수소자동차
1. 개요
수소를 연료로 하며, 수소연료전지를 통해 전기를 얻어 구동하는 차량. '수소차', '수소자동차'로 불리는 자동차에는 '수소내연기관자동차'와 '수소연료전지차'가 모두 포함되는 말이므로, 흔히 수소차라 불리는 것은 엄밀히는 '수소연료전지차', '수소전지자동차', '수소전기차'등의 명칭이 적합하다. 하지만 수소내연기관차량은 아무 이점이 없기 때문에 의미없는 방식이라, 현재 '수소차'가 통상적으로 의미하는 바는 '수소연료전지차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)'다.
전기자동차와 함께 차세대 친환경 교통수단 후보로 경쟁하고 있으며, 내연기관 차량에 비해 연료비가 싸고, 출력이 높으며, 전기자동차에 비해 충전 시간, 주행 거리 등에서 장점이 있다.[1] 다만 아직까지 충전소 등 교통 인프라에서 전기자동차에 크게 밀리는 상황. 2020년 기준 수소차를 출시, 생산하는 회사는 현대자동차, 토요타, 혼다 등이 있다.
국내 최초의 수소 자동차는 1993년 성균관대학교 내연기관연구팀이 800cc 3기통 엔진을 개조한 수소직접 분사형의 '성균1호'#이다. 플랫폼은 당시 아시아자동차 '타우너 밴'을 활용하였으며, 가장 어려운 분사밸브 개발을 포함하여 완성에 6년이 소요되었지만 실상용화는 되지 않은 연구형 모델이다. '성균2호'#
2. 종류
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흔히 "수소자동차"라 하면 막연히 "수소를 연료로 사용하는 자동차" 정도로만 알고 있는 이들이 많지만, 실은 서로 완전히 다른 두 가지의 수소자동차가 있다.
2.1. 수소연료전지차(FCEV)
전기자동차의 수소 버전. 수소연료전기차를 제외한 전기자동차는 이미 충전된 배터리를 동력원으로 삼아 주행한다. 반면 수소연료전지자동차는 수소연료탱크로부터 수소를 공급받아 전기로 즉시 발전시켜 주행한다. 여기서 배출되는 찌꺼기는 물밖에 없다. 매연도 없고 소음도 거의 나지 않는다. 수소연료전지 자동차가 별도의 배터리를 탑재할지 안 할지는 선택사항이지만 일반적으로는 회생제동을 활용하기 위해 작게나마 탑재하는 편이다.
2.2. 수소 내연기관 자동차
일반적인 내연기관과 동일하게 수소를 터뜨려 구동력을 얻는 방식이다. 수소 내연기관 자동차도 연료전지와 마찬가지로 수소 특유의 친환경성과 고성능은 그대로 가져간다.
그러나 FCEV보다 효율이 훨씬 나쁘고 연료 특성에 맞춰서 연소 시스템을 죄다 새로 개발해야 하는데다 소비자 입장에서는 특출난 장점이 없으면서 내연기관의 단점은 다 떠안기 때문에 아직 연구 단계이며, 그다지 주목받지는 못하고 있다.
위와 같은 이유로 현재 주로 연구되고 있는 수소자동차는 거의 대부분 FCEV다. 새로운 차기 교통수단으로 각광 받는다고 하나 아직까지는 기를 펴지 못하고 있는데 차기 교통수단의 경쟁상대라고 할 수 있는 전기자동차가 예상 외로 급격하게 성장했기 때문이다. 그럼에도 수소 자동차 진영에서는 전기자동차 특유의 개선하기 어려운 한계가 많은 관계로, 분명 수소자동차로 넘어가는 시기가 오기는 올 것으로 예상하고 있다. 그게 언제가 될지가 아직 보이지 않는다는게 문제일 뿐.
3. 장단점
3.1. 장점
- 연료로서 수소의 성능이 우수하다.
수소의 열량은 동일 중량당 내연기관 연료의 약 3배나 된다.
배터리는 무게가 무겁고 축전 효율이 낮다. 전기차 특유의 고효율이 결합되면서 주행거리를 늘리기가 쉬운 편이라 현재 출시되는 수소 연료전지 차량들은 1 ㎏당 100 ㎞의 주행거리를 제공한다. 축전지 기반 전기자동차보다 대체로 긴 주행거리다.
배터리는 무게가 무겁고 축전 효율이 낮다. 전기차 특유의 고효율이 결합되면서 주행거리를 늘리기가 쉬운 편이라 현재 출시되는 수소 연료전지 차량들은 1 ㎏당 100 ㎞의 주행거리를 제공한다. 축전지 기반 전기자동차보다 대체로 긴 주행거리다.
- 배기가스 제로
FCEV는 연료에 탄소(C)나 다른 불순물이 없고 수소와 산소가 만나 물이 생성될 뿐이다. 내연기관과 달리 발암물질이나 대량의 탄소가 함유된 배기 가스가 나오지 않는다. 물이 배출된다는 특징이 있지만, 그 양은 일반적은 도로 환경에서는 문제되지 않는다.
- 달리는 공기청정기
수소연료전지 스택을 효율적으로 작동시키려면 미세먼지가 제거된 청정한 공기가 필요하다. 수소차는 공기를 빨아들여 정화한 후 수소연료전지에 사용하고 다시 배기구로 깨끗한 공기를 내보내게 된다.
공기 중 먼지나 화학물질은 3단계 공기정화 시스템을 통해 정화된다. 그래서 오히려 공기정화기 기능도 수행한다. 현대 넥쏘는 한 시간 주행 시 26.9㎏의 공기를 정화할 수 있다. 이는 성인 48.9명이 한 시간 동안 호흡하는 공기량에 해당한다. 다만 공기 여과에 필요한 필터가 소모성이기 때문에 환경적으로는 장점이겠지만 차량 소유주 입장에서는 유지비가 강제로 늘어나는 꼴이라 단점이 될 수도 있다.
공기 중 먼지나 화학물질은 3단계 공기정화 시스템을 통해 정화된다. 그래서 오히려 공기정화기 기능도 수행한다. 현대 넥쏘는 한 시간 주행 시 26.9㎏의 공기를 정화할 수 있다. 이는 성인 48.9명이 한 시간 동안 호흡하는 공기량에 해당한다. 다만 공기 여과에 필요한 필터가 소모성이기 때문에 환경적으로는 장점이겠지만 차량 소유주 입장에서는 유지비가 강제로 늘어나는 꼴이라 단점이 될 수도 있다.
- 3단계 공기정화 시스템
- ①먼지 및 화학물질을 포집 하는 공기필터에서 초미세먼지 97% 이상이 제거
- ②막 가습기(가습막을 통한 건조공기 가습)의 표면에서 초미세먼지가 추가로 제거
- ③연료전지 스택 내부 미세기공 구조의 탄소섬유 종이로 된 기체확산층에서 제거
- 현대 넥쏘 공기정화량 예시
- 넥쏘 1만대 운행 시, 성인 약 49만명이 사용하는 만큼의 공기를 정화. 성인 1명의 1시간 필요 공기량 : 0.55kg, 넥쏘 1대 1시간 운행시 공기 정화량: 26.9kg (성인 48.9명 소비량)
- 주행 중 도로 위에서 발생되는 상당량의 미세먼지(타이어, 도로표면 마모 등)를 직접 정화하는 효과. 미국 EPA ‘도로 이격거리에 따른 오염도 분석’에 따르면, 고속도로에 가까울수록 미세먼지 높음(최대 2배) 1cm3 당 미세먼지 농도 : 350(도로에서 300m) → 400(도로에서 150m) → 700(도로에서 20m)
- 저렴한 수소 단가
과거에는 수소 제조에 들어가는 비용이 기름값보다 비쌌다. 현재는 천연가스 개질법이나 나프타 분해를 통해 저렴하게 수소의 대량 생산이 가능해 1 ㎏당 약 5,000원의 단가로 충분히 저렴하게 생산된다.
해당 기술들은 현재도 쓰이며 일상적인 기술이다. 이때 생산단가는 화석연료보다 저렴하리라 예상된다. 미래 수소자동차가 대량 보급되었을 때 어떻게 바뀔지는 알기 어렵다. 또한 화석연료는 판매가의 60% 가량에 세금이 붙음도 고려해야한다. 정부에서는 『수소경제 활성화 로드맵』을 통해 수소 가격 목표를 2030년 4,500원/kg, 2040년 3,000원/kg으로 발표한 바 있다.
해당 기술들은 현재도 쓰이며 일상적인 기술이다. 이때 생산단가는 화석연료보다 저렴하리라 예상된다. 미래 수소자동차가 대량 보급되었을 때 어떻게 바뀔지는 알기 어렵다. 또한 화석연료는 판매가의 60% 가량에 세금이 붙음도 고려해야한다. 정부에서는 『수소경제 활성화 로드맵』을 통해 수소 가격 목표를 2030년 4,500원/kg, 2040년 3,000원/kg으로 발표한 바 있다.
- 기존 전기 인프라의 효율적인 이용
태양광 발전은 발전 피크가 한낮이라 이때 에너지가 버려질 수 있다. 수력발전, 핵발전은 밤, 새벽 발전에 유휴 전력이 많다. 이 전력을 수소 생산에 사용하면 전력 사용 효율이 높아진다. 즉 수소는 전기 에너지 보존 매체가 되는 것이다.
- 빠른 충전
2018년 현대에서 공개한 넥쏘는 충전 시간이 5분 내외다. 화석연료 주입시간은 1~2분 내외이므로 감안할만한 충전 시간이다. 반면 축전지식 전기자동차는 충전시간을 짧게 하기가 어려워 최소 30분 이상의 시간이 필요하다.
3.2. 단점
- 수소 생산시 이산화탄소 등 오염물질 배출
수소자동차는 매연이나 이산화탄소를 배출하지 않지만 수소를 생산하는 과정에서 온실가스인 이산화탄소를 좀 심각하게 대량으로 배출한다.
거의 수소만 걸러내고 나머지 찌꺼기들을 모조리 배출해버리는 수준. 현재 수소를 생산할 수 있는 방법 자체는 많이 있지만 전기분해는 경제성이 낮고 대량생산과 경제성을 확보하려면 천연가스 개질법 등의 화석연료를 가공한 방법이 최선이다. 그러나 이 방법들은 필연적으로 온실가스를 배출하고 결정적으로 화석연료 의존도를 낮출 수가 없다는 문제가 있어서 대체연료를 쓰는 의미가 없어져 버린다. 또한 이산화탄소 포집 등의 각종 탄소저감기술은 아직 대규모로 경제적으로 하기 힘들뿐더러, 수소의 생산은 민간에서 하기 때문에 탄소저감을 안해버리면 그만이고 법으로 강제한다면 가격을 올려받을 좋은 이유가 된다.
일부 석유 정제, 분해 공정에서 부산물로 생성되는 수소를 활용하자는 의견도 있지만 그런 부생수소의 양이 절대 부족하다. 석유 정제 과정에서 나오는 수소는 대부분 탈황공정이나 휘발유 개질(크래킹)의 수소첨가 등에 대부분 자가 소모되어 따로 판매할만큼 남지 않고 판매되는 것은 대부분 나프타 분해공정의 부산물로 나오는 부생수소이다. 현재 한국에서 부생수소 연간 판매량은 26 만톤 가량으로 이중 1/3 정도를 수소자동차용으로 쓴다고 해도 연간 43만대 정도의 승용차를 운행할 정도 밖에 안되고 이는 2000만대가 넘는 차량의 2% 밖에 되지 않는다. 또한 그렇게 수소가 부산물로 나오는 산업은 애당초 수소생산이 목적이 아니기 때문에 이를 위주로 대량생산을 할 수도 없고 기존의 수요가 어디로 가는 것도 아니므로 경제성이 확보 되는 것도 아니다. 결국 현재 공짜나 마찬가지인 부생수소 생산량이 부족해질 정도로 수소차가 대량보급되면 결국 천연가스를 변환해 사용할 수 밖에 없다.
거의 수소만 걸러내고 나머지 찌꺼기들을 모조리 배출해버리는 수준. 현재 수소를 생산할 수 있는 방법 자체는 많이 있지만 전기분해는 경제성이 낮고 대량생산과 경제성을 확보하려면 천연가스 개질법 등의 화석연료를 가공한 방법이 최선이다. 그러나 이 방법들은 필연적으로 온실가스를 배출하고 결정적으로 화석연료 의존도를 낮출 수가 없다는 문제가 있어서 대체연료를 쓰는 의미가 없어져 버린다. 또한 이산화탄소 포집 등의 각종 탄소저감기술은 아직 대규모로 경제적으로 하기 힘들뿐더러, 수소의 생산은 민간에서 하기 때문에 탄소저감을 안해버리면 그만이고 법으로 강제한다면 가격을 올려받을 좋은 이유가 된다.
일부 석유 정제, 분해 공정에서 부산물로 생성되는 수소를 활용하자는 의견도 있지만 그런 부생수소의 양이 절대 부족하다. 석유 정제 과정에서 나오는 수소는 대부분 탈황공정이나 휘발유 개질(크래킹)의 수소첨가 등에 대부분 자가 소모되어 따로 판매할만큼 남지 않고 판매되는 것은 대부분 나프타 분해공정의 부산물로 나오는 부생수소이다. 현재 한국에서 부생수소 연간 판매량은 26 만톤 가량으로 이중 1/3 정도를 수소자동차용으로 쓴다고 해도 연간 43만대 정도의 승용차를 운행할 정도 밖에 안되고 이는 2000만대가 넘는 차량의 2% 밖에 되지 않는다. 또한 그렇게 수소가 부산물로 나오는 산업은 애당초 수소생산이 목적이 아니기 때문에 이를 위주로 대량생산을 할 수도 없고 기존의 수요가 어디로 가는 것도 아니므로 경제성이 확보 되는 것도 아니다. 결국 현재 공짜나 마찬가지인 부생수소 생산량이 부족해질 정도로 수소차가 대량보급되면 결국 천연가스를 변환해 사용할 수 밖에 없다.
- 다만 2020년 시점에서 한국의 현실에 비춰볼 때 상기의 문제제기는 그다지 설득력이 있다고 보기 어렵다.
