[혁신적 그린기술] <4> 친환경 순환에너지 시스템의 총아 수소연료전지자동차

한 번 충전에 서울서 부산까지 주행… CO2 배출도 '제로'

햇빛과 물로 수소 만들고 산소와 결합 전기생산·구동

유해물질 없는 친환경 車 연료 효율성도 가솔린 3배

혼다 'FCX' 리스판매 돌입 충전소 부족·高비용 걸림돌

혼다는 태양광 패널로 생산한 전기를 가지고 물을 전기분해, 수소연료를 생산하는 시스템을 개발하고 있다.

시노하라 미치오

태양광 패널이 설치된 수소충전소로 차량 한 대가 미끄러지듯 들어온다. 수소충전소는 태양광 에너지를 이용해 물을 전기분해하고 거기서 추출해낸 수소를 자동차의 연료로 충전하는 곳이다.

충전에 소요되는 시간은 약 6분. 이렇게 한번 충전하면 서울에서 부산까지 너끈하게 달릴 수 있다. 대기를 오염시키는 배기가스나 지구온난화를 일으키는 이산화탄소도 뿜어내지 않는다. 자동차가 달리는 동안 배출되는 것은 오직 물뿐이다.

이처럼 햇빛과 물로 수소를 만들고 그 수소가 자동차 모터를 돌린 뒤 다시 물로 되돌아가는 수소연료전지자동차야말로 친환경 순환에너지 시스템의 총아이자 일본의 혼다가 추구하는 차세대 친환경 자동차라고 할 수 있다.

고공행진하고 있는 국제유가와 기후변화에 맞서 세계 각국은 이산화탄소 배출 규제를 강화하고 있다. 그리고 이 같은 규제에서 살아남기 위해 자동차 업계의 촉각은 온통 환경친화적인 자동차 개발에 쏠리고 있다.

글로벌 자동차 메이커들은 이미 하이브리드차를 넘어 이산화탄소 '제로'에 도전하는 전기자동차나 수소연료전지자동차의 보급 계획을 잇달아 발표하며 새로운 패러다임을 형성해가고 있다.

이 가운데 많은 전문가들이 가솔린 자동차를 대체할 미래형 자동차로 꼽는 것이 바로 수소연료전지자동차다. 수소연료전지자동차는 차체에 내장된 연료전지에 수소를 주입한 후 공기 중의 산소와 화학반응을 일으켜 전기에너지를 생산하고 이 전기로 모터를 돌려 구동된다.

연료가 되는 수소는 무한자원인 물을 전기분해해 얻을 수 있고 전기분해에 필요한 전기에너지도 태양광이나 풍력 등 자연에너지에서 생산할 수 있기 때문에 화석연료처럼 고갈의 우려가 없다.

또한 차량이 주행할 때 배출되는 것은 수소와 산소가 결합해 발생하는 물뿐이다. 지구상에서 물ㆍ햇빛ㆍ바람이 사라지지 않는 한 연료공급이 가능하고 아무리 달려도 환경에 유해한 물질이 발생하지 않는 궁극의 친환경 자동차인 셈이다.

수소연료전지자동차는 자동차 자체로서의 성능도 뛰어나다. 연료의 효율성이 가솔린 자동차는 물론 하이브리드차보다 월등히 높다. 게다가 한번 수소를 채우면 현재 기술로도 400~500㎞는 재충전 없이 주행할 수 있다.

배터리 크기와 주행거리의 상관관계 때문에 소형화될 수밖에 없는 전기자동차와 달리 수소연료전지자동차는 차체 크기에 제약을 받지 않는다. 휘발유 주유만큼은 아니지만 수소 충전에 소요되는 시간도 몇 분이면 족하다.

현재 세계 각국의 자동차 메이커들은 미래 자동차시장의 패권을 장악하기 위해 이 같은 수소연료전지자동차의 개발과 상용화에 매진하고 있다. 그중에서도 선두를 달리는 것은 일본.

특히 혼다는 지난해 7월과 11월 각각 미국 및 일본시장에서 최신 모델인 'FCX 클래러티'의 리스판매에 돌입, 수소연료전지자동차 상용화의 서막을 열었다.

FCX 클래러티의 연료 효율성은 기존 가솔린 자동차의 3배 이상, 하이브리드차의 2배다. 연비는 가솔린을 기준으로 리터당 31.45㎞. 최근 실시한 주행 테스트에서는 수소연료 1회 충전만으로 550㎞ 주행에 성공했다.

시노하라 미치오 혼다 환경안전기획실장은 "현재 개발된 그린카 가운데 수소연료전지자동차가 가장 앞서 있다"며 "혼다의 수소연료전지자동차는 일반 고급 가솔린 차량과 비교해도 승차감과 성능에서 전혀 손색이 없다"고 강조했다.

다만 FCX 클래러티의 리스판매는 미국에서 9대, 일본에서 8대 등 17대에 그치고 있다. 당초 3년에 걸쳐 200대의 리스판매를 이루겠다는 목표를 세웠지만 미국 시판 직후 발발한 금융위기 여파로 당초보다 실적이 부진하다는 게 혼다 측의 설명이다.

