디젤 차량의 배출가스 조작 사태가 잇따르고 미세먼지에 의한 대기 오염 우려가 커지면서 궁극의 친환경차인 수소연료전지전기차(이하 수소전기차)에 대한 관심이 다시 고조되고 있다.

물 이외 오염물질 배출이 전혀 없는데다, 외부의 오염된 공기를 정화하는 효과가 최근 부각되고 있기 때문이다.

수소전기차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 사용하는 전기차와 달리 직접 에너지를 생산할 수 있어 비상 시 산업 또는 가정에 전력을 공급하는 발전소 및 에너지 저장소(ESS : Energy Storage System) 역할도 수행 가능하다.

이에 세계 각국은 미래 신 성장 동력 확보 및 환경 문제 해소 차원에서 차량보급과 인프라 확충을 축으로 한 수소경제 구현에 속도를 내고 있다. 글로벌 주요 완성차 업체들도 초읽기에 들어간 수소전기차 대중화 시대에 앞서 미래 기술을 선점하고 시장을 선도하기 위해 차량 출시를 서두르고 있다.

■ ‘클린 파워’ 수소전기차, 공기정화·분산발전 급부상

현대자동차는 수소전기차 1대가 1㎞를 달리면 미세먼지를 최대 20mg 저감하는 효과가 있다고 밝혔다.

디젤 중형 승용차가 1㎞ 주행 시 배출가스를 통해 미세먼지를 약 10mg 발생시킨다는 점을 감안하면 수소전기차 1대가 최대 디젤차 2대 분의 배출가스 미세먼지를 정화하는 셈이다.

특히 수소전기버스의 경우엔 최대 디젤 중형 승용차 40~50대가 배출하는 미세먼지를 줄일 수 있다.

만약 수소전기버스가 전국에 등록된 CNG(압축천연가스) 버스(2016년 4월 국토부 CNG 사업용 승합 기준 3만627대) 수준으로 도입될 경우 이론적으로 디젤 중형 승용차 약 122만5080대~153만1350대 분의 미세먼지 배출 문제를 해소할 수 있다.

수소전기차의 미세먼지 저감 효과는 박근혜 대통령 아프리카 및 프랑스 방문 중 현대차가 4일(현지 시간) 프랑스 에어리퀴드社 연구소에서 진행한 시연 행사에서도 확인됐다.

현대차는 이날 투싼ix 수소전기차의 미세먼지 저감 효과를 시각적으로 극명하게 보여주기 위해 미세먼지가 들어 있는 애드벌룬과 속이 비어 있는 애드벌룬을 차량 앞뒤에 장착했다.

시동을 걸자 차량 앞쪽 공기 흡입구와 연결된 애드벌룬은 부피가 작아지고, 배기구와 연결된 애드벌룬은 점점 팽창했다. 공기 중의 산소와 차량 내 저장된 수소를 화학적으로 반응시켜 발생된 전기로 구동하는 수소전기차가 외부 공기를 빨아들인 후 물을 포함한 청정공기로 내뿜은 것이다.

이 과정에서 오염된 외부 공기는 차량을 거치면서 순식간에 청정공기로 변했다. 수소전기차는 공기를 정화하여 연료전지 스택(수소와 산소를 반응시켜 전기와 물을 만드는 주요 장치)에 공급하기 때문에 일반 차량에 장착되는 필터 보다 훨씬 성능이 우수한 공기 필터를 적용하고 있다.

만약 공기 필터가 걸러내지 못하는 미세먼지가 있다면 가습 과정에서 추가로 저감되며, 스택 내부 미세기공 구조의 탄소섬유 종이로 된 기체확산층(공기를 연료전지 셀에 골고루 확산시키는 장치)을 통과하면서 또 한번 걸러지게 된다. 2중, 3중의 공기 정화 기능이 있는 셈이다.

시연 과정에서 공개된 공기 필터의 색깔 변화는 극적이었다. 흰색의 필터가 미세먼지 저감 시연 이후 마치 검정 매연을 뿌려 놓은 듯 까맣게 변색됐다.

현대차 관계자는 “수소전기차의 공기필터는 대기중의 미세먼지(PM)를 99.9% 정화할 수 있다”며 “SOx를 포함한 화학물질도 상당 부분 정화 가능하다”고 설명했다.

