과연 그럴까?

 

미럐차, 수소연료전기차냐, (배터리)전기차냐?

 

오래 지속되어오는 논쟁거리이니 일반인들이라도 한번 정도는 살펴볼 필요가 있어야하지 않을까 생각이 듭니다. 왜냐하면, 눈앞예 닥친 미래차 이야기이기 때문입니다.

 

수소차는 직접 수소를 가솔린처럼 사용하는 수소엔진차도 있었지만 이는 오래전 퇴출이거나 퇴출수준입니다. 지금의 수소전기차는 수소를 공기와 반응시켜 발전을 하며 얻은 전기로 동력을 얻는 수소연료전지차를 지칭합니다. 모터를 이용한 주행 동력 수단은 일반 전기차와 동일하지만, 수소연료전기차는 차량에서 직접 발전합니다(이하 그림 출처: 인터넷에서 펌)

 

전기차는 화력, 원자력, 태양광발전소등에서 얻은 전기를 배터리에 담아서 이 배터리 전기로 동력을 얻는 것입니다.

수소연료전지차는 전기차부품에 발전시설과 수소를 압축(700기압 이상~1200기압)하여 담은 수소용기을 싣고 다녀야 하기 때문에, 장기적으로 전기차에 비해 승용차에서는 경쟁이 될 수가 없게 됩니다. 그러나 공간이 넓은 대형차(버스, 트럭, 특수차), 선박등에서는 경쟁력 있을 수 있습니다. 그러나 비용이나 안전성 문제로 충전소 설치 개수나 입지문제는 여전히 난제입니다. 그런데,

 

1) 왜, 승용차에 수소연료전기차 투자이야기가 정부, 기업 에서 나올까?

 

(기업)

승용차 수소연료전지차기술은 상당히 어려운 기술이라서 오랜 연구를 지속해온 차량업체에 유리한. 반면에 전기차는 배터리회사, 애플,구글같은 전자나 통신..회사등도 개발가능하다고 합니다. 그럴 경우 완성차 업체는 극단적으로는 차체를 공급하는 업체로 전략하게 됩니다. 전자, 통신등의 거대 회사가 기존의 완성차업체들을 매입하거나 협력업체로 키울 경우, 전기차나, 수소연료전지차에 대해 준비를 소홀히 한 완성차업체들은 산업주도권을 뺏기게 될 것입니다. 따라서, 완성차 업체가 공간이 넓은 대형차(버스, 트럭, 특수차), 선박등뿐만 아니라, 소형차에서도 수소연료전지차에 초점을 맞추는 것은 산업주도권 싸움에서 밀리지 않겠다는 전략이 깔려 있다고 여겨집니다.

 

(정부)

정부가 이런 사정을 잘 모른다고는 할 수 없지만, 업체에 끌려가는 측면도 있고, 단기적으로 제조업의 변화에 따른 충격완화를 위한 과도기적 정책의 의미도 있고, 차량용의 앞선 수소발전기술의 타 산업 응용을 염두에 두는 측면도 있다하겠습니다. 이를테면, 가정용 연료전지는 보일러와 발전기능까지 겸하는 제품이 상품화되어 판매되고 있는 것이 그 사례입니다.

그리고 무언가 해야한다는 정책집행 실적압박에, 장기적으로는 어떻게 되던, 단기적으로 정책화하는 것과 이를 이용하는 지자체, 업체의 궁합이 맞는 것이라 볼 수 있습니다..

 

2) 경쟁력은?

 

한번 충전에 주행거리, 충전시간은 현재 수소연료전지가 유리합니다.10여년전에는 4배이상 압도적이였지만. 현재는약1.5 배 수준이나 배터리 기술 발전이 급속히 이루어지면서 전해질이 액체인 리튬이온 배터리에서 전해질이 액체에서 고체로, 이른바 [전고체배터리], 다음이 그래핀 소재를 전극에 사용하는[ 그래핀 배터리]나 [리튬공기배터리나 다른 금속공기배터리]로 발전 할 것으로 예상되고, 충전시간도 슈퍼커패시티, 전기전도도가 구리의 100배인 그래핀을 이용한 충전시간 단축등이 지속적으로 이루어질 것입니다.

