친환경 자동차 수소차 구동 원리 및 전망은?
[문화뉴스 MHN 김종민 기자] 자동차의 미래이자 최고의 '친환경' 차량으로 꼽히는 것은, 단연 수소차다. 전기차도 물론 친환경 차량으로 후보에 들지만, 전기도 결국 화석연료를 태워 발전하므로 수소차가 최종 지향점이다. 수소차는 어떤 원리로 구동하길래 이렇게 고평가를 받는 것일까?
■수소차의 연료는, 말 그대로 수소
수소차는 이름 그대로 수소를 연료로 한다. 정확히는 '수소연료전지'를 통해 전기를 얻어 구동한다. 수소와 산소가 만날 때의 화학에너지를 전기로 바꾼다는 것이다. 기존의 디젤, 휘발유 차 등은 기존의 화석 에너지를 태워 내연기관을 작동시켰다. 수소 역시도 내연기관을 태우는 데 사용할 수도 있으나, 일반적으로는 수소에너지가 '전기'로 바뀌는 경우를 수소차라고 부른다.
■수소를 전기에너지로 바꾸는 핵심, 연료전지의 원리
수소차의 핵심은 수소를 어떻게 전기로 바꾸느냐다. 화학에너지를 전기로 바꾸는 역할은 '연료전지'가 담당한다. 연료전지 내부에서는 화학 반응이 일어난다. 연료전지는 양극과 음극 두 전극으로 구성되어 있어, 한 쪽에서는 수소를 한 쪽에서는 산소를 공급한다. 공급된 수소를 이온의 형태로 만들고, 이온과 산소를 합쳐 물을 만들면 전기 에너지가 발생한다. 발생한 에너지만큼 전지의 두 극 사이에 전압이 생기고 전류가 흐른다.
문제는 두 가지다. 어떻게 수소를 이온형태로 만들 것인지와 이온과 산소를 합쳐 수증기를 만들 것인지다. 이온을 만들기 위해서는 수소에 있는 전자를 하나 떼어야만 하는데, 이 작업에서 오히려 에너지가 낭비될 수 있다. 또, 만들어진 이온과 산소를 수증기로 결합하는 화학 반응이 빠르게 일어나야한다. 반응을 빠르게 하는 촉매제가 중요하다는 것이다. 촉매제를 개발하기 위한 경쟁이 치열할 수 밖에 없는 까닭이다.
■수소차의 장단점
수소차의 장점은 크게 세가지다. 우선 수소는 매우 가벼워 효율적이다. 수소는 다른 연료에 비해 가벼워 충전 효율이 높다. 게다가 지구상에 널린게 수소라 가격까지 저렴하다. 둘째는 배기가스가 없다는 것이다. 화학반응으로 얻어진 부산물이 고작해야 수증기다. 화석연료를 태웠을 때 환경오염과 지구온난화 배기가스가 배출되는 것과는 대조적이다. 마지막으로 충전 시간이 짧다. 전기자동차는 전기 자체를 충전해야하므로 시간이 오래걸리나, 수소차는 수소연료를 충전하기만 하면 된다.
단점도 존재한다. 우선 '순수한 수소'를 만드는데 에너지가 오히려 많이 들 수 있다. 지구상에 널린게 수소라고는 하지만, 대부분 다른 물질에 결합되어 있는 형태다. 이를 분리하는데에 오히려 에너지가 들고 오염이 초래될 수 있다. 또한 수소차가 아직 상용화 되지 않아 수소 충전소 인프라가 크게 부족하다는 것이다. 아직까지 수소차의 가격이 비싼 것도 단점이다. 앞서 언급한 촉매제로 쓰이는 물질인 백금 등이 지나치게 비싼 탓이다.
■수소차의 전망
일각에서는 아직까지 수소차에 기술적인 난제가 남아있다는 지적을 보낸다. 발화 가능성이 있는 수소 연료의 안전성 문제나, 충전 효율과 관련된 문제다. 현재 상용화된 수소차 '연료전지'의 경우 수명이 다른 상용차의 10분의 1 수준으로 지나치게 짧고, 연료 전지 내의 수소 부피를 줄이기 어려워 차량 구조 설계에도 문제가 된다. 실제로 전기차 기술의 상용화 속도를 수소차가 따라가지 못한다는 비판도 있다.
그럼에도 정부는 이달 7일 전기-수소차를 육성하기 위한 조직개편을 예고하고, 현대차 등의 주요 인사와 회동하면서 투자를 지속할 전망이다. 친환경-뉴딜 정책의 일환으로 연구개발 및 산업 부문 투자는 2025년까지 확대될 계획이다. 중국에서도 수소차 차량 보급을 확산하기 위한 인센티브 지원책을 발표했다. 이는 수소차 핵심 기술 개발 및 공급망 구축 방면에서 성과를 낸 지방정부와 기업에 인센티브를 지원하는 것이다. 이는 수소차 육성 흐름이 전 세계적인 기조임을 보여준다.
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