수소를 넣으면 자동차가 움직인다. 수소 자동차 이야기

토요타 미라이

현대 넥쏘

2016년 토요타는 '미라이' 수소 자동차를 내놓으면서 수소 자동차를 상용화 시켰고 현대 자동차는 넥쏘 출시를 준비하고 있다. 주변에서 수소 자동차가 활성화되고 있는 만큼 수소 자동차에 대한 관심을 급격하게 높아지고 있다. 수소 자동차는 어떤 특징과 장단점을 가지고 있고 어떻게 움직이는지 알아보자.

 

수소 자동차 

현대 넥쏘

수소 자동차 왜 필요한가? 

친환경 자동차 그리고 실현 가능성이 더욱 높은 전기자동차가 많은 상용화가 되기도 전에 많은 자동차 회사들은 수소자동차에 많은 시간과 돈을 쏟아부으며 그들만의 미래를 대비하고 있다. 전기자동차도 충분히 친환경적이지만 왜 많은 회사들은 수소자동차에 투자하는 것일까?
우선 내연기관 자동차는 심각해지는 환경오염과 고갈되가는 석유로 미래를 기대하기 어렵고 전기자동차는 현재 기술로  충전시간과 주행가능거리에 대한 제약을 가지고 있다 그리고 몇몇 사람들은 전기자동차에 사용되는 전기를 만들기 위해서 많은 환경을 파괴하고 오염시키기에 친환경적이지 않다는 시선을 가지고 있다.
내연기관 차량과 전기자동차의 가지고 있는 결점과 단점을 수소자동차는 가지고 있지 않기에 많은 자동차 회사들은 수소자동차를 미래의 친환경 자동차로 여기며 많은 시간과 돈을 투자하고 있는 것이다. 

 

 

수소 자동차의 구조 

수소자동차의 구조를 간단히 이야기하자면 전기자동차에 에너지를 직접만들어 낼 수 있는 연료전지 시스템을 장착한 것과 같다. 기본적으로 전기모터와 이를 제어할 컴퓨터 배터리가 있다. 그 위로 배터리에 에너지를 공급할 수소전지스택과 수소를 보관할 수소탱크 그리고 수소를 제어할 컴퓨터가 장착되어 수소자동차가 완성된다. 큼지막한 부분만 이야기하자면 쉽지만 실제로는 더욱 많은 장치들이 수소자동차의 안정화를 돕고 있으며 각 부품들은 복잡한 구조로 이루어져 있다. 

 

수소 자동차, 어떻게 움직이는가 

수소자동차는 이름에서 알 수 있듯이 수소를 공급하면 작동하는 자동차이다. 하지만 수소가 실제로 동력을 만들어내는데에 직접적으로 사용되지는 않는다. 직접적으로 동력을 만들어내는 것은 전기이며 수소는 이 전기를 만들어내기 위한 연료로 사용된다. 한마디로 직접 전기를 만들며 사용한다는 것이다.

 

하얀색이 수소원자 / bbc.co.uk

자세히 알아보자. 연료전지 스택 내부에 충전된 수소와 공기 중에 있는 산소를 집어넣고 수소와 산소 사이의 화학적 반응을 일으키게 된다. 이때 화학적 반응의 결과물로 물과 서로 결합하면서 발생한 에너지를 얻게 된다. 발생된 에너지는 차량에 있는 배터리를 충전하는데 사용되며 생성된 물은 밖으로 배출된다. 배출된 물은 내부 구조만 청결하다면 사람이 마실 수 있을정도로 깨끗한 물이 나오게 된다.
최근 수소 자동차가 움직이는 공기청정기라는 말을 들어본적이 있을 것이다. 요즘 문제가 되는 미세먼지 때문에 공기청정 기능을 넣었다? 그건 당연히 아니다. 앞서 말한 과정에서 수소와 산소가 결합하기 위해서 먼지 하나 없는 매우 깨끗한 산소가 주입되어야 하기에 필요한 산소를 정밀한 필터를 이용해 99.9% 걸러내게 된다. 이런 과정을 통해서 자연스럽게 오염된 공기도 정화시킬 수 있어 현재 큰 대기오염 문제인 미세먼지를 감소시킴과 더불어 더욱 깨끗한 공기를 만들어낼 수 있는 장점을 가지게 되는 것이다.
이처럼 전기 자동차는 외부로부터 전기 에너지를 받아 주행하였다면 수소 자동차는 차량 내부에서 수소를 이용해 전기를 생산하여 동력을 전달하기에 전기 자동차보다 더 빠른 충전이 가능하며 수소의 양만 많이 넣을 수 있다면 오랫동안 전기를 생산할 수 있기에 전기차보다 더 먼 거리를 주행할 수 있게 된다.
또한 현대자동차에서 광고했듯이 더 발전된 미래에는 수소 자동차를 이용하여 집에 전력을 공급하는 그런 날이 오는 것도 가능하다.