<전기차 충전소>

 

그래핀은 강도가 철의 200(어떤 자료에는 100)배이면서 전기가 통하고 투명하게 만들 수 있어, 배터리 뿐만 아니라, TV, 핸드폰등 거의 모든 산업분야예써 혁신을 주도할 물질로 1순위로 꼽힌다고 합니다

 

가격문제에 있어서는, 아래표에서 보듯이 연료전지스택 비용 40%와 수소저장장치가 20%, 총 약60%를 차지하므로, 연료전지차는 모든 전기차 구성요소에 (+)더하여 연료전지(발전기)와 수소용기가 더 해지는 데, 다만 배터리가 순수전기차 배터리보다 적어지므로, 이 점을 반영하여도 약 30~40%이상 수소연료전지차가 비쌀 수 밖에 없습니다. 단, 유지관리, 연료비(수소나 충전전기)는 고려하지 않았습니다

 

다음은, 에너지 효율 문제를 짚고 넘어아 가야겠습니다.

차량에 사용되는 수소와 전기차, 수소차, 휘발유차 효율 비교는 인터넷, 유튜브등에 차고 넘칩니다 구체적인 데이타를 들어 [에너지 전환 단계별]로도, 총에너지효율 비교도 있습니다

아래는 그중 총에너지 효율비교 데이타입니다

엘론머스크가, '수소차개발은 바보같은 짓'이라는 이유를 알만합니다

물론 이동용 차량용에 한한 비교이고,
부품의 교체비용, 연료비용등은 고려하지 않았습니다

<수소차/전기차/휘발유차(유럽) 에너지 효율성 비교>

현대의 수소차 넥소: 수소 6.33kg, 주행거리 666km.
현대의 전기차 코나: 배터리 64kwh, 주행거리 415km.
휘발유차: 유럽의 연비규정 25km/l

수소 1kg=143Mj, 전기 1kwh=3.6Mj, 휘발유 1l=32.6Mj 이다.

전기차는 1km 주행하는데 (64kwh*3.6Mj/kwh)/415km=0.538Mj/km
수소차는 1km 주행하는데 (6.33kg*143Mj/kg)/666km=1.359MJ/km
유럽연비규정에 따른 휘발유차는 (1l*32.6Mj/l)/25km=1.304Mj/km

즉, 수소차는 1km 주행하는데 유럽연비규정기준 휘발유차보다 에너지를 더 소비하며, 전기차보다는 2.5배 에너지를 더 소비합니다. 앞에서 언급하였지만, 자율주행차가 되더라도, 부품수가 적고, 그에 따른 비용과 교체비용도 적으며, 동력으로 모터만 제어하면 되기 때문에 타 차에 비해 단순하고, 제어가 용이한 전기자동차가 유리합니다.

 

3) 과연그럴까?

 

촤근의 신문기사에 '10 년 뒤 수소차가 대세(https://news.joins.com/article/23803332) '' (중앙일보)란 기사가 실렸습니다. 하지만.앞서의 분석등의 이유로, 수소차 대신, '10년도 되기전에 전기차가 대세' 가 될 것으로 판단합니다.

 

대세라는 개념은 양이 아니라, 기술의 확립과 양산성 검증과 양산추세가 대대적으로 출발하는 싯점에 기반하여야 합니다. 그 시점부터는 대세가 아닌 것에는 개발투자를 더 이상할 필요가 없어, 현상유지하다가 커튼을 내려야 하는 데, 그 때까지 아마도 유지.관리정도의 투자가 있지 않을까 싶습니다. 요즘 대부분의 차에서 자율 주행기능이 있는데 현재는 1~3 단계로 5단계의 완전 자유 주행 대세시대와 전기차 대세시대와 맞아 떨어집니다.

