수소전기차의 영역은

요즘 수소전기차에 대해 비판적인 글들이 종종 보인다.

그중 하나를 보면, 물을 전기분해하여 수소를 만든다는 것은 혹세무민이다. (https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=saranmul&logNo=221116073254&proxyReferer=http%3A%2F%2Fwww.google.com%2F&fbclid=IwAR1zx2zKiOQxVxT4e8qWCCE8_7kc512CMdiLHfz2sbR70rLaIcpvap7UktU#)

미국에서 생산되는 수소의 4%만이 전기분해될 뿐, 나머지는 천연가스의 열분해, 석탄의 수증기 개질을 통해 만들어진다고.

또한 비용도 비싸다고.

1000kg의 수소를 만들기 위해서는 $0.06/kWh의 전기 요금 기준 $2,717이 필요하고

이를 위해 1900kW의 전기가 공급되어야 한다고. (일반 주택 1000가구)

그리고 수소는 운반을 위해 액화 또는 압축이 필요하다고.

345바(5000psi)로 수소를 저장하기 위해서 수소 무게의 65배에 해당하는 탱크가 필요하다고.

자동차 용도로 사용되는 양성자 교환막 연료전지(PEMFC)의 경우 캐나다의 Ballard사에서 지난 10년간 전세계에서 사용된 연료전지의 80%를 공급했는데, 고가의 백금 촉매를 사용하는 관계로 $7,000/kW 미만으로 시스템을 공급하는 것이 거의 불가능하다고.

내용 하나하나가 맞는지를 따지기에 앞서 큰 틀에서 틀린 말은 아닌 것 같다. 현재 비싸긴 하다.

그리고, 한국, 일본, 중국, 독일 등의 나라들이 국책사업으로 추진하고 있어 뭔가 있나 싶기도 하다.

우선 수소는 무엇일까부터 생각해 볼까 한다.

위키백과와 나무위키에 수소 원자는 우주에서 가장 흔하며 가벼운 무색의 원자라고 나온다.

전 우주에 존재하는 원소의 90% 이상이 수소라고 한다.

하지만 지구는 수소를 잡아둘 만큼의 중력이 부족하기 때문에 지구에서는 쉽게 얻을 수 없는 게 수소라고 한다.

수소는 석유 및 화학공업에서 많이 사용된다.

가장 큰 용도는 질소와 반응시켜 암모니아를 얻는 것이라 하고

식물성 액체 지방과 결합시켜 고체지방(예: 마가린)을 생산하는데 쓰이기도 하고

일산화탄소와 반응시켜 메틸 알콜을 얻기도 하고

석유화학에서 중질유의 분해, 탈황 공정에 이용되기도 하고

염소와 반응시켜 염산을 얻는 데 쓰이기도 하며

금속산화물을 환원시키고, 반도체 산업에서 무정형 실리콘이나 탄소를 안정화시키는데 이용되기도 한다고 한다.

2014년 기준 국내 산업용 수소 총공급 능력은 299,300m³/h였으며, 국내 수소시장은 연간 6,000억원 수준이라고 한다.

덕양이 159,000m³/h, SPG케미칼이 60,000m³/h, 에어리퀴드가 53,000m³/h, 린데 12,100m³/h, SDG, 창신화학, 대성가스산업 순이었다.

당시 수소의 공급단가는 평균 400원/m³였다고 한다.

수소 생산 방식은 나프타 분해 방식이 161,900m³/h, 소금물 전기분해가 67,500m³/h, 천연가스 개질 51,600m³/h, 프로판 탈수소화 14,000m³/h, 메탄올 개질, 코크스 순이었다.

(http://www.todayenergy.kr/news/articleView.html?idxno=99829)

 

수소만 산업용으로 사용되는 게 아니다.

아세틸렌, 질소, 아르곤, 크립톤, 산소, 이산화탄소, 네온, 크세논, 헬륨 들이 산업용으로 사용되고,

이를 전문적으로 공급하는 업체도 있다.

결국, 화두는 수소가 자동차용으로 적합한 지에 있는 듯 싶다.

파리협정에 따라 재생가능에너지의 필요성은 지속 증가하고 있다.

또한 화석연료가 배출하는 이산화탄소에 대한 경각심도 늘고 있다.

그래서, 전기차에 대한 관심 또한 증가하고 있다.

전기차에 대해서는 비교적 사람들이 호의적이다.

유투브에 올라온 자료를 찾아봤다.

https://www.youtube.com/watch?v=f7MzFfuNOtY&t=4s

전기차와 수소전기차에 대한 효율을 비교한 그래프다.

