수소차 원리, 장점 및 단점, 수소 충전소 대란

 

 

수소차 원리

 

 

수소차의 핵심은 수소를 주 연료로 사용하는 것입니다. 특히 수소 연료전지차(FCEV)는 이 범주 내에서 독특한 유형으로 두드러집니다. 연료 전지에서 산소와 수소 간의 화학 반응을 통해 전기가 생성되어 전기 모터에 동력을 공급합니다. 수소 연료전지 자동차는 작동 중에 물과 열만 배출하지만, 수소의 생산, 운송 및 저장과 관련된 환경 영향을 인식하는 것이 중요합니다. 수소는 우주에 풍부하게 존재하지만 지구에서 생산하기 위해 필요한 에너지 투입량으로 인해 '무공해' 자동차라기보다는 '저공해'로 분류하는 것이 더 정확합니다. 수소 연료전지 자동차는 기존 전기자동차와 달리 수소를 저장하고 이를 연료전지로 활용하여 주행에 필요한 전기를 생산합니다. 이러한 독특한 작동 방식으로 인해 수소 연료 전지 자동차는 일반적으로 수소 연료 전지 자동차라고 하는 고유한 범주에 속합니다. 연료 공급 방식에는 크게 두가지로 나뉩니다. 첫번째로는 압축수소탱크 또는 액체수소탱크를 이용해 공급하는 방식입니다. 이는 운행시 발생하는 물질이 물 뿐입니다. 그러나 탱크가 탑재되어 차의 부피가 커지고 수소가 불안정한 상태로 있으며 충전할 수 있는 인프라 구축이 어렵습니다. 두번째로는 메탄올을 분해하여 수소를 공급하는 방식으로 화석연료보다 훨씬 저렴하게 기존 연료 공급 인프라를 이용할 수 있습니다. 그러나 수소 이용을 위한 메탄올 분해시 일산화탄소, 질소산화물 등이 발생합니다. 수소차는 타의 추종을 불허하는 실용성과 기술력을 자랑하며 배터리 기반 전기 자동차보다 유리한 점이 많습니다. 그러나 시장 입지를 구축하고 인프라를 구축하는 데 어려움을 겪고 있어 발전이 더디게 진행되고 있습니다. 아직 대량 생산이 이루어지지 않아 수많은 장단점이 검증되지 않았기 때문에 앞으로의 길은 여전히 불확실합니다. 현대자동차와 도요타의 모델을 포함한 승용 수소연료전지차가 시장을 장악하고 있어 향후 수년간 업계에서 2강 구도가 형성될 가능성이 높습니다. 수소 연료 전지 차량은 국제 안전 인증을 통해 신뢰성을 입증하는 등 안전이 가장 중요한 고려 사항입니다. 예를 들어 현대자동차의 넥쏘는 2018년에 유로 NCAP에서 '가장 안전한 SUV'라는 타이틀을 획득했습니다. 14가지 차량 안정성 테스트와 15가지 수소 탱크 인증 테스트를 포함한 엄격한 안전 평가를 통해 다양한 조건에서 안전한 차량임을 입증했습니다. 비상상황에 대응하는 안전장치까지 갖춘 수소연료전지차는 국내외 인증기관의 엄격한 안전 기준을 충족해야만 출시됩니다.

 

 

 

장점 및 단점

 

 

 

 

