수소차 가격 3500 만원 까지 내린다 수소차 장점 과 단점

수소차 가격이 3500 만원까지 내린다고 합니다.

현재 수소차 가격은 보조금을 제외하고 7000만원 수준인데요 6년 뒤인 2025년 부터 3500만원 선까지 내려갈 수 있다고 하는데요

그 이유는 바로 현재 부품 99%가 국산인 수소차가 연간 생산이 1만대 수준이 되면 50% 가격 감축이 가능할 것" 이라는 이야기 인데요

미래 자동차 기술과 정책 로드맵을 논의 하는 자리에서 이와 같은 이야기가 나왔습니다.

19일 '자동차 기술 및 정책 개발 로드맵 발표회' 에서 김민수 서울대 교수는 '수소차와 함께 하는 깨끗한 미래' 발표를 통해 이와 같은 이야기를 전했습니다.

김교수는 "수소차는 현재 초기 단계인 만큼 가격이 당연히 비싸고 우리뿐 아니라 다른 나라도 비싸다" 면서 "그래서 각 나라들이 시장을 키우기 위해 정부나 지방자치단체가 보조금을 주고 있는 것" 이라고 현재 수소차의 가격이 높은 것에 대해 설명했습니다.

이어 "국내 300여개 업체들이 부품을 10년 동안 개발해왔고 수소차 부품의 99%가 국산" 이라며 "우리가 제일 먼저 부품들을 양산한 입장으로 향후 가격 비중이 높은 스택과 수소저장장치에 대한 원가절감 기술 개발이 수소차의 가격 저감에 큰 역할을 할 것" 이라고 밝혔습니다.

김교수는 수소차 가격이 떨어질 수 밖에 없는 중요한 요인 중 하나를 대량 생산이라고 밝혔는데요

지난해 기준 7200만원던 수소차 가격이 2025년 까지 6000만원 수준으로 내려갈 것으로 전망했고 이후 2025년 이후 2030년까지 수소차 가격은 하이브리드 수준인 3500만원까지 내려갈 수 있을 것이라고 전했습니다.

수소차는 수소탱크에 저장해 둔 수소를 전기발생장치로 보내 연류전지 스택에서 산소를 화확반응시켜 전기를 만들어 모터로 보내고 모터를 움직여 전기에너지를 운동에너지로 바꿔 차량을 움직이게 되는 자동차 인데요

쉽게 말해 수소연료전지를 통해 전기를 얻어 자동차를 움직이는 것입니다.

이론상으로 '수소연료전기자동차' 라는 표현이 맞지만 일반적으로 '수소차' 로 불리고 있습니다.

수소차 장점

연료로서 수소의 성능이 우수하다.

수소의 열량은 동일 중량당 내연기관 연료의 약 3배나 된다. 거기다 전기차 특유의 고효율이 결합되면서 주행거리를 늘리기가 쉬운편이라 현재 출시되는 수소차량들은 1 ㎏당 100 ㎞의 주행거리를 제공하며, 대체로 축전지 기반 전기자동차보다 주행거리가 길게 나온다.

배기가스 제로

수소연료전지 자동차는 연료에 탄소(C)나 다른 불순물이 없고 수소와 산소가 만나 물이 생성될 뿐이므로 유해한 배기가스가 전혀 나오지 않는다. 다만 생성된 물을 배출할 때 차가 오줌을 싸는 듯한 모습은 단점...

달리는 공기청정기

수소연료전지 스택이 효율적으로 작동하기 위해서는 미세먼지가 제거된 청정한 공기가 필요하므로 수소차는 달리는 동안 주변 공기를 빨아들여 정화한 후 수소연료전지에 사용하고 다시 배기구로 깨끗한 공기를 내보내게 된다. 그래서 매연이 나오기는커녕 오히려 공기정화기로써의 기능도 수행할 수 있다. 현대 넥쏘의 경우 한 시간 주행 시 26.9㎏의 공기를 정화할 수 있는데, 이는 성인 42명이 한 시간 동안 호흡하는 공기량에 해당한다.

저렴한 수소 단가

과거에는 수소 제조에 들어가는 비용이 기름값보다 비쌌지만, 현재는 천연가스 개질법이나 나프타 분해를 통해 저렴하게 수소의 대량 생산이 가능해 1 ㎏당 약 5,000원의 단가로 생산이 가능하다. 해당 기술들은 현재도 수소 대량 생산에 쓰이고 있으며 일상적인 기술이다. 실제로 수소자동차들이 대량으로 늘어났을 때 어떻게 바뀔지는 알 수 없지만 일단 생산단가는 화석연료보다 훨씬 넉넉하게 확보된 상황이다.

빠른 충전

2018년 현대에서 공개한 넥쏘는 충전시간을 5분으로 예상하고 있다. 현재의 화석연료 주입시간과 거의 비슷해서[2] 그냥 화석연료 자동차를 탔을 때처럼 연료 넣고 달리면 된다. 반면에 전기자동차는 충전시간을 짧게 하기가 어려워 최소 30분 이상의 시간이 필요하며, 이 때문에 장거리 주행 시에 불편함이 있다.