 

수소 자동차가 환경에 미치는 영향은? 

앞서 이야기했듯이 수소자동차는 앞으로 달려나가면서 깨끗한 물을 배출하고 공기를 정화시키며 환겨오염의 주범이었던 자동차가 역으로 더욱 깨끗이 해주면서 환경에 긍정적인 영향을 끼치게 되었다.
현재 넥쏘를 기준으로는 1시간 주행을 한다면 성인 약 40명이 1시간 동안 마시는 공기를 깨끗하게 정화할 수 있다고 한다. 또한 수소 자동차 10만 대가 운영된다면 원자력 발전소 1기의 전력을 만들어낸다고 하니 매우 친환경적인 것을 알 수 있다.

혼다 클라리티 수소자동차

수소 자동차는 위험하다? 

대부분의 사람들이 수소자동차를 떠올릴때 폭발이라는 단어를 떠올리기 마련이다. 수소라는 물질은 폭탄으로 사용될 만큼 한 번 터지면 엄청나게 큰 위력을 가지고 있는 위험한 물질인 것은 사실이다. 하지만 수소가 폭발하기 위해서 굉장히 까다로운 조건을 충족시켜야만 하고 수소를 보관하고 있는 탱크는 차량에서 발생할 수 있는 충격 내에서는 최소한의 손상을 입게 만들어졌기에 폭발에 대해서 고민할 필요는 없다. 만일 수소가 쉽게 폭발한다면 차량으로 만들어지기는 어려웠을 것이다.

아직은 부적합한 수소자동차, 해결할 일은? 

 수소자동차가 완벽해지기 위해서는 첫째, 다양한 모양으로 만들어질 수 있어야한다. 양산화된 수소 자동차인 현대 넥쏘와 미라이를 살펴보면 공통적으로 굉장히 큰 차체를 가지고 있는 모습을 볼 수 있다. 이렇게 차량의 크기가 커질 수 밖에 없는 이유는 바로 수소 연료 탱크 때문이다. 좀 더 발전한 미래에는 다양한 모양과 용량의 수소 탱크로 작은 크기의 차량도 수소연료 전지를 사용할 수 있어야한다.
둘째, 이건 당연히 해결되어야할 문제로 안전문제가 없고 많은 충전소를 만들어야한다. 현재 국내 수소 충전소는 14곳(연구시설 포함) 밖에 되지 않는다고 하며 수소 충전소 한 곳을 건설하는 데에도 많은 돈이 들어간다고 한다. 충전소에 대한 연구와 보급으로 작은 비용으로 안전한 수소 충전소를 지을 수 있어야한다.
셋째, 수소의 가격이 낮아져야한다. 아직 지구상에서 수소를 만드는 것은 추출되는 양에 비해서 많은 돈이 사용되어 가성비면에서 뛰어나지 못한다고 한다. 현재 수소 충전금액은 내연기관 차량과 비슷한 금액을 지불해야하며 주행가능거리는 경유차량이 앞서 있는 상태이다. 현대자동차에서 말하듯이 수소가 무한한 우주에서 끌어다 쓰지 않는 이상 수소 연료는 경제적으로 효율적이지 못할 것이다. 
넷째, 차량의 가격이 낮아져야한다. 아직은 수소자동차가 실험 단계이기에 차량가격이 비싸다. 앞으로는 조금 더 저렴하게 만들 수 있는 기술과 상용화를 가속화 시켜 수소자동차의 가격을 낮춰 누구나 구매할 수 있는 차량이 되어야만 한다.

현대 넥쏘

수소자동차 친환경 자동차로 끝까지 남을 수 있을까?

앞서 이야기했듯이 수소자동차는 다양한 시선에서 긍정적인 모습을 보여주고 있다. 하지만 일각에서는 수소자동차는 현실이 되기 어려운 미래형 자동차라고만하기도 한다. 대표적으로 전기자동차 회사 테슬라의 사장 엘런 머스크는 '수소전지는 로켓에 사용되는 것이며 수소자동차를 개발하는 것은 어리석은 짓'이라고 하기도 하였다. 수소자동차가 친환경적인 것은 사실이지만 차량 자체는 물론 주변 인프라 환경의 변화를 요구하는 지금 과연 수소자동차가 전기자동차를 넘어 친환경 자동차의 마지막 승자가 될 수 있을지는 미지수이다. 

 

 

 

 

글: editor GB (lgb03@naver.com)
사진: NetCarShow.com
카테고리: 친환경 자동차 이야기
Copyright ⓒ 2018. 오토모빌 매거진. All rights reserved