수소차의 장점은 내연기관 차량과 마찬가지로 매번 충전 없이 자유롭게 이동할 수 있다는 점입니다. 수소를 연료로 충전하기만 하면 대용량 배터리 팩의 제약 없이 어디든 자유롭게 이동할 수 있습니다. 또한 40~50%의 전환율을 자랑하는 연료 전지의 뛰어난 효율성은 기존 내연기관 엔진에 필적하는 강력한 성능을 보장합니다. 수소의 부피가 큰 특성에도 불구하고 기술의 발전으로 효율적인 압축이 가능해져 상당한 양의 에너지를 저장할 수 있게 되었습니다. 예를 들어, 현대자동차의 넥쏘는 6.33kg의 수소를 저장할 수 있으며, 이는 약 250kWh의 에너지로 일부 배터리 기반 차량과 비교했을 때 놀라운 용량입니다. 수소의 에너지 밀도는 배터리를 능가하지만, 연료전지 전력 변환 효율이 낮기 때문에 여전히 과제가 남아 있습니다. 수소차의 주목할 만한 장점 중 하나는 기존 주유소처럼 주유 시간이 빠르다는 점입니다. 이러한 편의성 덕분에 장거리 여행 중에도 기존 화석 연료 차량 사용자의 습관에 맞춰 운행 중단을 최소화할 수 있습니다. 또한 수소 차량은 겨울철에도 소비량 차이가 거의 없으며, 배터리로 구동되는 대안 차량에 비해 난방 요구 사항이 거의 영향을 미치지 않습니다. 수소와 수소 탱크의 가벼운 특성은 효율성이 향상된 대형 차량 개발에 유리한 시나리오를 제시합니다. 무게 감소는 전반적인 성능 향상에 기여하여 대형 수소 동력 차량의 개발이 비교적 간단해집니다. 그러나 전기차용으로 설계된 차량 구조 내에 수소 탱크를 수용하는 데 어려움이 있습니다. 다음으로는 수소차의 단점을 알아보겠습니다. 연료 전지와 수소 탱크를 기존 전기 자동차 프레임워크에 통합하면 복잡성과 유지보수 문제가 발생합니다. 공기 필터 및 연료 공급 라인과 같은 구성 요소는 유지보수 요구 사항을 추가하여 시스템을 외부 조건에 더 민감하게 만듭니다. 게다가 현재 연료전지의 수명은 약 20만 km로 기존 내연기관 엔진이나 리튬 배터리의 신뢰성에 미치지 못합니다. 수소 인프라를 구축하려면 상당한 투자와 안전 프로토콜에 대한 세심한 주의가 필요합니다. 수소 충전소 건설과 관련된 높은 비용과 안전 고려사항은 신속한 인프라 개발을 방해합니다. 이런 대량 인프라가 필요한 체계는 장기간에 걸친 정부의 지속적인 지원이 필요한 인프라가 먼저냐 시장성이 먼저냐에 대한 딜레마가 발생합니다. 수소를 운송하는 데는 물류 문제가 따르는데, 40톤이 넘는 대형 트레일러는 500kg의 수소만 운송할 수 있습니다. 수소 자동차의 공급 수요를 고려할 때 이러한 제한된 용량은 병목 현상이 됩니다. 또한 천연가스나 석유를 이용한 현재의 수소 생산 방식은 화석 연료에 대한 의존도가 높아 수소 자동차의 환경적 장점에 도전하고 있습니다. 수소 스택이 전기를 생산하는 데 필요한 고유한 시간으로 인해 갑작스러운 고성능 수요를 충족하는 데 제약이 있습니다. 수소 탱크 크기를 늘리면 이러한 제약을 해결할 수 있지만, 디자인 및 실용성 측면에서 문제가 발생합니다. 또한 수소 스택 외에도 수소차의 전체 구조는 전기차와 매우 흡사하여 전기 모빌리티에 내재된 몇 가지 단점을 그대로 이어받습니다.

 

 

수소 충전소 대란

 

 

소수차 정부지원금 등을 통해 수소차의 수요는 늘어나는데 인프라 부족의 문제가 현실이 되었습니다. 전국 수소 충전소가 수소 생산 시설의 중단으로 촉발된 위기로 어려움을 겪고 있는 가운데, 정부의 투자 지연이 상황을 악화시키고 있다는 우려가 있습니다. 2023년 11월 24일 산업통상자원부는 최근 국내 주요 수소 생산업체인 현대제철 당진제철소의 고장으로 수도권을 포함한 중부권 수송용 수소 공급량의 20~30%를 차지하고 있는 현대제철 당진제철소의 수소 생산설비에 차질이 생겼다고 밝혔습니다. 정부는 점검회의를 통해 이 문제를 해결하고자 수소 공급업체의 협조를 구해 가동 중인 설비의 잉여 물량을 다른 곳으로 돌리고, 불확실성에 직면한 충전소의 수소 공급을 안정화하기 위해 노력하고 있습니다. 이러한 움직임은 현재의 수소 부족 상황을 관리하고 전국 충전소에 미치는 영향을 완화하는 것이 시급하다는 점을 강조합니다. 국내 수소차는 2018년 약 890대에서 올해 10월 기준 약 33,800대로 무려 38배나 증가하는 등 괄목할 만한 성장세를 보이고 있지만, 수소 충전소의 증가세는 이를 따라가지 못하고 있습니다. 같은 기간 동안 전국의 충전소 수는 13개에서 255개로 약 20배 증가하는 데 그쳐 수요와 공급의 격차가 점점 커지고 있습니다. 현대제철 당진제철소 고장으로 수소 재고 고갈 사태가 지속되면서 23개 수소충전소가 운영 시간을 단축해야 하는 상황에 처했습니다. 보통 오후 10시 이후까지 운영되던 충전소들은 폐장 시간을 이른 저녁으로 단축하기도 하며 심지어 대기 시간이 길어면서 차량 견인까지 발생했습니다. 상황을 더욱 악화시키는 것은 완공된 수소 생산 기지 건설 프로젝트의 절반 이상이 지연되고 있다는 사실이 드러난 것입니다. 기대 이하의 예산 집행률, 인허가 지연, 제도 변경으로 인한 프로젝트 포기 등의 문제가 진행을 방해하고 있으며, 수소 인프라 개발에 추가적인 어려움을 주고 있습니다. 수소 공급 위기가 전개됨에 따라 정부의 신속한 조치와 지속적인 업계 협력의 필요성이 분명해졌습니다. 수소 충전소의 안정성과 수소차 시장의 중단 없는 성장을 보장하기 위해서는 급증하는 수요와 필요한 생산 능력의 균형을 맞추는 것이 매우 중요할 것입니다. 현재 진행 중인 과제들은 지속 가능한 미래를 위해 수소 인프라를 강화하기 위한 전략적 계획과 투자의 중요성을 강조합니다.