우선 천연가스 개질이 온실가스를 발생시키는 것은 맞으나 온실가스 발생량은 사용하는 천연가스의 성분에 따라 차이가 크다. 메탄(쓰레기장) 등을 사용한 천연가스 개질은 비교적 온실가스 발생량이 적은 편. 그리고 그이전에 한국은 거대한 석유화학 인프라를 갖추고 있는 나라로서 국내 생산 수소 대부분은 부생수소이다. 또 수소자동차에 공급되는 수소들도 부생수소이다. 즉 한국의 석유화학 인프라를 고려하면 수소 생산과정에서 온실가스 발생문제는 그렇게 큰 문제는 아니다. 그렇다면 부생수소는 부족한가? 상기 비판에서는 국내 판매되는 부생수소의 1/3을 수소자동차에 사용한다고 가정할 경우, 43만대의 수소자동차를 굴릴 수 있다고 계산한다. 그런데 이게 적은가? 2020년 상반기 기준 한국에서 굴러다니는 수소자동차는 갓 1만대를 넘었을 뿐이다. 연간 판매량도 잘해야 1만여대 수준으로, 이후 생산량이 확충될 것을 고려해도 40만대가 됐을 때를 걱정할 이유는 없다.
부생수소가 그다지 부족하지 않다는 한 가지 증거로 2020년 7월 충남에 연간 40MWh 규모의 부생수소 발전소가 완공, 가동에 들어갔다. 근처 석유화학 단지에서 생산되는 부생수소를 활용한 수소연료전지 발전소로서, 현재 한국은 부생수소를 수소연료전지 용도로 공급할 여력을 갖추고 있다는 뜻이기도 하다. 그리고 장기적으로는 태양광, 풍력 등 다른 신재생 에너지원의 여유 발전량을 수소를 생산, 저장 데 이용하는 방식으로, 신재생 에너지의 기저부하 감당 능력 부족 문제를 해결하는 식의 상부상조 체계가 이뤄질 가능성도 높다.
가장 좋은 건 4세대 고온 원자로로 수소를 직접 생산하는 방법이 있는데 (핵분열시 튀어나오는 양성자가 사실 수소다) 탈원전 정책으로 개발은 거의 완료했으나 쓸 수 없다. 온실가스 배출에서 자유롭긴 글렀다. ]
부생수소가 그다지 부족하지 않다는 한 가지 증거로 2020년 7월 충남에 연간 40MWh 규모의 부생수소 발전소가 완공, 가동에 들어갔다. 근처 석유화학 단지에서 생산되는 부생수소를 활용한 수소연료전지 발전소로서, 현재 한국은 부생수소를 수소연료전지 용도로 공급할 여력을 갖추고 있다는 뜻이기도 하다. 그리고 장기적으로는 태양광, 풍력 등 다른 신재생 에너지원의 여유 발전량을 수소를 생산, 저장 데 이용하는 방식으로, 신재생 에너지의 기저부하 감당 능력 부족 문제를 해결하는 식의 상부상조 체계가 이뤄질 가능성도 높다.
가장 좋은 건 4세대 고온 원자로로 수소를 직접 생산하는 방법이 있는데 (핵분열시 튀어나오는 양성자가 사실 수소다) 탈원전 정책으로 개발은 거의 완료했으나 쓸 수 없다. 온실가스 배출에서 자유롭긴 글렀다. ]
- 수소 충전소 인프라 부족
현재 대한민국에는 수소충전소가 고작 31군데 밖에 없어 충전하기도 매우 어렵다.
실제로 일반 소비자가 이용 가능한 충전소는 이보다 더 적으며, 고장으로 사용할 수 없는 일도 잦다. 그나마 있는 충전소도 압력이 낮아서 차의 수소 탱크 용량의 절반밖에 충전할 수 없는 곳이 많다. 폭발 시 안전거리 확보가 필수적이며 안전성 확보를 위한 자동화된 감시 장치가 필수적이고 관리를 위한 전문인력을 고용해야 한다. 충전도 아무나 할 수 없고 교육을 받은 전문인력이 해야 한다. 이 때문에 도심지와 인구 밀집지에 설치가 곤란하며 설치 및 운영 비용이 상당히 높은데 충전하려는 사람은 거의 없으니 돈이 될 리가 없다. [2] 따지고 보면 기존 LPG 충전소나 주유소와 비슷하나, 기존 전력 공급 시설을 그대로 이용가능하고 전용충전소를 짓더라도 변전시설 정도만 마련하면 되는 BEV에 비해 뚜렷한 열세.
또한 수소 인프라 구축이 대대적으로 이루어져야 하므로 많은 비용이 들게 되며, 특히 수소의 특성으로 인해 다른 에너지보다 충전시설의 규모당 초기비용이 훨씬 커지는 문제가 있다. 수소충전소 1군데 건설에 약 30억원이 든다고 한다. LNG 충전소는 10억 정도 든다. 충전시간도 최대 30분 가량 걸린다. 또한 수소는 장기적으로 금속을 점차 약하게 하므로 안전성을 확보하기위해 정기적으로 탱크와 파이프 라인 등을 교체해주어야 하므로 수명이 짧고 유지보수비가 높다. 전기자동차의 경우도 인프라 구축이 필요한 것은 마찬가지지만 그 난이도가 수소 에너지에 비해 엄청나게 낮으며 유지하기도 훨씬 쉽다. 전기 자체가 다루기가 쉽고 비용도 워낙 저렴하다보니 필요하면 아예 무인 충전소로 만들기도 쉽다.
실제로 일반 소비자가 이용 가능한 충전소는 이보다 더 적으며, 고장으로 사용할 수 없는 일도 잦다. 그나마 있는 충전소도 압력이 낮아서 차의 수소 탱크 용량의 절반밖에 충전할 수 없는 곳이 많다. 폭발 시 안전거리 확보가 필수적이며 안전성 확보를 위한 자동화된 감시 장치가 필수적이고 관리를 위한 전문인력을 고용해야 한다. 충전도 아무나 할 수 없고 교육을 받은 전문인력이 해야 한다. 이 때문에 도심지와 인구 밀집지에 설치가 곤란하며 설치 및 운영 비용이 상당히 높은데 충전하려는 사람은 거의 없으니 돈이 될 리가 없다. [2] 따지고 보면 기존 LPG 충전소나 주유소와 비슷하나, 기존 전력 공급 시설을 그대로 이용가능하고 전용충전소를 짓더라도 변전시설 정도만 마련하면 되는 BEV에 비해 뚜렷한 열세.
또한 수소 인프라 구축이 대대적으로 이루어져야 하므로 많은 비용이 들게 되며, 특히 수소의 특성으로 인해 다른 에너지보다 충전시설의 규모당 초기비용이 훨씬 커지는 문제가 있다. 수소충전소 1군데 건설에 약 30억원이 든다고 한다. LNG 충전소는 10억 정도 든다. 충전시간도 최대 30분 가량 걸린다. 또한 수소는 장기적으로 금속을 점차 약하게 하므로 안전성을 확보하기위해 정기적으로 탱크와 파이프 라인 등을 교체해주어야 하므로 수명이 짧고 유지보수비가 높다. 전기자동차의 경우도 인프라 구축이 필요한 것은 마찬가지지만 그 난이도가 수소 에너지에 비해 엄청나게 낮으며 유지하기도 훨씬 쉽다. 전기 자체가 다루기가 쉽고 비용도 워낙 저렴하다보니 필요하면 아예 무인 충전소로 만들기도 쉽다.
- 충전 시간의 현실
전기자동차에 비해 수소자동차의 가장 큰 장점인 빠른 충전 시간이 현실 운용에서는 조금 달라질 수 있다.
충전 그 자체만으로는 5분 정도면 충분하지만 미리 탱크 압력에 맞추어 압축해서 저장해놓은 수소가 없으면 압축에 꽤 긴 추가 시간이 소요될 수 있다. # 700~1000bar는 상상 이상으로 높은 초고압이며, 이렇게 초고압으로 수소를 압축하는데도 상당량의 시간과 에너지가 들어간다. 이 때문에 안그래도 어려운 수소충전소 운용이 더 힘들다.
충전 그 자체만으로는 5분 정도면 충분하지만 미리 탱크 압력에 맞추어 압축해서 저장해놓은 수소가 없으면 압축에 꽤 긴 추가 시간이 소요될 수 있다. # 700~1000bar는 상상 이상으로 높은 초고압이며, 이렇게 초고압으로 수소를 압축하는데도 상당량의 시간과 에너지가 들어간다. 이 때문에 안그래도 어려운 수소충전소 운용이 더 힘들다.
- 촉매제(연료전지 스택) 단가
산소와 수소가 빠르게 반응하기 위해 필요한 촉매의 재료인 팔라듐, 백금, 세륨 등의 확보가 필요하며 이 때문에 연료전지의 가격이 너무 비싸다.
대략 현대모비스의 연료전지 스택이 부품가만 3800만원 정도. 연료전지에서 촉매재료의 원가 비중은 40% 정도이다. 또 연료전지가 자동차에서 차지하는 원가 비중이 50% 이상이다. 연료전지의 수명도 짧다. 이런 귀금속은 양이 많지 않기 때문에 이를 대체하기 위한 새로운 촉매의 개발이 연구되고 있다. 팔라듐, 백금, 세륨 등을 안쓰는 연료전지도 있지만 700~800도 이상에서 동작하므로 일반적 차에서 사용하기는 어렵다.
대략 현대모비스의 연료전지 스택이 부품가만 3800만원 정도. 연료전지에서 촉매재료의 원가 비중은 40% 정도이다. 또 연료전지가 자동차에서 차지하는 원가 비중이 50% 이상이다. 연료전지의 수명도 짧다. 이런 귀금속은 양이 많지 않기 때문에 이를 대체하기 위한 새로운 촉매의 개발이 연구되고 있다. 팔라듐, 백금, 세륨 등을 안쓰는 연료전지도 있지만 700~800도 이상에서 동작하므로 일반적 차에서 사용하기는 어렵다.
- 반론: 그러나 기본적으로 촉매는 반응에 직접 관여하거나 반응에 의해 소모되지 않기 때문에 사용법에 따라 필요량을 대폭 줄이는 것이 가능하다.
최근 기술 개발에 힘입어 현재 연료전지에서 사용되는 백금의 양은 매우 빠른 속도로 줄어들고 있으며 실제로 혼다의 Clarity에는 오직 11g의 백금만 사용되어 # 촉매가 차지하는 원가 비중은 이미 비교적 무시할 수 있을만한 수준으로 줄어들었다.
- 안전과 수명
일반인의 우려와는 달리 수소 자체의 폭발 가능성은 그리 크지 않으므로 결정적 결점이라고 보기 어렵다. 하지만 여전히 가연성이 높은 고압가스이므로 취급과 안전에 매우 주의를 해야하고 점검도 자주해야 하고 설비도 이에 맞게 안전성을 위해 강도와 신뢰성을 확보해야한다.
그러므로 수소 자동차나 수소충전소 등은 비슷한 규모의 천연가스 차량이나 천연가스 충전소 등에 비해 원가가 높고 비용이 많이 들어갈 수 밖에 없다. 또 고압의 수소는 장기간 사용하면 금속 탱크나 금속 파이프 등 금속을 약하게 하는 수소취성(hydrogen embrittlement)이 있기 때문에 금속이 고운 가루로 바스라져 수소가 새거나 폭발할 우려가 있어서 신뢰성을 확보하려면 일정 기간 사용 후 파이프와 탱크 등을 교체해주거나 하므로 수명이 짧아 유지비가 많이 들어가게 된다. 토요타 미라이의 수소 탱크 수명은 대략 15년으로 보고 있고 수소 주입구 옆에 특정 시기 이후로는 수소를 주입하지 말라는 경고 문구가 붙어있다.# 헌데 현재 화석연료 설비는 물론이고 수소를 충전하는 것도 가스 안전 자격증을 갖추고 주기적으로 안전 교육을 받는 인력이 충전해야 해야 하므로 셀프 주유/충전도 가능한 내연기관차나 전기차와 큰 비용 차이가 난다.
그러므로 수소 자동차나 수소충전소 등은 비슷한 규모의 천연가스 차량이나 천연가스 충전소 등에 비해 원가가 높고 비용이 많이 들어갈 수 밖에 없다. 또 고압의 수소는 장기간 사용하면 금속 탱크나 금속 파이프 등 금속을 약하게 하는 수소취성(hydrogen embrittlement)이 있기 때문에 금속이 고운 가루로 바스라져 수소가 새거나 폭발할 우려가 있어서 신뢰성을 확보하려면 일정 기간 사용 후 파이프와 탱크 등을 교체해주거나 하므로 수명이 짧아 유지비가 많이 들어가게 된다. 토요타 미라이의 수소 탱크 수명은 대략 15년으로 보고 있고 수소 주입구 옆에 특정 시기 이후로는 수소를 주입하지 말라는 경고 문구가 붙어있다.# 헌데 현재 화석연료 설비는 물론이고 수소를 충전하는 것도 가스 안전 자격증을 갖추고 주기적으로 안전 교육을 받는 인력이 충전해야 해야 하므로 셀프 주유/충전도 가능한 내연기관차나 전기차와 큰 비용 차이가 난다.
- 연료전지 스택의 수명
연료전지 스택의 수명은 현재 짧은데, 15~20만 km / 10년 정도가 한계이다.
스택에서 촉매를 줄이면 줄일수록 수명 또한 줄어드는 난점이 있어서 가격 절감도 쉽지 않은 편이나, 운행거리가 저렇게 줄어들면 오히려 상용차에 적용하기 힘들어진다. 상용차는 최소 100만 km 이상을 무리 없이 굴러다녀야 하기 때문.
스택에서 촉매를 줄이면 줄일수록 수명 또한 줄어드는 난점이 있어서 가격 절감도 쉽지 않은 편이나, 운행거리가 저렇게 줄어들면 오히려 상용차에 적용하기 힘들어진다. 상용차는 최소 100만 km 이상을 무리 없이 굴러다녀야 하기 때문.
- 복잡한 정비
수소차는 전기차의 특성을 그대로 가지고 있는데다 연료 전지 스택 및 수소 라인까지 포함된 복잡한 구조를 가지고 있어서 정비에는 추가 인프라가 필요하다.
예를 들어 수소 탱크 및 파이프 관련 정비를 할 때는 탱크 내의 수소를 비워야 하는데 폭발 위험성 때문에 따로 특별히 관리가 되는 전용 외부 공간에서만 허용이 되고 근처에 고층 빌딩이 있으면 아예 불허된다.
예를 들어 수소 탱크 및 파이프 관련 정비를 할 때는 탱크 내의 수소를 비워야 하는데 폭발 위험성 때문에 따로 특별히 관리가 되는 전용 외부 공간에서만 허용이 되고 근처에 고층 빌딩이 있으면 아예 불허된다.
- 수소 사용
사실 열량으로만 보면 수소 자체의 성능은 우수한 편이지만 우주에서 가장 가벼운 물질이라 부피가 해도해도 너무 크다.