수소차 단점

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 차량 체급에 영향을 많이 받는데다 탱크 중량 때문에 화석연료보다 차지하는 무게가 되려 더 크다. 현재의 주행거리는 수소의 성능이 우수하다기보다는 전기시스템 특유의 고효율로 확보하는 것이다.

현재 수소연료전지 자동차들은 1회 충전당 주행거리가 600~800km에 달하지만 효율을 개선하여 1회 주유당 주행거리가 1000km가 넘어가는 화석연료 자동차도 늘어나고 있기 때문에 수소차도 마찬가지로 동급의 화석연료 차량에 비해 주행거리가 길다는 장점이 있다고 보긴 어렵다. 현재 상황에서 주행거리를 더 늘리는 방법은 더 고압으로 집어넣는 것이 유일한데 이러면 연료압이 차량마다 다르게 되므로 충전소에서 문제가 생긴다. 그리고 운행용 수소야 좀더 자주 주입하는 것으로 넘어갈 수 있는데 수소생산지로부터 충전소까지의 운송은 더 큰 문제다.

이산화탄소 등 오염물질 배출

수소자동차는 매연이나 이산화탄소를 배출하지 않지만 수소를 생산하는 과정에서 온실가스인 이산화탄소를 대량으로 배출한다. 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.

천연가스 개질은 80%를 넘나드는 높은 열효율을 가질 수 있으며 이를 통해 생산된 수소를 연료전지를 통해 발전에 사용하면 화력발전소에서 천연가스를 태워 전기를 생산했을때와 비슷하거나 그 이상의 변환 효율을 기대할 수 있다. 또한 이산화탄소의 발생원이 개질 공정만으로 국한되기 때문에 다른 에너지 생산 방식에 비하여 추후에 이를 포집하기가 유리하다.

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 수소자동차 용으로 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.

수소 충전소 인프라 부족

현재로는 전국에 수소 충전소가 12 군데 밖에 없어 충전하기도 매우 어렵다. 환경부는 22개로 늘릴 계획이라고 하지만 그래도 절대적으로 부족하기는 마찬가지. 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 높다. [3] 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 20분 정도의 추가 시간이 소요될 수도 있다. 

촉매제 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, 세륨등을 안쓰는 연료전지도 있지만 700-800도 이상에서 동작하므로 일반적 차에서 사용하기는 어렵다.

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 http://news.mk.co.kr/newsRead.php?year=2018&no=474968 촉매가 차지하는 원가 비중은 이미 비교적 무시할 수 있을만한 수준으로 줄어들었다.

안전과 수명

일반인의 우려와는 달리 수소 자체의 폭발 가능성은 그리 크지않으므로 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 보고있고 수소 주입구 옆에 특정 시기 이후로는 수소를 주입하지 말라는 경고 문구가 붙어있다.# 연료전지 스택의 수명도 짧아 15-20만 km 운행 10년 정도가 한계이다.

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.

수송비용 과다

수소는 운송비용이 매우 비싸다. 초고압 폭발성 연료이므로 천연가스 운송비보다 훨씬 비싸다. 수소 공장에서는 싸게 생산해도 이를 소비지 까지 운송하기가 어렵다. 파이프라인으로 운송하면 싸지만 가스탱크 로리나 튜브 트레일러 등 트럭으로 운반하게 되면 생산지인 울산에서 소비지인 서울까지의 운송비가 가스값의 2배나 되어 가격 3배이상으로 뛴다. 트럭 운송으로는 튜브 트레일러라는 특수차량을 이용하는데 40톤 트레일러 1대당 250-500kg (금속 튜브/복합재튜브) 밖에 수송하지 못하므로트레일러 1대로 자동차를 불과 30-60대 정도밖에 충전하지 못한다. 이에 비해 LNG/LPG 는 통상 탱크로리 대당 20 톤 정도 수송할 수 있고 이는 차 1천대를 충전할 수 있는 분량이다. 

해상 운송을 하려면 LNG선 같은 가스운반선이 있어야 하지만 아직 실용화와는 거리가 멀고 비용도 아주 비싸서 경제성이 없다. 수소충전소도 1 개 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 높아진다. 그러니 수소는 생산이 문제가 아니라 수송과 판매가 더 문제이다. 

이렇게 수소의 운송과 충전소 비용이 높아지면 차라리 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. 이경우 100 km 당 18 달러 의 연료비가 들어 전기차의 2.4 달라보다 8배나 되어 월등히 비싸다. [4] 미국의 토요다 미라이 수소충전소는 충전소 1군데서 1일 80 kg 가량의 (약 200-300 kW 급 전기분해장치) 수소를 생산할 수 있고 이는 수소탱크 용량이 5kg 인 토요다 미라이 수소차 15대 충전 분량이다. 이런 충전소 1 개는 수소승용차 150 대 정도를 연중 운행할 수소를 공급할 수 있다. 다시 말해 수소차 150대 팔릴 때 마다 이런 수소생산장치/충전소를 1개씩 늘여야 한다는 거다.