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차량 전동화

차량 전동화는 기존의 내연기관 엔진을 장착한 차량이 화석연료의 힘에 주로 의존했던 패러다임을 벗어나
전기 에너지를 생산하고 이를 활용한 주행을 통해 오염물질을 거의 배출하지 않는 형태로 변화하는 것을 말합니다.
현대자동차그룹은 전동화 차량(친환경차)을 2025년까지 44종으로 대폭 확대해 세계 친환경차 시장 2위 달성을 목표로 하고 있습니다.

자동차의 역사를 바꾸다, 수소전기차

현대자동차그룹은 2013년 세계 최초로 수소전기차 양산에 성공한 이후 수소전기차의 대중화에 전력 투구하고 있습니다.
2017년 3월 제네바 모터쇼에서 수소전기차 콘셉트카를 선보였고,
이후 차세대 수소전기차와 수소 사회의 일상을 엿보게 할 수소전기하우스도 세계 최초로 공개했습니다.
작은 물방울로 시작된 수소전기차 프로젝트가 이제 새로운 시대의 거대한 물결이 되어 세상을 놀라게 하고 있습니다.

왜 수소전기차인가?

수소전기차를 전기차와 단순히 성능, 경제성 등으로만 비교하는 것은 단편적인 접근입니다. 왜 수소전기차인가를 이야기하기 전에 우선 수소 에너지에 대한 이해가 필요합니다.

현재 전 세계의 화석연료(석유, 천연가스, 석유) 에너지 의존도는 85% 로 절대적입니다. 화석연료가 가지는 효율성에도 불구하고 각종 환경 문제 및 자원 고갈 문제로 각국에서는 탈 화석연료를 위한 움직임이 활발히 일어나고 있습니다. 특히 대부분의 국가에서 태양열이나 풍력과 같은 지속 가능한 친환경 재생에너지의 비중을 늘리고자 합니다. 우리나라 역시 정부는 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20% 까지 늘릴 계획을 가지고 있습니다. 하지만 재생에너지는 자연을 이용한 힘이기에 간헐성, 경직성, 지역 편차라는 근본적인 한계를 가집니다. 즉 잉여 전력 혹은 전력 부족이 필연적으로 발생할 수 밖에 없다는 의미입니다. 이 문제를 해소하기 위해서는 발생한 잉여 전력의 저장·운송이 필요한데 이 과정에서 주목받게 된 것이 바로 수소 에너지입니다.

수소 에너지는 대규모 저장·운송이 용이한 2차 에너지로 물을 전기분해하여 얻을 수 있습니다. 이러한 특징을 활용하면 재생에너지의 잉여 전력을 통해 수소를 생산·저장하였다가 소비지로 운송하여 연료전지를 통해 발전시킬 수 있습니다. 이를 통해 재생에너지가 가지는 한계를 극복하고 안정적이고 효율적으로 전력을 활용할 수 있습니다. (P2G, H-ESS) 즉 재생에너지 확대에 수소 에너지의 ‘에너지 캐리어’ 역할이 필수적인 것입니다.

수소 에너지가 제 역할을 하기 위해서는 연료전지, 수소 생산, 저장, 운송에 대한 기술이 뒷받침되어야 합니다. 그리고 수소전기차가 그 기술 발전의 첨병 역할을 수행할 것으로 보입니다. 우선 가정용, 발전용 연료전지에 비해 수송용 연료전지의 기술 요구 수준이 높기 때문에 수소전기차에서 얻은 혁신 기술이 타 부문으로 이전되어 기술 발전이 이뤄질 것입니다. 또한 수소전기차 보급 확대는 수소 생산, 저장 운송 기술의 발전을 이끌어 전체 수소 에너지 산업 육성의 촉매제로서의 역할을 할 것입니다.

재생에너지(태양광, 풍력, 수력)의 확대에 수소 에너지의 에너지 캐리어 역할이 필수적입니다. 수소에너지가 제 역할을 하기 위해서는 연료전지, 수소 생산, 저장, 운송에 대한 기술이 뒷받침되어야 하며, 수소전기차가 그 기술 발전의 첨병 역할을 수행할 것입니다. - 인포그래픽 이미지

1) 우리 정부 2030년까지 재생에너지 발전량 20% 증가 계획 : 2017.12 재생에너지 3020 이행계획, 산업통상자원부
2) P2G : Power to Gas
3) H-ESS : Hydrogen Energy Storage System

수소전기차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)