때문에 초고압으로 압축해서 투입해야 하는데 그래도 부피가 커서 승용차 정도에서는 공간을 아무리 짜내도 7~8kg밖에 넣지 못하고 있으며, 이 때문에 실제로 한번에 들고다닐 수 있는 열량이 화석연료 자동차보다도 작아서 오히려 주행거리를 늘리는데 의외로 제약이 크고 LPG 차와 마찬가지로 가스 압력을 견딜 수 있는 둥근 형태의 탱크를 실어야 하기 때문에 화석연료보다 차지하는 부피가 되려 더 크다. 이 때문에 차량 체급에 영향을 많이 받는데다, 차 설계에 제약이 많은 편이다.
물론 그렇다 하더라도 현재 FCEV들은 1회 충전당 주행거리가 600~800km에 달하고 이는 기존 내연기관 차량과 유사하나, 효율을 개선하여 1회 주유당 주행거리가 1,000km가 넘어가는 내연기관 자동차도 늘어나고 있기 때문에 수소차도 마찬가지로 동급의 화석연료 차량에 비해 주행거리가 길다는 장점이 있다고 보긴 어렵다. 심지어 전기자동차는 배터리 기술이 발전함에 따라 계속 주행거리가 올라가는데 수소자동차들은 연료의 부피가 발목을 잡아서 오히려 지지부진한 상태다. 그리고 운행용 수소야 좀 더 자주 주입하는 것으로 넘어갈 수 있는데 수소생산지로부터 충전소까지의 운송은 더 큰 문제다.
때문에 초고압으로 압축해서 투입해야 하는데 그래도 부피가 커서 승용차 정도에서는 공간을 아무리 짜내도 7~8kg밖에 넣지 못하고 있으며, 이 때문에 실제로 한번에 들고다닐 수 있는 열량이 화석연료 자동차보다도 작아서 오히려 주행거리를 늘리는데 의외로 제약이 크고 LPG 차와 마찬가지로 가스 압력을 견딜 수 있는 둥근 형태의 탱크를 실어야 하기 때문에 화석연료보다 차지하는 부피가 되려 더 크다. 이 때문에 차량 체급에 영향을 많이 받는데다, 차 설계에 제약이 많은 편이다.
물론 그렇다 하더라도 현재 FCEV들은 1회 충전당 주행거리가 600~800km에 달하고 이는 기존 내연기관 차량과 유사하나, 효율을 개선하여 1회 주유당 주행거리가 1,000km가 넘어가는 내연기관 자동차도 늘어나고 있기 때문에 수소차도 마찬가지로 동급의 화석연료 차량에 비해 주행거리가 길다는 장점이 있다고 보긴 어렵다. 심지어 전기자동차는 배터리 기술이 발전함에 따라 계속 주행거리가 올라가는데 수소자동차들은 연료의 부피가 발목을 잡아서 오히려 지지부진한 상태다. 그리고 운행용 수소야 좀 더 자주 주입하는 것으로 넘어갈 수 있는데 수소생산지로부터 충전소까지의 운송은 더 큰 문제다.
- 수송비용 과다
수소는 운송비용이 매우 비싸다. 초고압 기체 연료이므로 액화 천연가스 운송비보다 훨씬 비싸다.
수소 공장에서는 싸게 생산해도 이를 소비지까지 운송하기가 어렵다. 파이프라인으로 운송하면 싸지만 가스탱크 로리나 튜브 트레일러 등 트럭으로 운반하게 되면 생산지인 울산에서 소비지인 서울까지의 운송비가 가스값의 2배나 되어 가격 3배 이상으로 뛴다. 트럭 운송으로는 튜브 트레일러라는 특수차량을 이용하는데 40톤 트레일러 1대당 250kg(금속 튜브) 에서 500kg(복합재 튜브) 밖에 수송하지 못하므로 트레일러 1대로 자동차를 불과 30~60대 정도 밖에 충전하지 못한다. 이에 비해 LNG/LPG 는 통상 탱크로리 대당 20톤 정도 수송할 수 있고 이는 차 1천대를 충전할 수 있는 분량이다.
수소충전소도 1개 건설에 30억이라는 막대한 비용이 소모된다. 취급에도 고압가스 기사자격이 필요하므로 운영비도 비쌀 수 밖에 없다. 파이프 라인을 건설하면 운송 비용은 크게 낮출 수 있으나 초저온 고압 가스이고 위에서 말한 수소취성 문제로 정기적으로 금속 파이프 교체를 해주어야 하므로 건설이나 유지비가 석유나 LNG 파이프라인보다 훨씬 높아질 뿐더러, 수백 수천 곳에다가 그 비싼 파이프를 죄다 깔아줄 수도 없는 노릇이니 현실성 없는 말도 안되는 대책이다.
이렇게 수소의 운송과 충전소 비용이 높아지면 주유소 자체에 소규모 전기분해 시설을 갖추고 수소를 생산하는 것이 더 저렴할 수도 있다. 통상 전기분해 수소생산은 천연가스 변환보다 생산가가 소규모는 2배 정도, 대규모는 1.5배 정도이므로 수소충전소에서 저렴한 야간 심야전력으로 생산한다면 수송비가 거의 들지 않으므로 오히려 생산공장에서 대량으로 생산해 비싸게 운송해 판매하는 것보다 더 싸게 팔 수 있다. 다만 이 경우 100km 당 18 달러의 연료비가 들고 이는 전기차의 2.4 달러보다 8배나 되기에 전기차는 커녕 화석연료 차량들과도 제데로 경쟁이 되기가 힘들다. 차라리 이 전기로 전기차를 충전하는 것이 환경으로나 비용으로나 훨씬 더 이득이기 때문이다. 게다가 최근의 화석연료 차량들은 연비가 계속 개선 되고 있다보니 장거리 주행 시 100km당 만원도 끊을 수 있어서 그냥 화석연료가 더 저렴해져 버린다.
미국의 토요타 미라이 수소충전소는 충전소 1군데서 1일 80kg 가량의(약 200~300 kW 급 전기분해장치) 수소를 생산할 수 있고 이는 수소탱크 용량이 5kg 인 토요타 미라이 수소차 15대 충전 분량이다. 이런 충전소 1개는 수소승용차 150대(...) 정도를 연중 운행할 수소를 공급할 수 있다.
수소 공장에서는 싸게 생산해도 이를 소비지까지 운송하기가 어렵다. 파이프라인으로 운송하면 싸지만 가스탱크 로리나 튜브 트레일러 등 트럭으로 운반하게 되면 생산지인 울산에서 소비지인 서울까지의 운송비가 가스값의 2배나 되어 가격 3배 이상으로 뛴다. 트럭 운송으로는 튜브 트레일러라는 특수차량을 이용하는데 40톤 트레일러 1대당 250kg(금속 튜브) 에서 500kg(복합재 튜브) 밖에 수송하지 못하므로 트레일러 1대로 자동차를 불과 30~60대 정도 밖에 충전하지 못한다. 이에 비해 LNG/LPG 는 통상 탱크로리 대당 20톤 정도 수송할 수 있고 이는 차 1천대를 충전할 수 있는 분량이다.
수소충전소도 1개 건설에 30억이라는 막대한 비용이 소모된다. 취급에도 고압가스 기사자격이 필요하므로 운영비도 비쌀 수 밖에 없다. 파이프 라인을 건설하면 운송 비용은 크게 낮출 수 있으나 초저온 고압 가스이고 위에서 말한 수소취성 문제로 정기적으로 금속 파이프 교체를 해주어야 하므로 건설이나 유지비가 석유나 LNG 파이프라인보다 훨씬 높아질 뿐더러, 수백 수천 곳에다가 그 비싼 파이프를 죄다 깔아줄 수도 없는 노릇이니 현실성 없는 말도 안되는 대책이다.
이렇게 수소의 운송과 충전소 비용이 높아지면 주유소 자체에 소규모 전기분해 시설을 갖추고 수소를 생산하는 것이 더 저렴할 수도 있다. 통상 전기분해 수소생산은 천연가스 변환보다 생산가가 소규모는 2배 정도, 대규모는 1.5배 정도이므로 수소충전소에서 저렴한 야간 심야전력으로 생산한다면 수송비가 거의 들지 않으므로 오히려 생산공장에서 대량으로 생산해 비싸게 운송해 판매하는 것보다 더 싸게 팔 수 있다. 다만 이 경우 100km 당 18 달러의 연료비가 들고 이는 전기차의 2.4 달러보다 8배나 되기에 전기차는 커녕 화석연료 차량들과도 제데로 경쟁이 되기가 힘들다. 차라리 이 전기로 전기차를 충전하는 것이 환경으로나 비용으로나 훨씬 더 이득이기 때문이다. 게다가 최근의 화석연료 차량들은 연비가 계속 개선 되고 있다보니 장거리 주행 시 100km당 만원도 끊을 수 있어서 그냥 화석연료가 더 저렴해져 버린다.
미국의 토요타 미라이 수소충전소는 충전소 1군데서 1일 80kg 가량의(약 200~300 kW 급 전기분해장치) 수소를 생산할 수 있고 이는 수소탱크 용량이 5kg 인 토요타 미라이 수소차 15대 충전 분량이다. 이런 충전소 1개는 수소승용차 150대(...) 정도를 연중 운행할 수소를 공급할 수 있다.
- 차량 설계 비효율 #
앞에서 설명한 대로 수많은 수소 공급의 산을 넘는다 하더라도, 실제 차량 설계에서 많은 제약이 따른다.
이 점이 경쟁 기술인 배터리 기반 전기자동차와 비교했을 때 매우 열세이며, 심지어 내연기관차와 비교해도 동등 이하의 수준이다.
이 점이 경쟁 기술인 배터리 기반 전기자동차와 비교했을 때 매우 열세이며, 심지어 내연기관차와 비교해도 동등 이하의 수준이다.
- 매우 큰 냉각계통이 필요하다. 연료전지 스택의 작동 온도는 약 섭씨 90도로 유지되는데, 발열량은 많은데 스택 작동 온도가 내연기관에 비하여 상당히 낮은 점이 발목을 잡아 같은 출력의 내연기관 자동차의 4배 이상의 라디에이터 면적이 필요하다[3]. (상기 기사에서는 5배)
실제로 현대 넥쏘 나 도요타 미라이 등의 상용화된 수소 자동차를 보면 라디에이터 그릴이 내연차에 비하여 상당히 넓은 것을 볼 수 있다. 제한된 공간에서 공기와 맞닿는 면적을 최대한 넓혀야 한다는 설계 난점은 공력 설계 및 차량 밸런싱 등에 악영향을 미치게 된다. 라디에이터 그릴이 매우 넓어지는 데에서 오는 디자인의 제한은 덤.
경쟁 기술인 축전지 급전식 전기자동차는 이런 점에서 크게 유리한데, 배터리 및 실내 냉방에 필요한 수준의 라디에이터만 있으면 되어 흡기구 및 라디에이터 면적을 크게 줄일 수 있다. 대부분의 전기차는 차량 하부에만 흡기구가 있는 수준으로 만들어지며, 공력설계 및 냉각계통 공간/무게에서 내연차에 비해 많은 이득을 얻는다.
경쟁 기술인 축전지 급전식 전기자동차는 이런 점에서 크게 유리한데, 배터리 및 실내 냉방에 필요한 수준의 라디에이터만 있으면 되어 흡기구 및 라디에이터 면적을 크게 줄일 수 있다. 대부분의 전기차는 차량 하부에만 흡기구가 있는 수준으로 만들어지며, 공력설계 및 냉각계통 공간/무게에서 내연차에 비해 많은 이득을 얻는다.
- 냉각계통 크기로 인해 연료전지 스택의 출력에 한계가 뚜렷하다.
이를테면 현대 넥쏘의 수소연료전지 스택은 최대 95kW를 낼 수 있는데, 이를 마력으로 환산하면 125마력[4]밖에 되지 않는다. 넥쏘의 크기가 카이런과 비슷하단 것을 생각하면 출력이 부족한 것이 사실이다. 이 부분을 보완하기 위해 배터리를 추가로 달아 135kW 하이브리드처럼 운용하지만, 기본적으로 동력 성능은 영 시원찮은[5] 차량이 될 수밖에 없다. 배터리로 가속을 커버한다 하더라도 미리 충전해놨다 사용하는 만큼 오래 지속될 수는 없는 구조. 여러 모로 운전성이 좋은 차량은 만들 수 없으며, 상용차로 만든다 하더라도 짐을 실은 채 지형 극복이 의외로 쉽지 않을 수 있다.
이 부분이 경쟁 기술인 축전지 급전식 전기자동차와 가장 크게 대비되는 부분인데, 리튬이온 배터리의 좋은 방전 특성 상 차량 밸런싱과 공간을 둘 다 넉넉하게 확보하면서 출력을 크게 높이는 것이 가능하다. 일례로 테슬라의 차량들은 가장 저렴한 차량조차 250~450마력을 낼 수 있으며, 현대 코나 일렉트릭마저 200마력을 제공한다.
이 부분이 경쟁 기술인 축전지 급전식 전기자동차와 가장 크게 대비되는 부분인데, 리튬이온 배터리의 좋은 방전 특성 상 차량 밸런싱과 공간을 둘 다 넉넉하게 확보하면서 출력을 크게 높이는 것이 가능하다. 일례로 테슬라의 차량들은 가장 저렴한 차량조차 250~450마력을 낼 수 있으며, 현대 코나 일렉트릭마저 200마력을 제공한다.
- 수소 봄베가 공간 활용성을 깎아먹는다.
LPG 차량의 봄베가 형태가 제한되어 기름차에 비해 공간 활용성이 떨어진다는 것을 생각하면 된다. 물론 배터리 보다 에너지 밀도가 훨씬 높기 때문에 적게 넣어도 항속거리가 확대 되긴 하나 LPG차량처럼 봄베 때문에 설계에 제약이 있으며 상용차보단 승용차에 더 지장이 가는 문제인 부분이다.
- 법정특별교육 이수자만 운전 가능.
사실상 수소 전기차량을 이용하며 가장 큰 단점 중 하나인데, 모든 수소전기차량을 이용하는 운전자는 고압가스사용자동차 교육 이수를 이수해야 한다.
차량 구입일로 30일 이내에 이수해야 하며, 이 교육을 이수하지 않은 사람은 수소전기차량을 운전 할 수 없다. 이는 이수자의 가족이나 대리운전기사에게도 모두 해당되는 내용으로써, 이 교육을 이수하지않은 운전자의 경우 약 150만원 가량의 벌금이 부과될 수 있다. 이 교육은 가스안전공사의 사이버지사에서 3시간 가량의 영상을 시청하면 되며, 교육비용은 2020년 7월 기준 21,000원이다.
