[다가온 수소사회] 수소전기차가 진정한 친환경차인 이유는?

수소전기차는 차세대 친환경 자동차다. 이는 운행 과정에서 배기가스를 배출하지 않고 대기 중 오염물질을 정화한다는 점에서 비롯된다. 이런 일이 가능한 원리는 무엇일까? 수소전기차의 친환경성에 대해 살펴보고, 모빌리티 분야 전반으로 확산되고 있는 연료전지 시스템에 대해 알아본다.

친환경차를 분류하는 가장 중요한 기준 중 하나는 주행 중 오염물질을 배출하는지 여부다. 수소전기차 역시 배기가스 배출이 전혀 없다. 내연기관 자동차의 배기가스는 가솔린, 디젤 등의 화석연료를 연소해 동력을 만드는 과정에서 발생하는 부산물로, 일산화탄소(CO)나 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 이산화탄소(CO₂), 아황산가스(SOx) 등의 다양한 유해 물질을 포함하고 있다. 세계 각 나라가 배기가스 배출을 제한하는 이유다.

수소전기차는 기존의 자동차와 사용하는 연료도, 동력을 생산하는 방식도 다르다. 구동모터를 통해 전기에너지를 운동에너지로 변환한다는 점에서는 전기차와 비슷하지만, 수소전기차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 전기에너지를 만들고, 순수한 물을 부산물로 배출한다. 즉, 전기차와 다르게 전기에너지를 차 내에서 직접 생산하지만, 전기차처럼 주행 과정에서 환경이나 인체에 유해한 물질을 전혀 배출하지 않는다는 이야기다. 자동차가 달리는 수많은 도로 역시 우리가 생활하는 공간이라는 점을 고려하면 배기가스를 배출하지 않는다는 것만으로도 환경에 긍정적인 영향을 준다는 것을 알 수 있다.

수소전기차는 수소와 반응할 산소를 외부로부터 수집한다. 수소전기차의 공기 공급 시스템으로 유입된 공기는 공기필터와 막 가습기를 거쳐 기체확산층을 통과한 후, 전해질막에서 수소와 만난다. 이런 과정이 필요한 건 연료전지의 내구성 확보를 위해서다. 미세먼지와 같은 불순물을 포함한 공기를 그대로 전달할 경우 불순물이 전해질막에 누적돼 연료전지의 성능이 저하된다.

수소전기차는 사용한 공기를 다시 외부로 배출하는데, 이 공기는 사용 전 미세먼지를 비롯한 불순물을 모두 제거했기 때문에 대기보다 깨끗한 상태다. 연료전지 보호를 위한 장치지만 부수적으로 대기를 정화하는 효과도 볼 수 있는 것이다. 수소전기차를 달리는 공기청정기라고 부르는 이유가 바로 이런 특징 때문이다.

수소전기차의 연료전지 시스템은 특유의 친환경성 때문에 승용차뿐만 아니라 상용차 분야에서도 널리 활용될 것으로 예상된다. 트럭이나 버스 등 짐이나 승객을 실어 나르는 상용차는 승용차보다 평균 주행거리가 길다. 이는 승용차보다 배기가스 배출량이 더 많다는 이야기다. 2016년 환경부가 발표한 자료에 따르면 대형 트럭이 배출하는 초미세먼지는 연간 1만 1,223톤으로, 자동차 전체 배출량의 약 24.2%를 차지한다. 전체 자동차 등록 대수에서 대형 트럭이 차지하는 비율이 1%인 점을 고려하면 대형 트럭 1대가 배출하는 초미세먼지의 양은 일반 자동차보다 훨씬 많다는 것이다. 대형 트럭과 같은 상용차에 연료전지 시스템을 장착하면 도심의 대기 질이 크게 개선될 것이라는 전망이 나오고, 상용차를 수소전기차와 같은 친환경차로 교체하려는 움직임이 시작되는 이유다.

현대자동차는 지자체와 업무협약을 통해 울산, 창원, 부산 등의 시내버스 일부 노선에 수소 전기버스를 사용하고 있다. 서산, 아산 등의 지역에서도 수소 전기버스 시범사업을 진행할 계획이다. 버스뿐만 아니라 대형 트럭, 청소 트럭 등 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 다양한 상용차에 연료전지 시스템을 도입하고 실증 사업을 진행해 상용 수소전기차의 대중화를 위해 노력하고 있다.

향후 연료전지 시스템은 자동차뿐만 아니라 모빌리티 분야 전반으로 확산될 예정이다. 2017년 맥킨지의 발표자료에 따르면 트램과 철도는 2025년, 여객선은 2030년, 화물선 및 비행기는 2050년경에 상용화가 이뤄질 전망이다.

실제로 국내에서도 수소 연료전지 시스템 확대를 위한 연구개발이 진행 중이다. 현대차그룹은 현대건설과 함께 연내에 수소 연료전지 지게차, 2021년까지 수소 연료전지 굴삭기 시제품을 제작하고 2023년에는 상용화할 예정이다. 현대로템은 현대차와 함께 수소 연료전지를 탑재한 철도차량 개발을 진행 중이다.

연료전지 시스템의 이런 확산은 수소가 경제성, 안전성 등 복합적으로 좋은 평가를 받고 있기 때문에 가능했다. 물론 이런 변화가 시작된 데에는 친환경적이라는 점이 결정적이었다. 지속가능한 성장을 이어가기 위한 동력원으로 주목받고 있는 수소 연료전지 시스템. 수소 연료전지 시스템이 가져올 청정한 미래가 기대된다.