가지 형태의 하이브리드 모델을 2010년부터 양산할 계획임.

  - 포드는 리튬이온 배터리를 이용한 하이브리드형 에스케이프를 시험 운전 중임.

  - 크라이슬러는 2006년부터 하이브리드형 돗지 스프린터를 테스트 중임.

  - 아울러, 신생 하이브리드 자동차 메이커들인 텔사와 피스커는 각각 스포츠형 전기자동차와 하이브리드형 자동차를 2008~09년 사이에 출시할 계획임.

세계 하이브리드 차량 판매 현황

자료원 : Marklines

□ 연료전지 자동차의 대중화·일반화를 위해서는 여전히 기존의 문제점들의 개선을 위한 설계기술의 개발과 연료 전지의 고비용구조 해결 및 내구성 강화, 연료 공급 편의성 제고를 위한 인프라 구축 또는 기술개발 등이 선결돼야 할 과제들로 존재

 ○ 연료전지 기술의 문제점 해결 및 기술의 정교화 필요

  - 과거 연료전지 기술의 문제점인 낮은 온도에서 연료전지 내에 있는 물이 Polymer Exchange Membrane을 응고 또는 파괴시킬 수 있다는 것과 낮은 온도에서 연료를 사용할 수 없다는 것, 연료 전지 내에 축적된 물이 전원공급의 유동성(정전)을 일으킨다는 것 등은 현재 기술 개발을 통해 해결한 상황임.

  - 하지만 소형차에 탑재가 가능한 연료전지의 소형화, 시스템의 정교화, 효율성 증가 등을 위해 지속적으로 설계 기술의 개발이 필요함.

 ○ 연료 전지의 생산비용 절감을 위한 노력 필요

  - 연료 전지는 촉매제로 고가의 백금을 사용하기 때문에 연료 전지 내에서 전기를 생산하지 않은 부분은 백금 대신 다른 금속을 사용하는 방법

  - 기술 개발을 통해 연료 전지 내의 불필요한 장치들을 제거해 비용을 줄이는 방법

   예) 원천적으로 습기 발생을 낮추거나 없애 연료전지 내의 제습기를 제거

  - 마지막으로 각각의 장치나 부품들을 통합해 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있는 방법 등

 ○ 연료전지의 내구성 강화 필요

  - 연료전지의 내구성은 2~3년 전에는 2000시간이었으나 현재는 약 5000시간이 필요

  - 현재 다임러에서 생산한 버스가 약 4000시간의 내구성을 보여주고 있어, 5000시간 확보는 어렵지 않을 것으로 전망

 ○ 연료의 원활한 공급을 위한 인프라 구축 필요

  - 연료전지의 연료 공급은 기존의 연료 펌프를 이용할 수 없으므로, 차량 내 Reformer를 장착하든지 연료 공급을 위한 인프라 구축이 필요

  - 장기적으로 기존의 화석 연료는 사용률이 떨어질 것으로 전망되기 때문에 전문가들은 인프라 구축이 비용적 측면에서 하이브리드 차량 내에 리포머를 장착하는 것보다 유리하다고 판단

  - 하이브리도 차량이 양산되기 이전에 필요한 인프라 구축을 위해 자동차 메이커들은 정부에 인프라 건설에 자금 지원이나 인센티브를 제공해줄 것을 요청하고 있음.

  - 현재 미국 캘리포니아주에는 25개의 수소 공급소가 있으나 대부분 운전 중에 쉽게 접근할 수 있는 곳에 있지 않으며, 향후 40개의 수소 공급소를 L.A.에 설치해 L.A. 인구의 절반이 5마일 이내에서 수소를 공급받을 수 있도록 할 계획임.

  - 또한 전문가들은 수소연료를 이용한 하이브리드 자동차 판매를 지원하기 위해 미국 전역에 약 1만2000개의 수소 공급소가 있어야 하며, 구축 비용으로는 약 15억~20억 달러가 필요할 것으로 전망함.

 ○ 가정에서 연료를 공급하는 기술 개발도 하나의 대안이 될 수 있음.

  - 혼다는 일반 가정에서 수소 연료를 얻을 수 있는 Home Natural-Gas-Reforming Station을 개발함. 현재 이 장치는 혼다의 하이브리드 모델인 Civic GX 구매자에게 제공하고 있음.

자료원 : Automotive Engineering International, Marklines 등