단, 수소차 활성화등의 목적으로 일반운전자의 교육은 폐지되는 방향으로 법률개정이 이루어지고 있다. 버스 같은 대형차량은 현행 유지#
차량 구입일로 30일 이내에 이수해야 하며, 이 교육을 이수하지 않은 사람은 수소전기차량을 운전 할 수 없다. 이는 이수자의 가족이나 대리운전기사에게도 모두 해당되는 내용으로써, 이 교육을 이수하지않은 운전자의 경우 약 150만원 가량의 벌금이 부과될 수 있다. 이 교육은 가스안전공사의 사이버지사에서 3시간 가량의 영상을 시청하면 되며, 교육비용은 2020년 7월 기준 21,000원이다.
단, 수소차 활성화등의 목적으로 일반운전자의 교육은 폐지되는 방향으로 법률개정이 이루어지고 있다. 버스 같은 대형차량은 현행 유지#
3.3. 천연가스 차량과의 비교
현재 상용화되어 있는 천연가스나 LPG 가스를 이용하는 천연가스버스나 LPG 택시 등 가스연료 차량에 비해 장점은 적고 단점은 아주 많다.
천연가스 자동차에 비해 수소자동차의 장점이라면 같은 에너지 열량으로는 천연 가스보다는 수소가 더 가벼우므로 1번 충전으로 운행거리가 더 길 것이고 연료무게가 덜나가니 운행효율이 아주 약간 나을 거라는 정도이다. (차량무게 대비 연료무게는 정말 얼마 안 된다). 그 외에는 대부분 천연가스 등에 비해서는 단점뿐이다. 다만, 노르웨이는 2025년부터 화석연료차량을 판매금지키로 합의한 상태이며 다수의 국가가 비슷한 정책을 펼칠 것으로 예상되므로 주행중 배기가스 대신 물만 내뿜는 FCEV가 버스, 트럭용으로 개발될 가능성은 있다.
- 현재는 어차피 수소도 천연가스를 처리해 만드니까 수소화 단계 거치면서 손실되는 에너지나 추가 제조원가 때문에 실질적 종합 연료 열효율은 천연가스만큼 떨어지고 이산화탄소 배출량도 많아지고 연료원가는 올라가서 연료비는 천연가스를 직접 사용하는 천연가스 차량보다 비쌀 수밖에 없다.
다만 천연가스 차량들도 연비가 매우 나쁘다는 문제가 있기 때문에 결과만 보자면 비용 자체는 거의 비슷비슷한 편이다. 물론 최종 비용이 비슷해버리면 그냥 천연가스를 쓰는게 비용면에선 더 낫다. 별다른게 아니라 그냥 지금까지 써 온 시설들이 있기 때문이다. 그리고 수소충전소를 설치하고 관리까지 해야 하니 이것도 이거대로 유지비가 나간다.
- 현재의 석유나 천연가스를 이용하는 자동차와는 크게 다른 새로운 수소 저장 기술과 연료전지 기술이나 수소 내연기관 엔진 기술을 개발해야 한다.
100년 이상의 역사를 자랑하는 현재의 자동차와는 기술 성숙도나 생산 인프라가 넘사벽의 차이가 있다. 이로 인해 수소자동차는 개발비나 부품가격이 높아 1대당 생산비가 월등히 비쌀 수밖에 없다. [6]
- 수소뿐 아니라 천연가스도 연료전지의 연료로 사용할 수 있다.
그러니 FCEV를 실용화할 정도의 기술과 투자이면 천연가스 연료전지 자동차도 그렇게 큰 기술적 차이가 나지 않는다. 물론 천연가스 연료전지는 섭씨 700 도 정도의 고온에서 동작하는 등 수소연료전지보다 자동차용 연료전지로 실용화에 더 어려운 점도 있지만 수소의 생산과 배급 저장의 어려움을 생각하면 차라리 이미 널리 사용되고 있는 천연가스를 자동차 연료로 사용하고 천연가스 연료전지를 자동차용으로 실용화하는 쪽이 더 난이도가 낮고 실현가능성이나 경제성이 높다. 천연가스 연료전지는 수소연료전지보다 운전온도가 훨씬 높아서 고온에 장기간 견디는 재료를 써야하므로 제조 원가가 올라가지만 그대신 백금 등 고가의 전극 재료를 사용하지 않아도 되므로 종합적으로는 전지 원가가 저렴하다. 과거에는 가정용 규모로는 kW당 1만 달러가량으로 매우 비쌌지만 생산규모가 늘어나며 천연가스 SOFC의 경우 kW당 800-1천 달러 정도로 급속히 원가가 떨어지고 있다.
- 반박: 천연가스는 분자 내부에 탄소 (C)가 있다. 탄소와 산소가 반응을 하면 일산화탄소 (CO) 가 만들어 질 수 있는데, 이는 연료전지의 수명 및 안정성에 지대한 영향을 끼친다.
이는 소위 CO poisoning이라고도 불린다. 괜히 PEMFC(저온 폴리머 멤브레인 연료전지)나 SOFC(고온 Solid-Oxide 연료전지)에 순수소를 사용하는 것이 아니다. 이론적으로 SOFC에는 CO를 사용할 수 있지만, 일산화탄소의 반응은 수소에 비해 급격히 느리므로 이는 SOFC의 activation loss를 증가시킨다 (연료를 전기화학반응시키는 과정에서 발생하는 전압 손실).
- 천연가스 연료전지는 가동에 높은 온도가 필요해 수소나 전기 등으로 한참동안 예열을 해야하므로 짧은 거리를 운행하거나 자주 켜고 끄는 가동을 하기에 부적합하다.
그러므로 자동차 자체는 리튬전지 등에 충전된 전기로 구동하고 리튬전지를 운행 중에 충전하기 위해서 천연가스 연료전지를 가동하면 자주 끄고 켜지 않아도 되므로 장거리를 운행하는 트럭 등의 차량에는 적합한 방식이다.
- 반박: SOFC와 Li-ion 배터리 하이브리드 자동차는 잘 고려되지 않는 방식의 연료전지차이며, 게다가 천연가스를 이용한 SOFC와 Li-ion 배터리 하이브리드 자동차는 매우 마이너한 연구 분야이다.
이는 고온 SOFC의 효율이 저온 PEMFC의 효율과 비슷하거나 더 낮기 때문에 발생하는 것이다. 천연가스를 이용한 연료전지는 에너지 발전에 대표적으로 이용되며, 대부분 천연가스를 직접적으로 사용하는 방식이 아닌 천연가스를 개질해 수소로 변환시켜 발전하는 방식이다.
- 현재는 천연가스 연료전지는 수소연료전지보다 연구가 덜되어 실용화 정도가 뒤지고 있다.
그래서 중간단계로 연료는 천연가스를 사용하되 자동차 자체에 수소화 장치를 설치해서 수소연료전지를 사용하는 방법도 있다. 수소화 장치는 천연가스의 수소화가 복잡한 과정은 아니므로 자동차에 설치할 수 있을 만큼 작고 경제적으로 만들 수 있다.
- 대규모 수소생산 시설과 수소 주유소 등 현재의 자동차 연료 인프라와는 크게 다른 완전히 새로운 수소생산 및 배급망을 건설해야한다.
수소 주유소는 극저온의 액체수소를 저장해야하고 엄격한 안전설비도 갖추어야하므로 일반 주유소나 LNG 주유소보다 훨씬 시설비가 많이 든다.
수소차량의 장점이라고 하는 것들은 상당부분은 천연가스 차량들도 가지고 있다.
즉 천연가스를 직접 사용하는 차량에 비해 장점은 거의 없고 단점만 많다. 장점이 아주 없는 건 아니나 현재 석유나 천연가스 인프라나 엔진을 바꿔가며 전환할 만한 장점은 없다. 앞으로 수십 년 (최소 50년 후) 후에 수소를 원자로 등에서 직접 저렴하게 생산하게 되는 날이 와서 수소가 천연가스보다 훨씬 싸게 되어야 비로소 수소자동차가 경쟁력이 생길 것이다.
수소차량의 장점이라고 하는 것들은 상당부분은 천연가스 차량들도 가지고 있다.
즉 천연가스를 직접 사용하는 차량에 비해 장점은 거의 없고 단점만 많다. 장점이 아주 없는 건 아니나 현재 석유나 천연가스 인프라나 엔진을 바꿔가며 전환할 만한 장점은 없다. 앞으로 수십 년 (최소 50년 후) 후에 수소를 원자로 등에서 직접 저렴하게 생산하게 되는 날이 와서 수소가 천연가스보다 훨씬 싸게 되어야 비로소 수소자동차가 경쟁력이 생길 것이다.
- 반박: 앞으로 10년만 있어도 그린수소 생산가격이 지금보다 훨씬 저렴해질 것이라 예상된다. 여기에 정부보조금이나 탄소세 등을 고려한다면 수소가 천연가스보다 가격경쟁력이 떨어진다고 단언할 수는 없다. 설사 가격경쟁력이 떨어진다 하더라도 천연가스차량은 어차피 수소차로 대체되어야할 운명이기 때문에 지금부터 수소차나 관련 인프라를 갖추는 작업은 필요하다. 그래야 관련기술개발에도 탄력이 붙고 대량생산을 통한 가격하락도 노릴 수 있다. 또한 가격경쟁력이 생길 때까지 기다리고 시작하기에는 너무 늦다. 갑자기 하루아침에 수천개의 수소충전소나 연료전지공장을 지을 수는 없는 노릇이다.
- 수소자동차 기술에서 가장 앞서가던 토요타 자동차도 전기자동차로 방향을 전환해 2020년까지 전기자동차를 양산 판매하기로 결정하였다.
하지만 수소차량은 완전히 포기하지 않고 신형차량을 준비중이다.[7]
- 다만 탄소세가 본격적으로 도입되면 수소 생산공장에서 나오는 이산화탄소는 공장에서 포집하여 매립 등 처리하여 대기에 방출을 줄일 수 있고 탄소세를 환급받아 수소생산 가격을 낮출 수 있어 그나마 경쟁력을 향상시킬 가능성이 있다.
천연가스 자동차는 그렇게 하기 어렵다. 공장 수십개를 관리하는 것이 내연기관 차량 수백만대를 관리하는것 보다는 훨씬 나은건 당연지사. 다만 탄소세가 언제 도입 될지는 까마득 할 뿐더러 수소 생산시에도 탄소가 왕창 나오는데 이게 전부 민간 시설이기 때문에 관리가 힘든건 사실 매한가지다.
3.4. 전기자동차(EV)보다 불리한 점
- 우선 수소자동차는 연료전지 스택의 가격과 안정성이 아직 완전히 검증되지 않은 반면, 전기자동차는 배터리 관련 기술이 상용화 가능한 수준으로 빠르게 발전 중이다.[8] 예를 들면, 현재 토요타 미라이의 가격은 북미 기준으로 58,000 달러로 경쟁중인 전기자동차의 가격보다 약간 높은 수준이다. [9] 현재까지는 이러한 이유로 점유율 및 판매량 자체로는 수소전기자동차보단 일반 전기자동차가 더욱 상용화된 상태이다. 그러나 북미에서 수소자동차가 상용화되지 못하는 이유는 가격보다는 수소충전소 인프라의 부재가 크고, 이것만 해결할 수 있다면 전기차보다 압도적으로 짧은 충전 시간과 긴 주행거리라는 장점으로 충분히 소비자에게 어필할 수 있는 가능성이 있다. 물론 수소충전소 인프라 확립은 매우 어려운 문제다. 충전소로의 수소 공급 또한 난관이 크다.
- FCEV가 전기자동차(EV)에 비해 밀리는 또 다른 점은 바로 연료의 가격이다. 단위 주행거리당 연료 가격에서 수소연료전지차의 경우(한국 기준) 일반 내연기관 연료보다는 더 저렴하거나 비슷하고 전기차보다는 한참 비싸다. 또한 그나마도 화석연료가 유류세가 붙어서 그렇지 수소는 이제 "단가"가 간신히 쓸 만한 수준으로 내려온 것이므로 유통 등을 감안하면 실질적으로 화석연료보다 저렴하다고 보기도 힘들다. 현재 대부분의 수소 충전소가 적자를 보고 있음을 감안하면 장기적으로 수소차의 연료 비용은 크게 상승할 가능성이 높다. 반면 전기자동차는 충전비용을 국가에서 할인해주는 것도 있지만 예비율 등의 이유로 일부러 비싸게 받는 거지 실제로도 발전 비용은 저렴한 편이다.
- 충전인프라를 구축하기에 FCEV는 전기자동차에 비해 압도적으로 불리하다. 현재 테슬라의 전기자동차의 경우 가정집에서도 콘센트만 있으면 충전이 가능할 정도까지 기술이 발전되었다.[10] 막말로 그냥 적당히 스테이션 세우고 전기만 끌어다 놓을수 있으면 되는 셈인 반면에, FCEV의 경우에는 주유소처럼 기반 배관 시설 등의 인프라를 새로 구축해야하므로 인프라를 갖추는 데 어려움이 있다. 수소 충전소 건설 비용은 20억원에서 30억원 가량으로, 일반적인 주유소보다도 훨씬 비싸다. 이때문에 한국의 전기차 충전소는 2019년 기준으로 3800여 개에 달하는 반면, 수소자동차를 충전시킬 수 있는 곳은 3곳, 실증용 임시충전소는 14곳에 불과하다.
- 충전에 들이는 시간이 통계적으로 전기차보다 훨씬 길다. 수소차는 충전에 소요되는 시간은 짧으나, 충전소까지 이동하는 데 시간이 들고 충전소 부족으로 인해 대기하는 차량이 많아 1~2시간 이상 기다려야 하는 경우가 일상다반사다. 반면 전기차의 경우 충전에 상대적으로 긴 시간이 필요하지만 실제 전기차를 운용할 때 차주가 충전에 할애하는 시간은 짧다.
일반적으로 자동차를 사용하는 패턴을 보면 1년중 장거리 여행을 떠나는 횟수는 매우 적다. 95%의 시간을 집-회사 사이, 즉 항속거리 안쪽으로만 주행을 하게 된다. 전기차의 경우 집이나 회사 차고지에 저속 충전 시설이 있다면, 실제로 연료 재충전을 위해서 따로 충전시설로 운행할 필요가 없다. 가솔린/디젤/수소 자동차들이 충전소로 이동해야 하는 것과 달리 연료 재충전을 위해서 이동하거나 들이는 시간이 전혀 없다. 다만 장거리 여행시 재충전을 위해서 고속 충전 시설로 이동해야 하나, 안전 운행을 위해서 2시간마다 쉬어간다고 하였을 때, 쉬어가는 지점에 고속 충전시설이 준비되어 있다면, 휴식시간 만큼만 충전해도 지속적으로 장거리 이동이 가능해 진다. 그런 시설이 잘 안되어 있더라도 전반적으로 95%의 날짜에서 절약한 시간을 5%의 장거리 여행에서 손실한다고 해도 전체로 보면 충분히 시간이 절약되는 결과로 계산될 수 있다. 따라서 충전시설이 있는 차고지를 확보하고 항속거리를 넘어가는 장거리 운전 횟수가 잦지 않으면 전기차는 수소차 뿐만 아니라 내연기관 자동차보다 연료를 채우기 위해서 사용하는 시간이 짧을 가능성이 매우 높다. 2010년대 이후로는 대형 마트 등 어느 정도 규모가 있는 시설은 대부분 전기차 충전소가 설치되어 있어서 충전기를 찾기 어려운 것도 아니다.