이날 미세먼지 저감에 앞서 진행된 투싼ix 수소전기차의 분산발전 시연도 많은 참석자들의 주목을 받았다.

차량 시동 버튼을 누르자 투싼ix 수소전기차가 생산한 전력이 별도 인버터를 통해 쏘울 EV와 아이오닉 일렉트릭, 그리고 TV로 공급됐다. 차량이 정전 및 전력 피크 시 전력계통, 산업 또는 가정에 전력을 공급하는 이른 바 발전기 역할을 수행한 것이다.

실제 수소전기차 10만대를 V2G(Vehicle to Grid: 차량 전력의 외부 송전) 기술로 연결하면 구축 비용 약 3조원(한국형 표준원전 기준)에 달하는 1GW(10만대 × 10㎾/대=1GW)급 원자력 발전소 1기의 전력량을 확보할 수 있다.

온실가스감축 효과도 커 수소전기차를 100만대를 운행할 경우 이산화탄소(CO2) 배출량은 연간 210만t 가량 줄어 든다.

■ 세계 각국 수소경제 속도전… 차량 보급 및 충전소 확대 총력

수소경제 구현을 위한 세계 주요 국가들의 행보는 갈수록 빨라지고 있다. 특히 주요 국가들은 수소경제 구현의 핵심인 충전 인프라를 늘리고, 수송용 수소전기차 보급 확산에 주력하고 있다.

중국 정부는 지난해 4월 ‘2016-2020년 신에너지차량확대보급사용(2016-2020年新能源汽车推广应用)’관련 발표를 통해 전기차(EV), 플러그인하이브리드차(PHEV)는 단계적으로 보조금을 축소하는 반면 수소전기차(FCEV)에 대한 보조금은 유지하는 계획을 발표했다.

순수 전기차(EV)와 플러그인하이브리드차(PHEV) 지원은 2016년 대비 2017년~2018년은 20%, 2019년~2020년은 40% 가량 보조금을 줄여나갈 방침이다.

중국은 현재 전기차는 2만5,000~5만5,000위안, 플러그인하이브리드차(PHEV)는 3만위안, 수소전기차(FCEV)는 20만위안까지 보조금을 지급하고 있다.

또한 중국은 중·장거리 수송에 장점이 있는 수소전기버스를 개발하기 위해 캐나다 업체 등을 활용한 수소버스 실증 사업을 진행하고 있다.

일본의 경우엔 지난 20여 년간 수소사회를 국가 비전으로 설정하고 산업기반 구축을 위해 민관 공동으로 로드맵 과제를 추진하고 있다. 지난 2013년부터는 에너지기본계획 법안을 통해 ‘수소 사회’ 실현을 명문화한 상태다.

이미 일본은 도요타 미라이 출시를 기해 수소연료전지 시장을 ‘실증’에서 ‘보급’ 단계로 전환했고, 2030년 수소충전소 900기 구축, 수소전기차 80만대 보급을 진행하고 있다.

도요타, 혼다, 닛산 등 완성차 업체와 JX에너지, 이와타니산업, 도쿄가스 등에너지 업체는 공동법인 설립을 통한 충전소 확충도 검토 중이다. 또한 LPG, 도시가스 등의 수소와 공기 중의 산소를 화학 반응시켜 전기와 온수를 공급하는 가정용 연료전지 보급도 박차를 가하고 있다.

미국은 캘리포니아 주정부 주도하에 오는 2025년까지 330만대의 차량을 보급하고, 다수의 완성차 및 에너지 업체가 참여하는 충전소 보급 실증사업을 추진하고 있다. 유럽은 독일, 영국, 북유럽 국가들을 중심으로 차량 및 충전소 보급을 늘리고 있다. 특히 수소전기버스의 경우 오는 2020년까지 세계 최대 규모(500~1000대)로 보급할 계획이다.

우리나라는 지난 3일 ‘미세먼지 관리 특별대책’ 정부합동 발표에서 수소전기차 보급 대수를 2020년 1만대까지 확대하겠다고 밝혔다. 정부 보조금 외에 지자체 차원의 구매 보조금을 도입하고, 수소전기차 가격 인하도 유도할 방침이다.

수소 충전소는 2020년까지 100곳(미세먼지 관리 특별대책 발표 기준)으로 늘릴 예정이다. 정부는 이를 위해 각종 규제도 개선하겠다는 방침을 시사했다