 

자율주행은 동력원과 독립적으로 구현될 수는 있지만, 완전자율 주행(5)단계나 하위단계에서도 동력제어가 모터만 제어하는 전기차가 유리합니다, 당연히 [전기차+자율주행차]가 대세로 갈 것입니다. 현대차 같은 엔진업체들이 슬슬 전기차를 선보이는 것은 그동안 알게 모르게 [전기차+자율주행차] 투자를 하여 차체 생산능력을 강점으로 어느정도 자신감이 생겼다는 징후이라 할 수 있겠습니다.

 

아마도, 초반에 전기차에 뛰어들어 분위기 잡았으면, 산업주도권이 배터리회사로 갈 수도 있었을 것입니다. 하지만, 아직도 정확히는 모릅니다, 아마존, 구글, LG전자, 삼성 SDI 같은 배터리회사, 통신.전자회사들이 무슨 카드를 쥐고 있을 지? 아마도 내부적으로는 언제던지 전기차 사업이나 자율주행차 사업에 뛰어들 준비를 하고 있을 것입니다.

 

최근의 현대자동차 J부회장이 삼성을 방문하여 전략적 제휴를 모색하는 것은 이런 수면밑의 나름대로 전략을 내비친 것이라 볼 수 있습니다.

 

또, 배터리 소형화 수요가 늘어나면, 수소발전기와 압축공기를 차에 싣고 다니는 것보다 전기 선로가 없는 곳에서나, 일반 충전소에서도 수소발전기를 두거나 태양광발전기로 대용량 ESS(Energy Storage System:에너지저장장치)에 저장해 둔 전기를 차량 배터리에 미리 충전시켜 두고 배터리를 바퀴교환 해주듯 교환해주는 방식이 주목받게 되지 않을까 싶습니다.

 

또, 대용량 ESS를 이용해야 할 이유로는 앞서처럼 배터리 교환에도 사용되지만, 전기차가 많아지면, ‘동시 충전수요가 급증할 것인데, 이에 대비하기 위해서도 분산전원(전원분산)이 필요해집니다. 그래서 전기차가 어느 정도 궤도에 오르면 한전의 송전선로와 무관한 대용량ESS도 늘어날 수 밖에 없습니다.

 

충전소(充塡所) 개수나 비용, 입지문제는 여전히 해결해야 난제로 남을 것입니다. 아파트지하주차장에 전기차 충전소(充電所)를 설치할 수 있는 반면에, 아파트 단지내는 고사하고 인근에라도 수소연료전지용 충전소(充塡所)를 설치하기 힘들 것입니다. 아무리 안전을 담보한다해도 주변 지역민이 쉽게 허용하지 않을 것이 뻔하기 때문입니다

 

참고로, 전기차 충전소는 한 스테이션당 500만원 네외, 수소충전소는 약 30~50억원이 드는 것을 알려져 있습니다

 

4) 수소문명시대

 

그린 에너지, 그린환경은, 지구이상기후 영향으로 지속적으로 추진되어오는 향후 지구문명방향을 제시한다고 할 것이다. 그린시티는 그런 환경을 기반으로 하는 도시문명의 방향이다. 이를 위해서는 수소를 에너지화하는 것이 필수불가결하다. 하지만, 수소를 확보한다는 측면에서는 일부는 타당하지만, 일부는 과장된다고 할 수 있겠습니다.

 

이를테면, 향후 50년내, 수소행융합발전소가 일상적으로 상용화 된다면, 전기에너지는 거의 해결되지 싶다. 또, 본문에서도 언급하였듯이 수소연료전지 산업이, 축전이나 송.배전 분산효과에다, 연료전지 부품산업, ESS 산업등 오랜시간이 걸리겠지만 새로운 문명, 이를테면 수소문명시대로 거듭나지 않을까 싶습니다.