게다가 전기차의 항속거리와 충전속도가 예상보다 빠르게 개선되는 추세라서 전기차 대신 수소차를 선택할만큼의 매력이 더욱 줄어들고 있다.
게다가 전기차의 항속거리와 충전속도가 예상보다 빠르게 개선되는 추세라서 전기차 대신 수소차를 선택할만큼의 매력이 더욱 줄어들고 있다.
- 수소차량은 수소의 압력이 극도로 높아서 수소탱크의 크기와 모양이 제한되므로 차량의 전고와 디자인에 생각보다 제약이 크다. 거의 예외 없이 원통형 모양의 탱크로 제조해야 하는데 탱크 크기가 커질수록 낭비되는 공간도 커진다는 문제가 있다. 전기자동차의 배터리도 이런저런 제한이 많지만 형상이 네모나기 때문에 디자인에 대해서는 밑바닥에 고밀도로 깔아버리는 식으로 여러모로 배치할 만한 방법이 상대적으로 쉽게 나오는 편이다. 또한 기술의 발전에 따라 이 배터리의 크기와 무게도 점점 줄어들면서 효율성이 좋아지려는 발전이 나타나고 있다. 대표적으로 테슬라의 전기자동차 중 한 모델은 트렁크가 앞,뒤에 장착되어 있다. 구조가 간단해지고 배터리 등의 크기가 상당히 축소된게 주 이유.
- 전기차보다 에너지를 원하는 대로 활용하기 어렵다. 수소연료전지 자체성능은 충분히 차량을 구동하고도 남는 파워와 응답성이 나오므로 아예 모터드라이브에다 출력을 직접 꽂아도 일반적인 운용 시에는 큰 문제가 없다. 그러나 연료전지는 발전기이기 때문에 전기를 저장하지는 못하므로 이런 시스템에서는 회생제동을 활용할 수 없어서 수소자동차에도 회생제동, 하드웨어 보호, 연료전지 어시스트 등을 이유로 배터리를 설치한다. 이런 이유로 배터리의 용량도 작고 충전용량도 작아 전기자동차처럼 회생제동을 넉넉하게 자유자재로 하지는 못한다.
- 순간 출력이 전기차보다 떨어진다. 리튬배터리는 방전 성능이 무지막지하게 뛰어나고 수천개의 셀을 직병렬로 구성하기 때문에 배터리용량이 커질수록 그만큼 방전용량도 비례해서 커진다. 그래서 사이즈에 비해 고성능, 특히 출력전류가 무지막지해서 극단적인 고토크 특성을 뽑기가 쉽다. 테슬라에서 뛰어난 차량 가속력으로 성능을 과시할 수 있는데에는 이런 기술적인 배경이 있기 때문이다. 반면에 수소연료전지는 근본적으로 발전기이고 산소와 수소를 끌어와서 반응시켜야 하기 때문에 배터리처럼 대전력을 신속하게 당겨오기가 힘들며, 발열과 전압강하가 심해서 고전류 조건에 취약하다. 때문에 근본적으로 배터리만큼의 고성능의 차량을 만들기 어렵다.
- 에너지원의 다양화가 어렵다. 전기를 기반에 두고 있는 현대 문명의 특성상 대부분의 에너지원이 전기로의 전환이 가능하도록 연구개발되는 반면 (발전소의 종류는 정말 많다. 화력, 수력, 원자력, 태양광, 태양열, 풍력, 파력, 조력...) 수소는 말 그대로 수소 뿐이다. 따라서 새롭게 싼 에너지원이 개발되거나 기존의 에너지원이 연구에 의해 보다 가격이 낮아진다면 전기자동차는 바로 혜택을 볼 수 있는 반면 수소자동차는 불가능하거나 전기를 일단 만들어서 그걸 수소로 저장하는 식으로 에너지 효율이 떨어진다.
- 전기차에 비해 구조가 복잡하다. 수소차는 연료전지 냉각수 및 라디에이터, 수소 공급장치 등으로 인해 전기차에 비해 구조가 복잡하다. 복잡한 구조는 정비 비용을 높이고 보다 잦은 정비를 하도록 만든다.
- 수소차는 충전에 앞서 수소를 고압으로 압축할 필요가 있는데, 압축에 추가 시간이 소요되기 때문에 여러 차량이 연속으로 충전할 경우 한 충전기에서 차량 회전률이 생각보다 낮다. 이는 곧 수소 충전소 사업자의 수익률과 직결되는 문제이며, 수십억에 이르는 건설 비용과 함께 수소 충전소 보급에 걸림돌로 작용한다. 수소차의 충전 속도를 장점으로 내세우는 언론 보도에서는 단순히 압축된 수소를 주입하는 데 드는 몇 분만을 충전 소요 시간으로 간주하기 때문에 이런 문제를 간과하고는 한다. 물론 이를 감안해도 당장의 충전은 전기차를 슈퍼차저 완충해서 가는것보단 빠르겠지만 수소 충전기는 초고압으로 수소를 다룬다는 특성상 숫자가 턱없이 적고 늘리기도 어렵다.
즉슨 전기차는 충전을 기다리는데 시간이 걸린다 해도 그만큼 충전기를 더 박으면 되므로 충전시간 하나만 기다리면 되겠지만 수소차는 앞차가 충전을 끝내고 충전기가 압축을 마치기까지를 매 차량마다 기다려야 하고 이 문제는 향후에도 개선되기가 매우 어렵다는 한계가 있다. 때문에 수소차가 현재 전기차만큼의 숫자만 되어도 회전률을 감당하기가 힘들다. 게다가 수소 충전기는 전문 훈련을 받은 인력만 다룰 수 있어서 야간 운용이 어렵기 때문에 24시간을 기준으로 따지면 충전소 당 충전 가능한 차량의 수는 더더욱 전기차에 뒤지게 된다.[11]
- 수소를 운송하고 압축하는 과정은 공짜가 아니다. 수소를 압축하는데 들어가는 전력도 수소차 소비 에너지의 최대 10%를 차지할 정도로 비중이 상당하고 이를 운송도 해야 한다.[12] 게다가 기체를 압축하면 온도가 올라가기 때문에 이를 냉각하면서 압축해야 하므로 마냥 압축속도를 빠르게 할 수도 없다. 반면에 전기는 초고압 송전을 통해 송배전 손실이 매우 적고 물리적인 운송 걱정이 아예 없다.
3.5. 전기자동차(EV)보다 유리한 점
- 충전속도가 전기 자동차보다 확연히 빠르다. FCEV는 가솔린 자동차와 같이 완전충전을 하는데 약 5분 가량밖에 걸리지 않는 반면, 테슬라 슈퍼차저 등의 고속충전기를 이용한다 해도 완충까지 아무리 짧아도 15~30분이므로 급하게 차를 몰고간다거나 할 경우에는 수소차보다 더 제약이 있는 편이다.[13] 영업용 자동차로 가면 더더욱 문제가 되는데, 개인 자가용이야 5시간이든 10시간이든 각자 집에서 충전시키면 그만이지만 한 차고지에 수십 수백대의 차량을 수용하는 버스나 택시, 화물차 업체들로 가면 답이 없기 때문이다.[14] 다만 상술했듯이 수소차는 수소차대로 대량의 차량을 운용하기 어렵게 만드는 특성이 있기에 이 부분에서 마냥 앞날이 밝은 것은 아니다.
- 주행거리가 전기자동차보다 길다. FCEV의 경우 주행거리가 600~800km 수준[15]으로 일반 가솔린 차량과 비슷한 반면, 최신 전기차들의 주행거리는 400km을 넘는 수준이다.[16] 연료전지차의 주행거리는 수소탱크의 용량에 의존하기 때문에 수소탱크의 용량만 키워준다면 주행거리를 늘리기가 용이하지만 [17][18], 전기 자동차의 경우에는 주행거리가 배터리 스택의 용량에 의존하기 때문에 주행거리를 늘리려고 할 시 자동차의 가격이 크게 증가하고. 현재 배터리 기술로는 늘리는 것에도 한계가 존재한다.[19] 그러나 4만달러대인 테슬라 모델3[20] 롱레인지의 유효 주행거리가 500km에 근접하면서 압도적인 상황은 아닌편.[21]
- 더 안전하다. FCEV의 경우 연료전지의 연료공급을 쉽게 제어할 수 있으므로, 주로 수소연료 탱크에 의해 안정성이 결정이 된다.[22] 현재 도요타 미라이의 수소연료탱크의 경우 일반적인 총알의 충격에도 견딜 수 있을만큼 안전하며, 비록 충격에 의해 수소가 공기중으로 유출되더라도 그 위험성은 현재 시판되는 가솔린 자동차와 비슷한 수준이다.[23] 반면, 전기자동차의 경우 현재 소재와 기술적인 문제덕분에[24] 충격 시 배터리의 내부 전기 쇼트 등으로 인해 화재가 발생할 수 있으며, 배터리 스택 내부의 셀 하나라도 쇼트가 발생하면 열전달로 인해 전체 스택이 망가질 수 있다. 또한, 전기자동차의 경우 배터리 스택 때문에 자동차 자체가 무겁기 때문에 차량간 충돌 시 더 큰 사고가 발생할 수 있다.
극단적인 가정으로 수소연료탱크에 완충한 상태에서 구멍을 뚫은 후 뿜어져 나오는 수소에 불을 붙이면 불이 붙을 것이다. 그러나 이 때도 수소연료탱크 자체가 폭발하진 않는다. 수소는 산소와 결합할 때만 폭발, 연소하므로 폭발적 연소가 일어나려면 구멍에 산소가 역류해 들어가야 하는데 일반 대기(1기압)에서 초고압 상태인 수소 탱크 내부로 산소가 역류해 들어갈 수는 없기 때문이다.[25] 그리고 최악의 상황에서 수소가 유출되더라도 수소는 대기보다 가볍기 때문에 큰 사고로 이어질 확률이 낮은 편이다.
- 전력관리 측면에서 리스크가 적다. 현재 정부나 관련업계는 전기자동차 25만대 보급 시 소모 전력은 전력예비율의 1%대 수준이라고 보고 있으나, 이러한 비율대로라면 현재 2200만대가 넘는 대한민국의 모든 자동차가 전기자동차로 전환될 시에는 100%에 달한다는 결론이 나온다. 이를 완벽히 해결하려면 발전소를 추가로 건설해야 되는데 이는 엄청난 비용을 야기하기 때문에 전기 공급가가 높아져서 경쟁력을 상실할 가능성이 높다.[26]
다만 이런 성급한 결론은 좀 곤란한 것이 분명 전력관리 리스크가 발생하는건 맞지만 위에서 말하는 전력소비량은 발전량의 1%가 아니고 예비율의 1%다. 분명히 말하지만 이게 설령 100%가 되더라도 이정도의 전력량은 경쟁력을 상실할만한 수준이 되기는 어렵다. 왜냐하면 하루아침에 이 전력량을 다 당길 것이 아니므로 그냥 발전소를 더 지으면 되는 일이기 때문이다. 발전소 더 짓는건 부담이 아니냐? 라고 따지기에는 이미 2000년도 이후부터 연간 2~3기가와트씩 펄쩍펄쩍 전력소비량은 계속 늘어났었고 2010년도 이후부터는 오히려 전력소비량 증가가 둔화되고 있는 실정이다.[27] 참고로 현재 2020년 초 시점의 예비율을 포함한 현재 발전능력이 90기가와트이고 설비용량은 무려 124기가와트다. 정말로 예비율을 100% 다 당겨도 설비용량에는 어림 반푼어치도 없기 때문에 그냥 걱정을 하는 것 자체가 쓸데없는 짓이다. 이조차도 이해가 어렵다면 "현재 차량 전체를 전기자동차로 갈아치운다 해도 발전소는 더 지을 필요조차 없다"고 한줄 요약이 가능하겠다.
또한 일반적으로 차량에 사용할 수 있는 고품질 석유보다는 발전소에서 사용할 수 있는 연료의 단가가 훨씬 저렴하고 그런 석유의 소비량이 줄어드므로 지출도 줄어든다는 장점이 있다. 결과적으로 석유소비량이 줄고 전력소비량이 대신 늘어나는 것은 매우 큰 이익이다.
또한 일반적으로 차량에 사용할 수 있는 고품질 석유보다는 발전소에서 사용할 수 있는 연료의 단가가 훨씬 저렴하고 그런 석유의 소비량이 줄어드므로 지출도 줄어든다는 장점이 있다. 결과적으로 석유소비량이 줄고 전력소비량이 대신 늘어나는 것은 매우 큰 이익이다.
- 대형 차량일수록 차량 가격과 중량 측면에서 이득이 있다. 전력밀도가 20배 가까이 차이나는 편이기에, BEV는 주행거리를 늘리겠다고 배터리를 많이 넣음 → 중량 과다로 오히려 전비가 낮아지며 차량 가격이 올라감의 루프에 빠지기 때문에 상용에 적용하기 어려우나, 연료전지 스택이 가격의 가장 큰 요인인 FCEV는 주행거리 연장을 위해 차량 가격 및 중량에 큰 비중없는 수소탱크만 더 달아주면 되므로 BEV와 비교해서 같은 거리 주행 시 더 낮은 차량 가격을 구매자에게 제시할 수 있다. [28] 이와 더불어 충전시간과 위험도 면에서도 수소차가 훨씬더 우위를 가져가는 편.
- 수소전기차는 빠른 충전 시간(3~5분)[29]과 장거리 특성[30], 더 많은 탑재량과 향후 무인 자동차에 맞게 쉬지않고 대기시간 없이 24시간 굴리는것을 요구하는 차량(트럭, 버스 등), 긴급자동차(경찰차, 소방차, 구급차), 군용차, 운전면허 교습차량(국가(공단)면허시험장/운전학원)에 가장 적합하다. 특히, 수소전기차는 유해배출가스가 없으며,[31] 부가적으로 공기 정화 효과까지 있어[32] 친환경에 가장 부합하는 차량이다.
4. 안전
수소차에 있어서 가장 중요한 안전성 화두는 수소 저장 탱크와 연료전지 부분이다.
