[사이언스 온고지신]<9>연료전지 자동차의 경쟁력

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지난 2009년 세계 굴지 완성차 제조사와 에너지 관련 기업은 공동성명서를 발표했다. 2015년에 연료전지 자동차를 시판하고 이에 필요한 수소충전소 등 수소 공급 인프라를 구축하니 정부도 적극 협조해 달라는 내용이다.

한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원
<한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원>

2013~2020년에 연료전지 자동차를 팔겠다고 발표한 완성차 제조사는 현대차를 비롯해 8개사가 넘는다. 지난해 기준 시가는 1억원이 넘는 것으로 알려졌다. 시판을 위해 4~5인승 휘발유 내연기관 자동차와 동등한 주행 성능, 내구성, 주행 안정성과 가격대를 실현해야 한다. 수소연료 가격도 같은 거리를 주행할 수 있는 휘발유 가격과 유사한 가격으로 구입할 수 있어야 한다. 수소충전소가 불편하지 않은 거리에 있어야 하는 등 `플러스 알파(+α)`가 필요하다.

포드가 세계 최초로 자동차 대량 생산체제를 구축한 100년 전, 휘발유는 약국에서 팔았다. 자동차 보급 대수가 늘면서 휘발유 판매량도 늘어 주유소가 생겨나고 전국적인 판매망이 구축됐다.

1997년 세상은 엔진에 무거운 모터 2개와 이차전지를 싣고 연비 50%를 향상시켰다는 도요타를 믿지 않았다. 그러나 지난 2012년 일본에서 생산·판매되는 신차의 40%를 하이브리드 자동차가 차지한다. 세계에서 판매되는 하이브리드 자동차의 80%에는 도요타가 개발한 `도요타 하이브리드 시스템 II`가 장착됐다. 일등 기술이 세계를 지배한다는 것을 보았다.

2017년부터 미국 캘리포니아에서 판매하는 승용차 4.5% 이상을 배터리 자동차나 연료전지 자동차와 같은 ZEV(Zero Emission Vehicle)로 팔아야 한다. 이 비율은 점차 증가해 2025년부터는 22.0% 이상이 된다. 현대·기아차도 이 규정을 충족시키지 못하면 벌금을 납부해야 한다.

현대차가 연료전지 자동차 시판 경쟁에 불을 붙였다. 연료전지 자동차 개발에 늦게 참여한 현대차가 지난해 초, 세계 최초로 양산체제를 구축하고 리스판매를 시작했다. 공기 공급 계통 공기압축기를 삭감해 연료전지 시스템을 과감하게 단순화시켰다. 에너지 효율을 높이고 주행모터는 세계 조류와 다르게 유도 모터를 장착했다. 생산규모가 연간 3만대가 되면 가격 경쟁력이 있다고 발표했다.

현대차의 연료전지 자동차 기술경쟁력은 어떤지 궁금하다. 치열한 상용화 경쟁이 시작되면 완성차 제조사는 경쟁기술을 밝히지 않고 학술·협회지와 특허출원 등 동향분석도 추적하기 어렵다. 이때 정부나 관련협회가 발표하는 현황과 기술개발 로드맵을 분석할 수 있다. 연료전지 자동차 분야는 미국 에너지처럼 지엠, 포드, 크라이슬러, 테슬라 등 완성차 제조사와 수소 공급 관련 기업의 파트너십이 발표인 `U.S. 드라이브(DRIVE)` 연료전지기술팀의 로드맵이 유용하다.

현대차는 연료전지 시스템 에너지 효율과 출력 밀도 등에서 2020년 목표를 달성하고 있다. 도요타와 혼다가 2015년 시판 예정인 연료전지 자동차 출력밀도는 3㎾/ℓ다. 2020년 DRIVE 목표치를 달성하고 있고 현대차는 1.65㎾/ℓ로 SUV에 탑재할 수 있는 크기다. 비질양 출력밀도는 닛산이 달성하고 있다.

가격 저감과 시동·정지, 부하변동 내구성 확보가 연료전지 상용화의 2대 기술 장벽이다. 촉매로 사용하는 고분산 백금미립자의 사용량을 저감하고 내구성을 극적으로 향상시켜야 한다.

자동차산업은 우리의 먹거리 산업이다. 연료전지 관련기술은 오늘도 계속 혁신적으로 개량되고 있다. 시스템 변경이 용이한 유연한 양산체제 구축과 대담한 혁신기술 도입으로 기술경쟁력 확보의 체질화가 필수다.

조만 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 전문연구위원 mcho@reseat.re.kr