전기차는 Grid에서 공급된 교류전기AC를 직류전기DC로 충전하고, 다시 교류전기AC로 전환하는 데 매번 90~92%로 효율이 줄어든다.

수소전기차의 경우 (on site 생산 기준) 수소를 얻기 위해 전기를 이용하여 물을 분해하고, 생산된 수소를 운반하기 위해 압축하고, 다시 연료전지를 통해 전기를 생산하는 과정을 거치며, 효율이 많이 떨어진다.

전기차가 수소전기차보다 효율이 두배 정도 좋다.

가격 비교 자료다.

전기차가 km당 2~2.4cents, 수소전기차가 17.7cents로 전기차의 연료비가 훨씬(8배) 저렴하다.

효율과 비용면에서 전기가 수소전기차에 비해 뛰어난 점은 확실하다.

그런데 무게로 가면 조금 달라진다.

전기차는 주행거리를 늘리기 위해서는 배터리의 무게가 늘어나야 한다.

유투브에 있는 자료에 따르면 kWh당 3.6kg의 배터리가 사용되는 것으로 나온다.

위의 그래프를 보면 승용차를 예로 든 것 같은데 160km를 가는 차의 무게가 1500kg이 안되는 반면

600km를 가려면 차의 무게가 3000kg까지 늘어나는 것으로 나온다.

반면 수소전기차는 주행거리가 늘어나도 차량의 무게가 큰 차이 없는 것으로 나온다.

또한 충전시간도 수소전기차는 가솔린이나 디젤차와 비슷한 시간이 걸리는 반면

전기차는 최소 30분 이상 걸리는 것으로 알려져 있다.

여기서, 시간에 구애받지 않고 주행거리가 상대적으로 짧아도 되는 차량의 경우

전기차가 최적임을 알 수 있겠다.

하지만, 충전 시간이 장시간 걸리면 안되는 경우, 그리고 주행거리가 길어야 하는 경우에는

전기차가 대안이 되지 못할 수가 있다.

유럽의 경우, 시내버스에 대해 전기차 프로젝트와 수소전기차 프로젝트가 여럿 있다.

고정된 노선을 정기적으로 오가는 경우라 차량에 수반하는 충전 인프라의 대응이 가능해서이다.

하지만, 대형트럭은 전기차로 대응하는 프로젝트가 거의 없다.

벤츠와 MAN에서도 200km 범위의 25톤 내외 트럭만 테스트에 들어간 상황이다.

그렇다고 대형트럭의 경우 이산화탄소 규제를 안할 상황은 아니다.

유럽연합에서도 관련 규제 마련에 들어가 있다.

여기에 Volvo나 Iveco 같은 업체는 LNG로 대응하려고도 하고 있다.

LNG는 규제에 맞게 이산화탄소 감축은 안되는 것으로 보인다.

Volvo의 제원을 보면

115kg(275liter), 155kg(375liter), 205kg(495liter)의 LNG 탱크를 장착한 차량으로

800km까지 주행가능하다고 나와 있다.

LNG 1liter로 1.62km, 100km 주행시 61.9liter가 필요한 상황이다.

LNG 차량은 LNG에서 나온 천연가스 90~95%와 디젤 5~10%가 같이 분사되어야 해서

170리터의 디젤 탱크가 별도로 장착되어 있다고 한다.

암튼 약 380리터의 탱크 용량으로

디젤은 1040km를 주행할 수 있고,

CNG는 272km, LNG는 608km를 주행한다고 Volvo 자료에 나오고

또 160km를 주행하기 위한 연료탱크는

디젤이 56.8리터, CNG는 219.6리터, LNG는 98.4리터가 필요하다고 나온다.

http://www.rff.org/files/sharepoint/Documents/Events/121010_trucking_event/Greszler-presentation.pdf

수소도 승용차와 달리, 대형트럭으로 가게 되면

위에서 인용한 그래프와 달리, 필요한 수소의 양이 늘어나야 한다.

연료탱크도 700바 기준 디젤 대비 2.5배 이상 커져야 한다. (CNG 3.8배, LNG 1.7배)

그런데 내적(inner volume)이 아닌 외적(outer volume)으로 가면 훨씬 더 커져야 하고.

그래서 현재 사용되는 차량과 다른 형태의 차량이 새로 나와야 한다.

차량 길이든 차량의 용적이든.

수소전기차의 영역은 장거리 큰 짐을 운송하는 영역으로 예상되는데, 그럼에도

전기차도 전고체배터리가 상용화되면 대형차라도 꼭 수소로 가지 않을 수도 있을 것이다.

현재의 수소 또한 수소의 가격과 차량의 가격을 낮추지 못하면

디젤차가 여러 규제에도 불구하고 계속 운영될 수도 있는 상황이다.