4.1. 수소전기차의 안전성
수소전기차는 국제적으로 안전성 인증을 받고 있다. 현대차 넥쏘는 ’18년 유로 NCAP ‘가장 안전한 SUV’링크 선정 되었으며, 미국의 비영리 자동차 안전연구기관인 고속도로안전보험협회(IIHS)가 실시한 측면 대차 충돌 테스트에서 모두 ‘GOOD’ 등급링크 으로 일반 내연기관 차량 이상으로 안전함이 입증 되었다.
수소전기차는 충돌, 화재, 충격시에도 안전하게 설계 되었으며, 긴급한 상황에서는 스택에 수소 공급을 차단하고, 화재나 위험 인지 시 탱크에 있는 수소를 대기로 방출하는 안전장치를 갖추고 있다. 수소전기차는 국내외 인증기관[33] 으로부터 안정성 평가(14개 항목) 및 수소탱크 인증시험(15개 항목)을 통과하여 출시된다.
- 차량 안정성 평가 (14개 항목) : 후방·전방충돌·화재·고온·저온·고지 등 차량 단위 시험 통해 안정성 인증
- 수소탱크 인증 시험 (15개 항목) : 총기·기밀·낙하·가압·화재·고온 시험 등 인증시험 실시하여 안정성 인증
4.2. 수소탱크의 안전성
수소탱크는 고압에서도 잘 견딜 수 있도록 철보다 10배 높은 강도를 가진 탄소섬유 강화 플라스틱으로 제작되었고, 충격을 완화시켜 주는 장치와 화염에 오래 견디도록 특수 코팅을 적용하여 추가 안전성을 확보했다.(내부압력 최소 1,575기압 이상 버티도록 설계)
기본적으로 차량에 수소탱크가 설치된 상태에서 내연기관 차량과 동일한 조건으로 충돌시험을 진행하여 안전성을 검증했고, 추가적으로 총격시험, 화염시험, 극한온도 반복시험, 투과시험, 낙하시험 등 수소탱크에 대한 인증시험을 두루 실시 했다. 이를 통해 '''극한의 더위와 추위, 날카로운 물체에 의한 표면 손상, 높은 곳에서 낙하 충격 등 외부 이상 환경에서도 수소탱크는 안전함을 검증'''했다. (외부 이상 환경에서 875 가압 충전 실험 12,000회 진행)
4.2.1. 폭발 가능성
다른 문단에 서술한 바와 같이 수소는 공기보다 가볍고 과량의 산소와 섞여야 폭발적인 연소를 하는데 수소탱크 내부가 고압이기 때문에 수소가 새어나갈 경우 밀폐된 공간이 아닌 이상 수소는 공기 중에 흩어져 하늘로 날아가 버린다. 그러므로 터질 일이 적다. 또한 수소 저장 기술은 연료전지를 위해 극히 최근에 개발된 기술이 아니라, 다른 가스저장 기술과 함께 보수적으로 발달해온 기술이기 때문에 외부의 충격이나 온도변화에 의해 수소탱크에서 수소가 갑자기 새어나가 폭발할 가능성은 거의 없다고 봐도 된다.
일부 사람들은 수소 폭탄을 떠올려서 핵폭발이 일어나는것이 아니냐는 걱정을 하기도 하는데 수소전기차의 연료로 사용되는 수소가스는 수소폭탄에 사용되는 중수소·삼중수소와는 반응 원리나 개념이 전혀 다르다. 수소전기차의 연료로 사용되는 수소는 우리가 흔히 말하는 ‘수소(1H)’ 로, 산소와 수소의 단순 화학 반응으로 작동하게 된다. 반면 수소폭탄에 사용되는 중수소(2H)·삼중수소(3H)는 자연상태에서 극소량(0.015% 이하)[34] 존재하며 1억 ℃ 이상의 온도조건에서 핵융합 반응을 일으켜야 폭발할 수 있다. ###
4.2.2. 가스 누출 위험성
모든 에너지는 폭발 가능성을 갖고 있으며 어떻게 관리하느냐가 중요하다. 수소는 반도체, 제철, 화학, 정유, 비료 등 산업전반에 걸쳐 100년 이상 오랜기간 사용된 에너지로 안전하게 관리하는 방법이 널리 알려져 있다. 연료별 상대적 위험도를 보면 타 에너지 대비 상대적으로 안전한 연료임을 알 수 있다.
출처 : 연료별 상대적 위험도 (한국산업안전공단 MSDS, 미국화학공학회 DIPPR)
5. 현재 상황
2000년대만 해도 여러 자동차 메이커가 유력한 차세대 자동차로 보고 개발에 투자했지만 대부분 투자 규모를 축소했고 2020년 시점에서는 도요타와 현대자동차가 그나마 가장 적극적인 제작사다. 실제로 르노-닛산은 전기차에 집중하기 위해 다임러와 포드와 맺은 수소차 개발 동맹에서 철수해버렸다. 수소차에 가장 긍정적이었던 현대차마저 테슬라의 급성장에 위협을 느끼고 2020년부터는 전기차 개발을 우선순위로 두고 있는 상황이다.[35]
2019년이 저물어가는 12월 초 미국의 USA 투데이지는 승용 분야에서의 수소차 몰락 의견을 냈다 # 전기차가 이미 양산 스케일로 접어 들었다는 것.
현대자동차는 세계 첫 양산 연료전지 차량인 투싼 FCEV를 내놓는것으로 시작해서 현재는 양산체계를 갖춘 현대 넥쏘까지 출시하고 도요타와 수소상용차의 표준 충전방식을 만들기위해 컨소시움을 설립하는 정도로, 가장 공격적으로 연료전지 차량 시장에 투자하고 있다.
하지만 현대자동차만 투자하는 것은 아니고, 전기자동차에 밀렸을 뿐 다른 회사도 투자하고 있다# 규모의 경제 실현을 위해 제조사간 연합이 활발해졌다. 혼다와 GM의 합작법인 설립이나 도요타와 BMW의 협력, 현대와 아우디의 동맹 등.
현시점에서는 충전인프라 문제가 심각한데, 2020년 7월 기준 수소차는 8천여대가 보급되었지만, 충전소는 41곳에 불과하다. 건설된 충전소 대부분이 공영으로 민간 충전소 구축에 어려움을 겪는 상황. 특히 기존 주유소와 LPG충전소 및 휴게소가 새로운 수소충전소 및 휴게소의 신규진입을 반대하고 있다.
얼마 없는 수소 충전소의 수도 문제지만 관리도 제대로 안 되고 있어, 개선이 시급한 상황이다. 민간인은 사용할 수 없어 그림의 떡인 충전소도 많고, 고장나서 사용할 수 없는 상태로 방치되는 충전소들도 있다
2019년 문재인 정부에서는 수소경제를 미래 한국의 환경대책이자 미래 에너지 산업으로 내세우면서 강력하게 지원을 하겠다는 의지를 보이고 있다.[36] 지지부진 하던 수소 충전소 건설 계획에 가속이 붙는계 일반인 입장에서는 가장 체감이 큰 예시.
2020년 7월 기준 현대 '넥쏘'의 세계 판매량이 1만대를 돌파했다. 그 중 한국내 판매량은 77%, 해외 판매량은 23% 기사링크
2020년 6월 4일 니콜라(기업)이 나스닥에 상장된 지 며칠도 지나지 않아 2배 정도로 폭등하는 모습을 보여주었다. 하지만 니콜라는 설립 이후 단 한 대의 차도 생산해본 적이 없는데다 공개 도로주행 테스트조차 한 적이 없어서 거품이 아니냐는 의혹이 있다. 주가 폭등을 촉발시킨 픽업 트럭의 경우 프로토타입조차 없이 CG 이미지만 공개하고 예약을 받기 시작했다. 반면 테슬라는 코로나 사태에도 불구하고 기대 이상의 판매 실적을 기록해 2020년 6월에 최대 자동차 메이커인 도요타를 제치고 시총 1위에 등극했다. 걀국 니콜라는 2020년 11월 기준 26달러 선으로 6, 7월 최고점의 1/3 수주으로 떡락.[37]
현재로써는 위에서 언급한것처럼 상용차 위주의 개발이 주도되는 중이다. 승용 수소차 개발을 포기한 다임러-벤츠도 2023년즈음에 수소연료전지 트럭을 생산할 계획임을 밝혔다.
현대차는 중국 광저우시에 수소연료전지시스템 생산/판매 법인을 설립하고 넥쏘에 탑재된 수소연료전지시스템을 생산하면서, 이후 순차적으로 공급력을 확대해 가며 중국 수소시장을 선점하겠다는 전략이다. https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2021/01/15/2021011501853.html
5.1. 국내 수소전기차 기술력 수준
세계적으로 출시된 수소전기차(승용)는 현대차의 투싼ix('13년)와 넥쏘('18년), 토요타 미라이('14년), 혼다 클라리티('16년)가 있으나, 현대차 수소전기차는 ‘세계 10대 엔진’에 14년에 최초로 선정 및 18년에 두 번째로 선정되었다.링크
(타 완성차의 수소전기차는 선정 사례 없음)
넥쏘는 경쟁차 대비 항속거리, 최고속도, 가속성능 등 대부분 측면에서 우수한 것으로 판단된다. - 가속 성능은 현대차(연구소) 자체 평가 결과
- 최대 항속거리는 도로상황, 운전방법, 차량적재, 정비상태, 외기온도 등에 따라 달라질 수 있음
6. 미래전망
6.1. 수소전기차와 전기차의 미래 전망
파리기후변화 협정(2015) 이후 환경 규제 및 정책이 강화되고 있어 무공해자동차인 수소전기차와 전기차 시장은 지속적 성장할 것으로 전망된다. 수소전기차와 전기차는 미래 자동차 시장에서 현재 내연기관의 가솔린-디젤 기술과 유사하게 공존할 것으로 예상된다. 배터리 전기차는 단거리 운행과 승용차 개발에 유리하며, 수소전기차는 장거리 운행과 상용차 개발에 유리하다고 볼 수 있다. 수소전기차 기술과 전기차 기술은 서로 단점 보완이 가능하기 때문에 하나의 기술만 존재할 것이라는 단편적인 접근은 무의미하다고 판단된다. 국제에너지기구, 맥킨지, 블룸버그, 마켓앤마켓 등은 2030년 이후에도 수소전기차와 전기차는 공존하는 것으로 전망하고 있다.
그러나 한 시장에서 서로 다른 두 개 이상의 표준 기술이 공존한 사례가 거의 없다는 점을 들어[38] 수소차와 전기차의 공존 가능성을 낮게 보는 의견도 존재한다. 가솔린 차량과 디젤 차량은 기본적으로 비슷한 내연기관을 사용하며, 연료 충전소도 공유할 수 있지만 연료전지와 배터리는 상당히 다른 기술인데다 충전 방식도 완전히 다르기 때문에 가솔린-디젤과는 경우가 다르다는 주장이다.[39] 이 경우 이미 인프라와 차량 보급에서 한참 앞서 있는 전기차가 시장을 지배하게 될 가능성이 높다. 굳이 공존하게 된다면 전기차는 승용차가, 수소차는 상용차가 될 가능성이 높다.[40]
6.1.1. 전기차에서 수소차로의 세대 교체론
전기차가 차세대 자동차로서 입지를 굳히기 시작한 2010년대 후반부터 지지를 받고 있는 의견이다. 내연기관에서 전기차로 전환이 일어난 후 시간이 흘러 수소차 기술이 원숙해지면 다시 한 번 수소차로의 전환이 일어나 궁극적으로는 수소차가 자동차 시장의 주류가 될 것이라는 주장이다. 요컨대 전기차는 수소차로 가는 길의 징검다리 역할이라는 것이다. 이 주장은 배터리 기술 발전에 대한 비관론과 수소의 뛰어난 에너지 저장 능력을 바탕으로 한다. 배터리의 에너지 밀도는 개선 속도가 느린 반면 연료전지 가격은 수소차 세대별 절반씩 하락하는 등 그 속도가 빠르다. 뿐만아니라 태양광, 풍력 등 재생에너지가 급속도로 발전하는 추세를 보면 잉여전기를 저장할 수단으로서의 수소의 활용가치는 더욱 높아질 예정이다. 덧붙여, 배터리는 만들 수 있는 금속 자원이 한정적이고, 무엇보다 배터리는 생각보다 친환경적인 물건이 아니다. 배터리를 이용함으로써 주행 중 온실가스 배출량을 줄일 수는 있지만, 배터리를 만드는 과정에서 많은 양의 온실가스가 배출된다. 배터리를 만드는 것은 꽤 비싸기 때문에 비용적인 부분도 무시할 수 없으며, 수명을 다한 배터리는 폐기하기 정말 곤란한 대상이다. 전기차는 이런 배터리의 절대적인 양에 의존하기 때문에 보다 많은 양의 배터리를 생산하는 과정에서 금속 자원, 비용, 및 환경파괴 등의 마찰이 생길 수 밖에 없다. 시간이 갈 수록 자원은 고갈될 것이며 배터리는 생산하기 힘들어질 것이다. 이 부분에서 수소차는 절대적인 우위를 점할 수 밖에 없다. 차 내부의 배터리 지분을 줄이고 수소연료로 대체하면 배터리 생산량을 줄여 배터리의 생산 및 폐기 과정에서 나오는 자원, 환경 및 비용 문제를 최소화할 수 있기 때문이다. 훗날 기술이 발달하여 더욱 더 많은 수소연료를 보다 효율적으로 사용할 수 있게 되면 배터리의 크기를 획기적으로 줄인 수소차가 미래의 궁극적인 친환경 자동차가 될 가능성이 매우 높다.