수소전기차(FCEV)는 차량에 저장된 수소와 대기 중의 공기의 결합으로 생성된 전기로 운행이 되는 100% 무공해 차량으로 전기 생성 과정 중 배출하는 것은 순수한
물(H2O)뿐입니다.
전기를 만드는 과정에서 대기 중에 있는 초미세 먼지 (PM2.5)를 99.9% 이상 제거하는 기능이 있어 ‘달리는 공기청정기’로 불리기도 합니다.
내연기관 차량의 연료탱크 대신 수소를 저장하는 탱크를 탑재한 수소전기차는 내연기관 차량과 유사한 수준의 항속거리 뿐만 아니라 수소 충전 시간 또한 내연기관 차량의 주유시간과 동등한 3~5분이면 충분합니다. 또한 수소전기차는 전력계통을 상용 전원 발전기로 활용이 가능하여 차량 외부로 전력을 공급할 수 있습니다.

  • FCEV 1대 당 연간
    성인 2명이 마시는 공기 정화
  • 1회 충전 시
    500km 이상 주행
  • 3-5분대
    짧은 충전시간
  • 상용 전원
    발전기로 활용

수소전기차의 구동원리

수소전기차는 수소저장 탱크에서 공급한 수소를 직접 태워서 에너지를 발생시키는 것이 아니라 수소와 공기 중 산소의 전기화학반응을 통해 전기를 생성하고 생성된 전기로 모터를 돌려 동력을 발생시키는 원리입니다. 부산물로 물을 배출하며 전기모터 구동으로 소음이 적습니다.

수소전기차의 구동원리는 수소와 공기 중 산소의 전기화학반응을 통해 전기를 생성하고, 생성된 전기로 모터를 돌려 동력을 발생시키는 원리입니다. 부산물로 물을 배출합니다.- 인포그래픽 이미지

수소전기차와 다른 친환경차와의 차이점

수소전기차는 수소와 공기 중 산소를 전기화학반응 통해 생성된 전기를 동력으로 활용하고, 전기차는 전기를 배터리에 저장하고 저장된 전기를 동력으로 활용합니다. 하이브리드차는 엔진과 배터리를 동력으로 활용하는 차량입니다. 수소전기차는 빠른 충전 시간(3~5분)과 장거리 특성, 더 많은 탑재량을 요구하는 차량(트럭, 버스 등)에 가장 적합합니다. 특히, 수소전기차는 유해배출가스가 없으며, 부가적으로 공기 정화 효과까지 있어 친환경에 가장 부합하는 차량입니다.

HEV 하이브리드, PHEV 플러그인 하이브리드, EV 전기차, FCEV 수소전기차 설정 이미지

* 충전시간: 수소충전소 충전설비 용량에 따라 다름, SAE J2601-1 만족한 충전소 경우 3~5분 충전 가능
* 장거리 특성: 현대자동차그룹 넥소 수소전기차 국내 인증 기준 : 609km (복합연비 기준)

수소전기차의 안전성

700bar의 고압으로 압축시킨 수소를 저장한 수소전기차의 수소탱크는 위험할지도 모른다는 오해를 받곤 합니다. 하지만 수소전기차에 사용되는 수소는 일반적인
‘수소분자’ 입니다. 삼중수소와 중수소 등이 1억 도의 온도와 수천 기압의 압력 하에서 핵융합 반응을 일으켜야 하는 수소폭탄과는 다릅니다.
또한 현대자동차그룹의 수소전기차는 수소가 탱크 외부로 새어 나오지 않는 내투과성, 차량 화재 발생 시 탱크가 폭발하지 않는 내화염성, 주행 중 충돌 사고 등에도 탱크가 안전한 내충격성 등 주요 안전항목 뿐 아니라 국내는 물론 유럽을 넘어 가장 가혹하다는 UN의 세계 통합 규격까지 만족시키고 있습니다.

수소전기차의 연료로 사용되는 수소와, 수소폭탄에 사용(1억 도의 온도 하에서 가능) 되는  중수소, 삼중수소의 양성자, 중성자, 전자 관계 설명 이미지

Key Tech

  • 세계 최초 수소전기차 양산
    (2013, 투싼ix FCEV)
    2013년 세계 최초로 수소전기차 양산 성공

  • 세계 10대 엔진 선정
    (투싼 수소전기차)
    2015년, 미국 조사 전문기관 워즈오토(WardsAuto)에서 주관하는 ‘세계 10대 엔진’에서 수소전기차 처음으로 10대 엔진에 선정

  • 세계 최고 수소전기차 출시
    (2018, 넥쏘)

    • 시스템 효율 60% 달성 / 차량 출력 20% 향상
    • 내연기관차 동등 내구 성능 확보 (10년 16만km)
    • 막전극, 금속분리판 기술 내재화
    • 수소저장 기술 향상으로 적재 공간 최대화

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