하지만 수소연료전지자동차 보급이 쉽지 않은 본질적 문제는 따로 있다. 인프라 부족과 높은 비용이 바로 그것이다. 우선 수소충전소가 많지 않다.

수소연료전지자동차가 상용화되려면 수소연료를 공급할 수 있는 수소충전소가 곳곳에 설치돼야 한다. 하지만 수소충전소는 아직 전세계적으로 200개소 남짓에 불과하다. 일본에서도 20개소 정도의 수소충전소만 운용되고 있어 수소연료전지자동차의 본격적인 상용화를 꾀하기는 힘든 실정이다.

시노하라 실장은 "인프라 구축이 상용화의 최대 난관인 만큼 다른 자동차 메이커들이 수소연료전지자동차 보급에 적극성을 발휘, 인프라가 확충되지 않으면 어려움이 클 수 있다"고 말했다.

또 하나의 걸림돌은 비용이다. 실제 FCX 클래러티의 대당 생산비용은 수천만엔대에 이른다. 초기 모델에 비하면 10분의1 수준이라고 하지만 일반인 대상의 상용 보급을 위해서는 여기에서 재차 10분의1 수준으로 가격을 낮출 필요가 있다.

시노하라 실장은 "양산화를 통해 절감 가능한 부분도 있지만 백금 촉매, 특수막 등 연료전지 본체의 제조비용을 줄이기 어려운 게 현실"이라며 "본체 비용을 절감하기 위한 기술적 노하우를 더 쌓는 것이 앞으로의 과제"라고 말했다.

"현재까진 최고의 미래형 車 10년내 본격 상용화 기대" 시노하라 미치오 혼다 환경안전기획실장 시노하라 미치오 혼다 환경안전기획실장은 수소연료전지자동차가 미래 친환경 자동차의 최종 버전이 될지는 알 수 없지만 현재까지 개발된 기술 중에는 가장 앞서 있는 게 사실이라며 혼다가 수소연료전지자동차 개발을 고집하는 것도 그 때문이라고 강조했다. 다음은 시노하라 실장과의 일문일답. -혼다가 유독 수소연료전지자동차에 주력하는 이유는. ▦사실 130년 전에도 배터리 방식의 전기자동차가 존재했다. 배터리의 크기가 지나치게 크고 주행거리가 짧다는 문제점이 있어 내연기관 자동차가 상용화된 것인데 지금도 그 상황은 크게 달라지지 않았다고 본다. 반면 수소연료전지자동차는 수소충전소만 갖춰지면 일반 자동차와 별다른 차이 없이 사용할 수 있다. 충전에 소요되는 시간은 6분에 불과하고 주행거리도 500㎞까지 가능하다. -수소연료전지자동차가 혼다의 최종 목표인가. ▦그렇다고는 말할 수 없다. 장차 연료전지와 비슷한 중량과 크기의 배터리를 탑재, 수소연료전지자동차와 유사한 주행거리를 구현하는 전기자동차가 개발된다면 굳이 수소연료전지자동차를 고집할 필요가 없다. 다만 현재까지 그런 기술이 존재하지 않기 때문에 현존하는 미래 친환경 자동차의 궁극은 수소연료전지자동차라는 게 혼다의 판단이다. -연구개발비(R&D) 투자규모는 어느 정도인가. ▦구체적인 액수를 밝힐 수는 없지만 사운을 걸고 하는 사업이기에 엄청난 수준의 투자를 단행하고 있다. 혼다는 통상 연간 매출액의 5%를 2륜자동차ㆍ4륜자동차 등 분야별 R&D에 분할 투자한다. 그런데 한동안은 4륜자동차 관련 연구소에 투입된 자금의 10% 정도가 수소연료전지자동차 부문에 쓰인 시기도 있었을 정도다. -혼다의 기술 수준은. ▦자동차를 연료전지로 달리게 하는 기술에서는 혼다가 세계 1위라고 자부한다. 차체도 충분히 큰데다 한번 수소를 채우면 500㎞까지 달릴 수 있다. 완성된 자동차를 타보면 누구나 알 수 있을 것이다. 휘발유를 넣는 일반 고급 승용차와 비교해도 손색이 없다. 적어도 승용차의 연료전지 탑재 기술에서는 혼다가 세계 톱 레벨이다. -인프라와 가격을 제외한 기술적 과제가 있다면. ▦수소연료전지가 산소와 수소의 화학반응을 통해 전기에너지를 생산한다는 점에서 내연기관 자동차의 기계적 시스템과는 다르다. 내구 신뢰성의 문제가 발생할 수 있다. 한층 강화된 차량품질 관리검사가 필요하다는 얘기다. 이로 인해 전수검사를 하다 보니 품질관리 비용이 많아져 단가 상승을 유발하는 측면도 있다. -본격적인 상용화 예상 시기는. ▦개인적으로 10년 뒤까지는 상용화시키고 싶은 바람이다. 하지만 현 단계에서 단언하기는 어렵다. 이산화탄소 배출 기준을 충족시키고 연비개선과 같은 연구도 병행해야 하기 때문이다. 10년 내 상용화를 위해서는 수소연료전지 분야에만 전력투구를 해야 하는데 그럴 여건이 되지 않아 섣불리 예측할 수 없다.