이에 대한 반론으로 일단 한 번 전기차가 자리를 잡고 나면 기술이 아닌 경제 원리로 인해 수소차로의 전환이 일어날 가능성은 매우 낮다는 의견이 있다. 자동차는 운행 중에 지속적으로 에너지 보충을 해야 하기 때문에 인프라 구축 없이는 보급이 불가능하고, 이는 많은 비용과 시간이 필요한 작업이다. 따라서 인프라 비용을 능가하는 강한 장점이 있지 않으면 새로운 기술로의 전환은 일어나기 어렵다. 이미 구축된 전기 시스템을 사용하기 때문에 상대적으로 인프라 보급에 유리한 전기차조차 지구온난화 억제 정책의 일환으로 정부의 지원을 받아 겨우 해나가고 있는 상황이다. 그러나 수소차의 경우 전기차로부터 전환을 촉진할 구동력이 모호하다. 온실가스를 내뿜지 않는 건 전기차도 마찬가지니 친환경성을 내세울 수도 없고, 긴 주행거리나 빠른 충전은 전기차의 주행거리 증가와[41] 급속 충전 기술의 발전으로 이미 가치가 퇴색됐을 뿐만 아니라 전기차 인프라 구축이 일정 수준 이상 진행되고 나면 아무 의미도 없는 장점이 된다. 요약하면 수소차의 장점이 인프라 보급 비용을 뛰어넘을 수준이 아니기 때문에 한 번 전기차가 우세를 점하고 나면 수소차가 판을 뒤엎기는 어렵다는 것이다. 게다가 수소 연료전지 기술이 발전하는 동안 배터리 기술이 정체되어 있을 리도 없다. 오히려 커다란 시장을 형성하고 있어 투자가 원활한 만큼 배터리의 발전 속도가 더 빠를 가능성이 높다. 배터리의 비싼 가격을 수소차 대비 불리한 점으로 보기도 어려운 것이, 수소 연료전지 역시 매우 비싼 부품이다. 당장 수소차인 넥쏘보다 전기차인 모델3나 코나의 가격이 더 싸다. 수명이 끝난 배터리는 ESS로 재사용이 가능하기 때문에 폐 배터리는 당장 10년 안에 큰 문제가 되지 않으며, 배터리 ESS는 풍력이나 태양광 발전소에서 이미 널리 사용중이다. 결정적으로 수소차 진영이 늘상 주장하는대로 미래에 기술이 발전하면 문제가 해결될 것이라는 낙관론은 전기차에도 그대로 적용이 가능하다. 기술이 발전하면 배터리 생산 단가도 떨어질 것이고, 에너지 밀도도 올라갈 것이고, 희토류 대체 물질도 발견될 것이고, 배터리 재활용 기술도 발전할 것이다. 언제나 진짜 문제는 기술이 상용화와 대규모 보급 단계에 진입할 수 있는가 하는 부분이다. 그리고 전기차와 배터리가 진가를 발휘하는 부분이 바로 이미 시장에 정착하는 단계에 도달했다는 점이다. 그리고 한 번 시장에 표준으로 자리잡은 기술은 인프라 투자와 같은 사회적, 경제적 비용 때문에 어지간한 기술적 우위로는 자리를 내주지 않는다.
6.2. 수소전기차의 가격 전망
수소전기차의 가격이 동급 내연기관 및 전기차에 비해 고가인 이유는 연료전지스택 등 핵심부품의 가격이 비싸기 때문. 수소전기차 가격 하락을 유도하기 위해 정부는 기술개발 지원 확대를 통해 핵심부품 국산화율 100% 달성을 추진하고 있다. 아울러 연간 생산능력 확충을 통해 규모의 경제에 따른 생산 원가 하락이 이루어진다면 가격경쟁력 확보가 가능하다는 것이 정부의 판단이다.
- ’19년 현재 정부보조금 + 지자체보조금 + 세제혜택 반영 時 3천만원 중반에 구매 가능
- 일본 NEDO(신에너지 종합 개발 기구), FCEV-HEV 가격차이를 현재 3천만원 수준에서 ’25년까지 700만원으로 축소
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7. 수소충전소 목록
전국 수소충전소 실시간 현황
국내의 수소충전소 목록이다. 사업종료 등 여러 사유로 미운영 중이거나 충전소 자체가 폐기된 경우가 있음으로 방문하고자 하는 사람은 반드시 사전에 확인을 요한다.
7.1. 운영 중
옆의 사이트에서 전국 수소충전소 실시간 현황을 확인 할 수 있다. #https://www.ev.or.kr/h2monitor
2019년 들어서부터 정부의 수소차 지원정책에 힘입어 충전소가 본격적으로 늘어나게 된다. 2019년 4월 12일, 경부고속도로 안성 상,하 휴게소 및 여주(강릉방향)휴게소에 고속도로 최초의 수소차 충전소가 오픈하여 운영을 시작한다. 여주(강릉방향)휴게소의 경우 2018 평창 동계올림픽 기간 한시적으로 운영한 적이 있었고 이번에 정식 오픈이다. 5월 14일 부산, 20일 대전에서도 첫 수소충전소가 오픈하였다. 그나마 대전 학하충전소는 2010년대 이후 도안신도시 개발로 도심에서 거리가 가까워진 편이지만, 허구한 날 고장나서 준비도 없이 오픈만 한 거 아니냐는 비판이 많다.#
아직 문제가 많은 편이지만, 수소충전소 인프라가 단기간에 확산되고 있다는 것은 분명하다. 특히 그동안 충전소가 있는 2-3개 도시 말고는 주행을 할 수 없었는데, 고속도로 주요 노선 휴게소에 수소충전소가 생기면서 장거리 운행도 가능해진 것은 큰 발전. 물론 그럼에도 충전소가 있는 휴게소가 적어서 수소차를 몰고 장거리 운행을 할 경우 잔량을 잘 체크해줘야 한다.
7.2. 건설 및 계획중
문재인 정부가 들어서면서 수소차에 대한 투자 및 인프라 확충을 지원하면서 전국 대다수 지자체에서 수소차 충전소 건설에 열을 올리고 있으나 수소차 충전소에 거액이 들어가는데다, 부지 선정시 주변 주민들의 반발이 심하고 장비 조달 및 공사에 시간이 걸리는 점 등으로 인프라 확충이 더딘 편이다. 그나마 정부가 건설비용 약 30억 중 절반인 15억을 지원해주고 있지만 수소차가 대중화되지 않은 상황에서 충전소 운영 몇 년간은 적자가 불가피해 민간업자들은 상당히 소극적이다.
이중 주민들의 반발은 수소충전소가 일반 주유소(가스충전소)보다 더 위험하거나 더 지저분한 시설인 것은 아니므로 적극적인 홍보를 통해 해결할 수 있는 부분이기도 하다.
- 서울특별시
- 부산광역시
- 동구 : 주민 반대로 무산되었다.
- 연제구 : 버스공영차고지 내에 들어서며 기존 시내버스용 CNG충전소와 겸용이다. 시내버스 충전이 주가 될 것으로 보인다.#
- 대전광역시
- 세종특별자치시 : 대평동에 수소충전소 부지가 지정되었고 충청권의 지역가스공급업체에 토지 매매까지 했다.# 그러나 주변에 아파트단지가 많아서 주민들의 반대가 예상된다. 세종시는 이곳 외에도 2019년 12월 정부세종청사 부지에 수소충전소를 착공, 2020년 7월 오픈 예정이다.
- 경기도
- 고양시 : 덕은동 서강이엔 한강LPG충전소에 수소충전소가 추가되는 공사가 진행 중이다. Hynet이 아닌 민영 충전소긴 하지만 관련 업체에서 수소충전 설비 수주 및 계약 공시가 된 상황이라 뒤엎어질 가능성은 낮다.# 이 외에도 2018년 수소차 충전소 민간자본보조사업자 선정에 Hynet이 이케아 인근에 수소충전소 오픈을 준비하고 있다.#
- 성남시 : 중원구 갈현동의 E1 LPG 충전소에 수소충전소가 추가되는 형태로 준비 중이다.#
- 수원시 : 2020년 상반기 오픈을 목표로 영통구 하동 수원동부공영차고지에 수소충전소가 준비 중이다. Hynet이 투자하는 거라 뒤엎어질 가능성은 거의 없다.# 아마 버스와 승용차의 충전시간을 달리 해서 운영될 듯.
- 용인시 : 삼성에서 에버랜드 주차장 부지를 제공하여 이르면 2020년 7월 중으로 충전소를 운영하기로 하였다.#
- 화성시 : 부지를 찾지 못해 화성시청 내 부지를 제공하여 수소충전소를 짓기로 하였다. 상술했듯 적자 문제로 민간사업자 모집이 안돼서 Hynet에서 출자했다.#
- 광명시 : 소하동 610-4, 기아자동차 광명공장 부지에 충전소를 구축하기로 계약을 맺었다.#
- 김포시 : 고촌동 전호리 89, 올림픽대로변 김포고촌물류단지 부지에 충전소를 구축하기로 계약을 맺었다#
- 안산시 : 수인로변 GS주유소 옆 부지에 충전소를 구축하기로 계약을 맺었다.#
- 충청북도
- 괴산군 : 괴산읍 대사리 SK엔크린 개미주유소를 복합충전소로 운영하기로 하고 20년 5월 업체와 계약이 체결되어 공사중이다.#
- 충청남도
- 특수지역 (고속도로 및 기타)
- 경부고속도로
- 충청북도 청주시 죽암(서울)휴게소 / 죽암(부산)휴게소
- 충청남도 천안시 입장(서울)휴게소 / 망향(부산)휴게소#
- 서해안고속도로
- 경기도 화성시 화성(시흥)휴게소 / 화성(목포)휴게소
- 충청남도 당진시 행담도휴게소
- 중부고속도로 : 충청북도 음성군 음성(하남)휴게소
- 영동고속도로 : 경기도 여주시 여주(인천)휴게소
- 동해고속도로 울산포항구간 : 경상북도 경주시 외동(포항)휴게소 / 외동(울산)휴게소
- 경부고속도로
8. 관련 기사내용
- 성균관대
- '93년 5월 국내 최초 수소내연기관 자동차 성균1호 개발(사진)
- 주행 거리 20km, 최고 속도 60km의 수소직접 분사형 엔진 장착
- 1993 대전 엑스포에서 공개된 성균 2호(사진)[47]로 연구용 모델 개발 마무리 참고: 성균2호 기술자료
- 현대차
- 도요타
- '14년 11월 최초 수소차(세단) 미라이 출시
- '18년 5월 수소버스(소라) 시판과 함께 시내노선 투입
- '19년 봄 부터 일본 세븐일레븐에서 3t트럭 운영 예정
- '19년 미라이 2세대 공개.
- 혼다
- '08년 세계최초의 수소차 FCX 클라리티 출시하여 북미시장에서 리스로 판매.
- '16년 11월 수소차 공개, 17년초 '클래리티 퓨얼셀' 출시 766만엔
- 아우디
- '14년 A7 스포츠백 h-트론 콰트로 공개
- '16년 디트로이트 모터쇼에서 h-트론 콰트로 컨셉트 공개
- BMW
- '13년 도요타와 연료전시 시스템 공동개발 계약 체결
- '16년 7월, 프랑스 Total과 함께 자체기술 적용 수소충전소 설치 시작
- '20년까지 유럽/일본/미국캘리포니아 등에 인프라 확대 계획
- 폭스바겐
- 발라드파워시스템과 공동개발 프로젝트 추진
- 메르세데스-벤츠
- 20년 9월 다임러-벤츠측에서 2023년 생산을 목표로 하는 수소 트럭의 프로토타입을 공개했다 #
9. 이야깃거리
- 현행법상 수소차를 운전하기 위해서는 고압 가스 자동차 운전 교육을 이수하고 수료증을 받아야 한다. 이 수료증 없이 수소차를 운전할 경우 1회 적발시 150만원, 2회 적발시 200만원, 3회 적발시 300만원의 벌금이 부과된다. 따라서 수소차를 몰고 나가서 술을 먹게 될 경우 대리기사를 부를 수가 없다. 아직까지 수소차를 운전할 수 있는 자격을 가진 대리기사가 거의 없기 때문. 이는 수소버스도 마찬가지.
- 이론적으로 수소충전소가 LPG 등 가스충전소나 일반 주유소보다 위험한 부분은 없지는 않다. 천장 없는 개방된 공간에서는 수소는 매우 가벼워 쉽게 날아가므로 LPG에 비해서 확실히 안전하다. 그렇지만 공기가 조금이라도 흐르지 않는 장소라면 말이 다르다. 수소(상한 50% 에서 폭발가능)의 폭발성은 LPG, LNG와는 차원이 다르게 크며 폭발 가능성도 LPG대비(하한4.9%에서 폭발) 10배나 높다. 충전 인프라의 경우는 설비 안전성이나 충전기 조작성면에서 비슷하지만 초고압을 버텨야하는 수소기체의 특성과 금속에 미치는 화학적효과를 생각해보면 LPG 충전소대비 안전하다고는 말하기 어렵다. 그런 점을 감안해도 주유소, 가스충전소가 전국에 산재한 상황에서 주민들이 수소충전소 설치를 기피하는 경향이 있는 것은 수소의 안전성에 대한 홍보가 덜 이루어진 탓이 크다. 관련 주체들의 노력이 필요한 부분.
- 수소는 물 수(水) 자를 딴 것인데, 물을 동력으로 삼는다는 이미지 때문인지, 수소차는 어째 파란색 디자인이 많다. 영어로 Hydrogen의 Hydro-도 물이라는 뜻이다.[49] 물을 배출하기도 하니깐 그럭저럭 들어맞는다. [50]
- 신세기 GPX 사이버 포뮬러에 나오는 머신의 대부분[51]은 내연기관을 쓰는 수소차라는 설정이다. [52]
- 자동차 업계 임원의 77%가 전기차가 아닌 수소자동차가 진정한 미래의 답이라는 설문 기사가 올라왔다. # 전기차의 미래는 회의적이고 결국 전기차는 실패할 것이라면서 수소자동차가 (기사 내에서는 연료 전지차로 언급) 답이라는 내용이다. 이것은 어느정도 자동차 업계의 희망사항이 반영된 결과라고 보는 것이 타당하다. 전기차 기술은 결국 배터리가 핵심인데 현재 배터리 기술이나 생산은 파나소닉 삼성 LG 등 비 자동차 업체가 주도 하고 있어서 전기차가 보편화되면 자동차 회사들은 부가가치나 산업적인 주도권을 상실하고 배터리 회사에 종속당할 우려가 있기 때문이다. 반면 수소연료전지 기술은 자동차 회사들이 주도권을 쥐고 있다.
- 2015년 테슬라의 CEO 일론 머스크는 수소자동차의 미래는 없다고 단언했다. 다만 엘론 머스크가 전기차 회사 CEO인 점을 감안해서 들어야 할 것이다.
- 대한민국에서는 충청남도가 가장 의욕적으로 수소차를 도입하고 있다. 충청남도에서는 수소연료전지자동차 연관 산업을 도의 주력 산업으로 지정하고, 정책적으로 지원하고 있다. 이미 충청남도 본청에서만 수십 여대의 수소차를 도입하여 운영하고 있고, 도청이 소재한 내포신도시에는 도립 수소 충전소도 있다. 또한 서산 대산#s-3 지역을 수소 산업 특구로 지정해 한화그룹으로부터 부생수소 공장, 수소연료전지 발전소를 유치하는 등 다양한 지원을 하고 있고, 천안, 아산, 당진, 서산, 예산 등지에 공영 수소 충전소를 건립 중이다. 2025년까지 공영 수소 충전소 20개소, 민영 수소 충전소 10개소를 확보하고 도 관내 관용 수소차를 400대까지 확대한다는 계획이다.[53] 또한 옆 도의 충주시도 자체적으로 홍보 영상을 만드는등 수소차를 밀어주고 있다.