 

다만, 수소의 조달과 조달비용이 문제되리라 본다. 현재는 대부분 석유화학관련 여러공정중에서 발생하는 수소(부생수소)를 이용한다는데 이 발생량(한국)이 승용차20~30 만대, 만게는 50만대 사용량정도라니, 본격적인 수소 문명시대가 되면 바닷물이나 강물을 전기분해하던, 천연가스나 메탄가스등을 개질하거나 자연에서 채취하거나,

 

태양이 50억년 수소핵융합이 일어났고, 앞으로 50억년동안 더 수소핵융합이 일어날거라는 사실에서 보듯이 우리 우주에 흔해 빠졌다는 수소를 지구로 가져와야 할텐데, 논리적으로 전기분해해서 수소를 얻고 이를 다시 반응시켜 전기를 얻는다? 이런 우끼는 수소취득방법도 있을 법하겠다. 아무튼 수소자원확보가 미래의 수소문명시대의 핵심 키라 할 수 있습니다.

 

그리고,

 

보통 간과하기 쉬운 것 중 하나가, 전기 용량입니다. 아반테급? 소나타급? 전기자동차 모터용량은 최대 60kw부근이지 싶은 데, 보통 주행은 약15kw? 정도(엔진차 최대 속도250kmm/h지만 보통80km/h로 달리듯이 사용되는 것과 유사)로 가정하면 이 모터를 5시간돌리기( 즉,시속100km로 5시간 운전, 다시말하면, 500km주행) 위해서는 15x 5=75kwh의 전기에너지가 필요하게 될 것입니다. 100만대라면, 75,000,000kwh가 필요하고 이는 원자력 발전용량이 약 1,500,000kw로, 50시간동안(열흘넘게) 발전되어야 할 량입니다. 한시간에 100만대 모두 충전을 다 시킬려면, 얼추, 원자력 발전소 50기가 동시에 가동되어야 하지 않을까? 안그럴려면, 원자력 발전이든, 무슨 발전이든, 소요가 적을 때 물를 저축해두는 저수지처럼, 축전을 해두어야 할 것입니다. 그 축전장치(ESS)가, 가정에, 건물에 비치되어 있다면, 일시적 전력수요 폭증을 예방할 수 있을 것입니다.

 

따라서, 전기자동차가 발전하면, 차량배터리 뿐만아니라, ESS도 대량으로 필요하게됩니다. 또, 전기자동차 주행거리, 급속충전 문제가 기술적으로 해결된다해도 배터리 양극소재인 리튬의 확보가 문제가 될 소지가 있고, 이렇게 동시접속에 따라 일시적 전기에너지 폭증현상을 어떻게 분산 시킬 것인지? 고려가 있어야 합니다

 

그리고, 수소연료전지차는 가격경쟁력도 취약하고, 어느정도 기술발전의 한계가 존재하지만, 전기자동차는 발전의 다양한 옵션이 존재할 수 있습니다. 리튬이온배터리->전고체배터리->그래핀배터리->리튬공기배터리외 리튬황배터리, 알루미늄공기나, 아연공기배터리등도 그렇고 그래핀과 결합된 여러 배터리들.....음극이나 양극, 전해질 쪽의 기술, 지금은 취약한 충전기술등에서 지속적인 기술개발 등이 다양하게 이루어질 여지가 크다하겠습니다.

 

그러니, 배터리 저장능력, 충전시간등의 문제로 산업계나, 정부에서조차 혼선과 혼돈이 있어 왔지만, 배터리 저장능력확보, 충전시간단축등은 거진 막바지에 온 느낌으로, 5~10년 정도의 장기적 관점으로 보면, (배터리)전기차쪽 승산이 훨씬 클 것이라 생각합니다. 늦었지만, 지금부터라도 이에 대한 대비를 하여야 할 것입니다