- 세계적인 친환경 모험가인 '베르트랑 파카르'가 프랑스에서 현대자동차 넥쏘로 주행거리 신기록을 달성했다. 778km 주행, 수소 잔량 49km분으로 도합 827km정도의 주행거리[54] 다만, 아직까지 수소차 차종이 많지 않기에 조만간 깨질 가능성이 높다. 놀라운 것은 넥쏘카페 회원들은 시큰둥 했다는 반응. 실 주행거리로 900km 넘게 타는 사람이 왕왕 있다. (최고 기록 1,000km)
10. 출시된 수소자동차 목록
[1] 엄밀히 말하면 FCEV는 전기차, 즉 '축전지 기반 전기자동차'에서 전기를 공급하는 부분만을 배터리에서 수소연료전지로 교체한 것과 같은 개념인 '연료전지 기반 전기자동차'이다. 전기가 공급된 후의 구동 부분은 일반적인 축전지 기반 전기자동차와 다를 바 없는데, 전기 공급 부분의 차이로 인해 주행 거리가 긴 것이다. 그리고, 구동 부분이 축전지 기반 전기차와 같다는 것은 다시 말하면 축전지 기반 전기차 기술과 공유되는 부분이 많다는 것이며, '전기자동차' 기술이 없는 회사가 FCEV를 만드는 것은 거의 불가능하다. 왜냐하면 FCEV는 전기 공급 부분만 다른 '전기자동차'이기 때문이다.[2] 수소전기차 좋은 건 알겠다, 그런데 충전소가 안 보인다! http://www.carlab.co.kr/news/11733[3] 열전도율은 두 매질의 온도차에 비례한다.[4] 아반떼 CN7의 자연흡기 가솔린 1.6L 엔진 출력(123마력)과 거의 같다![5] 넥쏘의 0~100km/h 가속은 9.2초 대로 알려져 있다. 그래도 모터의 장점인 저속 최대토크 덕분에 선방하는 것이 이 정도.[6] 고압 수소탱크와 배관과 섬세한 구조의 연료전지는 비교적 단순한 구조의 전지를 사용하는 리튬 배터리차보다는 상대적으로 구조가 복잡하고 백금 등 촉매 가격도 매우 비싸므로 가격도 비싸고 험하게 주행하면 고장나기도 쉽다.[7] 현대와 도요타가 상용 수소연료전지차 충전부문 개발을 위해 손을 잡았다?! 수소차 '투톱' 현대차-토요타 맞손...상용 수소전기차 함께 키운다[8] 배터리 기술은 예나 지금이나 공학의 제 분야 중 가장 발전이 더딘 분야지만, 최근 전기차가 상용화되는 수준까지 왔다. 당초 예상을 크게 뛰어넘는 발전속도다.[9] 연방 및 주 보조금을 고려하면 미라이의 실제 가격은 4만불 중후반대가 된다. 테슬라 모델 3 장거리 트림의 실 구매가인 4만불 초반과 비교하면 큰 차이는 없는 수준.[10] 한전에 전기차 충전기 설치를 신고하고 별도의 계량기를 달면 전기차 전용 요금제가 적용되어 누진세를 피할 수 있다.[11] 전기차 충전소는 폐점 시간이 있는 업소 내부에 설치된 경우가 아니라면 대부분 무인으로 24시간 영업한다.[12] 가스 파이프를 깔아서 공급할 수도 있겠지만 어지간히 수요가 있지 않고서야 전국의 모든 충전소의 지하를 다 까뒤집고 파이프를 깔 수는 없는 노릇이며 결정적으로 비싸고 위험하다.[13] 완속충전기 등의 저속 충전시에는 길면 4~8시간 까지도 걸릴 수 있으나 이는 어디까지나 완속충전이니까 이렇게 걸린다는 것을 잊어선 안된다. 배터리 충전속도는 상황에 따라 가변이 가능하기 때문에 주변 설비 용량에 맞춰 일부러 느리게 충전을 하는 것일 뿐더러, 심지어 완속충전은 충전비용도 절감 된다.[14] 전기차 진영이 이 문제에 정말 해결책이 없냐고 하면 그건 아니다. 테슬라는 전기 세미 트레일러인 테슬라 세미를 공개하면서 트레일러용 초고속 충전기인 메가차저를 설치할 계획이라고 밝혔다. 다만 다른업체들은 테슬라가 말도안되는 구라를 치고 있다고 할정도로 비현실적인 사양이며 메가차저 마저도 수소차의 충전속도랑 비교하면 느리다.[15] 현대 넥쏘가 609km, 혼다 클래리티 퓨얼 셀이 600km 토요타 미라이 2세대가 EPA 기준 850km[16] 테슬라 등 고급 전기차는 주행 거리가 500km를 훌쩍 넘기도 하지만 가격이 1억원이 넘는다.[17] 수소탱크의 가격은 전체 연료전지차의 가격에 크게 영향을 미치지 않는다. 가장 크게 영향을 미치는 요소는 연료전지 스택이다.[18] 그렇다고 수소 용량을 제약없이 늘릴 수 있는 건 아니다. 수소 압축률은 용기의 내구도나 압축에 드는 에너지 등을 감안하면 이미 물리적 한계에 가까운 상태고, 용기의 크기를 키우는 것도 차량의 내부 공간을 고려하면 한계가 있다.[19] 리튬 기반 배터리로는 늘릴수 있는 배터리 용량에도 한계가 있고 무턱대고 용량을 늘렸다가 폭발할 가능성도 있다. 물론 배터리를 여기저기에 더 우겨넣는걸로 대신할수 있지만 이러면 사고발생시 위험성이 더 높아진다.[20] 2020년 1분기 기준으로 48000달러[21] 다만 항속거리가 더 길어질 가능성은 여전히 수소연료전지쪽이 더 높다. 배터리 기술은 정체된 편이기 때문에 테슬라등의 기업도 배터리 용량이 아닌 단가하락에 집중하기 시작했으며 반대로 수소 저장용기는 추가적인 개선을 여전히 기대할수 있기 때문이다. 실제로 1세대에서 500km대의 항속거리를 가지던 토요타 미라이가 2세대에서는 850km까지 항속거리를 연장하는등 수소연료차의 항속거리 증가는 훨씬 쉬운편.[22] 물론 수소자동차도 전기차에 들어가는 동일한 배터리를 사용하기에 용량의 차이는 있지만 배터리 발화의 위험성에서 완전히 자유롭지는 않다. 도요타 미라이는 니켈 계열을 사용하지만 혼다 클라리티는 리튬 계열이다. 하지만 훨씬 소용량이고 크기도 작은편이기 때문에 더 안전한 위치에 위치시키거나 이격시키는게 가능하지만 전기차는 현재 자동차 전체에 배터리가 들어가는지라 그게 안된다.[23] #[24] 전기자동차의 배터리는 대부분 리튬계열이고 리튬은 알칼리 금속으로 높은 반응성을 가진 원소이다. 갤럭시 노트 7 폭발 사고에서 볼수 있듯이 자칫하면 언제 터질지 모른다. [25] 이는 가스통 시위에서 종종 보이듯이 가스통을 틀어놓고 불을 붙이더라도 폭발하지 않는 것과 같은 원리다[26] 게다가 현 정부는 상대적으로 저렴한 원자력 발전소 대신 고가의 태양광,LNG 발전을 밀어주는 중이다. 이는 원자재만 해도 엄청난 비용을 요구하는 발전이며 또한 우리나라같이 좁은 국가에서는 토지비용도 수반되는 발전이다.[27] 2000년도 초반까지만 해도 많이 써봐야 40기가와트였지만 2010년쯤 되면 거의 2배인 70기가와트까지 소비량이 뛰었다.[28] #[29] 수소충전소 충전설비 용량에 따라 다름, SAE J2601-1 만족한 충전소 경우 3~5분 충전 가능[30] 현대차 넥쏘 수소전기차 국내 인증 기준 : 609km (복합연비 기준)[31] 전기차도 없다.[32] 다만 차량의 필터가 오염되기 때문에 공기정화 효과에 대한 비용부담을 차량 소유주가 하게 된다.[33] 국토교통안전공단, 영국 교통부 차량인증국(VCA), 독일 기술 검사 협회(TUV) 등[34] 자연에 존재하는 수소 중 보통의 수소(1H)가 99.983% 를 차지하고 중·삼중수소(2H·3H)는 0.015%를 차지[35] 현대는 2025년까지 전기차 14종을 출시하겠다는 계획을 발표했지만 수소차는 현대 넥쏘 이후로 구체적인 신차 출시 계획이 없다.[36] '남들 전기차 투자할때 수소차 몰빵해서 쪽박차는거 아니냐' 하는 우려도 나오기는 하나, 기존 신재생 에너지, 전기차 관련사업들에서 덤으로 따라가던 수소에너지 관련사업들을 떼어내서 체계적으로 정리한거지 몰빵이 아니기에 기우. 오히려 아직도 전기차쪽이 지원 규모가 더 크며 수소관련 사업들을 로드맵을 작성해 진행하던 타국들에 비하면 늦은 편이다. 당장 충전소 건설비용과 운송-저장기술쪽 격차로 나타나고 있는판. [37] 다만 니콜라는 애초에 주식먹튀를 위한 기업이라는 논란이 있었기 때문에 사실 수소자동차 시장에 영향을 줬다고 보긴 힘들다[38] 기술적으로 VHS보다 우월했음에도 시장 보급에서 밀려 비디오테이프 시장에서 사라진 베타맥스, USB보다 높은 대역폭을 가지고도 탑재된 기기가 거의 없었던 파이어와이어, 액정을 쓰는 LCD와 플라즈마 가스 방식의 PDP등이 대표적인 사례다.[39] 수소차도 가솔린-디젤과 충전소를 공유할 수 없다.[40] 하지만 수소 연료전지의 수명이 15 - 20만 km 정도로 상용차에 쓰이기에는 너무 짧고, 수소 취성으로 인해 다른 부품의 수명도 짧기 때문에 수소차를 긴 수명과 높은 신뢰성이 요구되는 상용차에 적용하는 것에 회의적인 의견도 적지 않다.[41] 2020년 기준으로 수소차인 넥소보다 테슬라 모델S의 주행거리가 더 길다.[A] A B 현대자동차 직영.[42] 쓰레기 매립장에서 나오는 가스로 수소를 생산한다.[43] 연구목적용으로 정부보안구역 이내에 있어 출입이 거의 불가능. 수소충전소 중에서는 최고령 충전소중 하나로, 2005년경 완공되어 지금까지 가동중이다. 19년 현재에도 (가스공사 인천기지 직원도 몰랐지만) 가동 중이라고 한다. 인천에 총 3곳 수소충전소를 설치할 예정이다. https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=17640906&memberNo=24167781 참고[44] 천연가스개질 등을 통해 수소를 직접 공급하는 충전소.[EX] A B C D E F G H I J 고속도로 이용자만 이용 가능[45] 외부로부터 수소를 공급 받는 충전소[46] 관용 수소차 충전을 우선으로 하고, 잔여 수소를 민간에 유상 충전하는 서비스를 제공한다. 충남도청에서 운영하는 공공기관이기 때문에, 충남도청 업무일, 업무시간에만 운영된다.[47] 고려대 KARI-1(국내 최초의 무인주행 차량) 및 홍익대 HHV-1(국내 최초 하이브리드카)와 함께 대학교에서 개발한 첨단 자동차 작품으로 전시[48] 그러나 논란이 있는 것이 최초의 상용 수소차는 혼다 FCX 클라리티(2008년)이고 현대자동차 투싼 ix35 Fuel Cell 경우 '최초의 양산 수소차'라고 대대적으로 홍보하지만 도요타 미라이처럼 수소 전용차로 개발된것도 아닌 투싼 차체에 수소차로 개발한점, 또한 실제 판매량이 미미하여 최초의 양산(MASS PRODUCT) 수소차에는 맞지 않는다는 점, 몇 달 후에 발매된 도요타 미라이 보다도 인지도나 판매량이 떨어진다는 점에서 최초의 양산형 모델이라는데도 논란이 많다. 2013년 11월에 열린 미국 LA모터쇼에서도 '최초의 양산 수소차'라고 대대적으로 홍보했지만 이미 최초의 수소차 혼다 FCX 클라리티를 알고있는 기자들은 모두 갸우뚱 했다는 후문.[49] 캐나다에서는 Hydro라는 단어가 전기를 뜻한다. 어원은 수력발전으로 (Hydroelectric power) 주로 수력으로 전기를 공급해오던 회사의 명칭이었지만 편의상 회사 이름이 가정용 전기를 통칭하는 의미로 변질되었는데 아이러니하게 전기를 주동력으로 사용하는 수소자동차의 Hydro와 결국 그 의미가 결과적으로 겹치게 되어버렸다.[50] 수소라는 어원 자체가 물의 근원이라는 뜻의 그리스어 ὕδωρ-γεννεν에서 온 것이며, 이 덕분에 중국을 제외한 세계 각지의 원소명에서도 수소는 이 어원을 유지하여 이름에 물을 뜻하는 어근이 들어간다. 중국을 제외한 이유는 중국은 중국 특유의 표기법을 쓰기 위하여 원소 이름만을 위한 한자 혹은 한자뜻을 만들었기 때문. 예시를 들자면 전자는 수소 경(氫), 후자는 쇠꼬챙이 피(鈹)→베릴륨 피(鈹/铍)가 된다. 물론 한자가 다른 뜻이 되었기 때문에 발음도 바뀌어서 음평성으로 pī(쇠꼬챙이/바늘)이 아니라 양평성인 pí(베릴륨)로 읽어야 한다.[51] 왜 '대부분'이냐 하면, SGM 및 슈트룸젠더의 머신은 전기차이기 때문이다.[52] 실제로 현대자동차는 수소차를 밀어주면서 비전 그란 투리스모 출품용으로 N 2025 비전 그란투리스모 컨셉트를 내놓은 적이 있는데 이 차는 설정상 4륜 동력분산식 수소연료전지 레이싱카였다.[53] 국가가 나서기도 전에 충남에서 이렇게 수소차 도입에 적극 나선 이유는 안희정 당시 도지사의 결정이 있었기 때문이었다. 안희정은 단순히 도정을 넘어서서 충남에서의 정치, 행정적 행보로 차기 대권주자로서 모습을 보여주고 있었으며 수소차 정책은 그 일환 중 하나였다. 안희정이 흑역사가 되어 사퇴한 이후에도 다행히 충청남도의 수소차 정책은 변함이 없다.[54] 현대차 수소차 넥쏘로 778km 세계 신기록 달성link