2021.12.30 현대자동차그룹
세계 최초의 현대차 수소청소트럭, 상용 수소 모빌리티의 가능성을 확장하다
현대자동차그룹은 경남 창원시에서 수소청소트럭의 실증 운행을 통해 상용 수소 모빌리티의 새로운 가능성을 모색하고 있다. 수소청소트럭의 특징과 함께 상용 수소 모빌리티의 의미를 살펴봤다.
현대자동차그룹은 2040년 수소사회를 구현하는 것을 목표로 수소에너지 기반의 다양한 모빌리티와 인프라 기술을 선보일 예정이다. 지난 9월 개최한 하이드로젠 웨이브(Hydrogen Wave) 행사에서 제시한 미래 수소사회 전략의 내용이다. 2028년까지 모든 상용 모빌리티에 수소연료전지를 탑재하겠다는 계획도 여기에 포함된다.
사실 수소사회를 향한 현대차그룹의 여정은 이미 시작됐다. 대표적인 분야가 바로 상용 수소 모빌리티다. 세계 최초로 수소 전기 트럭 양산체제를 구축한 현대차그룹은 지난해 7월 수소전기 대형 트럭 엑시언트 FCEV를 스위스로 처음 수출하기 시작했다. 2025년까지 총 1,600대의 엑시언트 FCEV를 스위스에 수출하겠다고 밝힌 현대차그룹은 독일, 네덜란드 등 유럽을 비롯해 북미 지역에도 수출길을 개척하고 2023년 2분기부터 30대의 엑시언트 FCEV를 공급할 예정이다.
엑시언트 FCEV는 수송 부문에서 친환경 수소에너지의 가능성을 검증하는 데 큰 역할을 했다고 인정받은 결과, 지난 9월 독일 뮌헨에서 개최된 2021 IAA 모빌리티 쇼에서 대체 에너지 차량 부문 ‘2021 베스트 모빌리티’에 선정되기도 했다. 유럽에서 누적 주행거리 100만 km를 돌파하며 활약 중인 엑시언트 FCEV를 비롯해 국내 곳곳과 중동 지역에서 운행 중인 수소전기 버스 일렉시티 FCEV는 상용 수소 모빌리티 생태계를 개척한 주역들이다. 그리고 올해 초 경남 창원시에서 실증 운행을 시작한 세계 최초의 수소청소트럭은 상용 수소 모빌리티의 새로운 가능성을 확장하는 모델로 주목받고 있다. 상용 수소 모빌리티가 품은 의미와 더불어 수소청소트럭의 상세한 특징에 대해 알아봤다.
친환경 상용 모빌리티의 미래, 왜 수소인가?
현대차그룹이 상용 수소 모빌리티 확장에 힘쓰는 이유는, 승용 모빌리티보다 장거리 운행이 많아 친환경 기술을 적용할 경우 배기가스 저감의 효과가 훨씬 크기 때문이다. 지난해 10월 산업통상자원부가 발표한 ‘미래자동차 확산 및 시장선점 전략’ 보고서에 따르면, 국내 운행 중인 트럭 1대당 배출하는 연간 미세먼지는 4.2kg으로 자가용 승용차의 246배, 이산화탄소는 2.5배에 달하는 9.59t으로 나타났다(1일 평균 주행거리: 트럭 129km, 승용차 33km 기준). 상용 수소 모빌리티의 또 다른 장점은 정해진 경로를 따라 이동하는 상용차 특성에 맞춰 수소 충전 인프라를 구축하기가 쉽다는 점이다.
특히 장거리 운행 중심의 대형 트럭은 수소에너지의 장점을 극대화할 수 있는 운송 수단으로 손꼽힌다. 전기차를 충전하는 것보다 수소를 충전하는 데 필요한 시간이 짧을 뿐만 아니라 수소 탱크 용량을 추가하는 것만으로 주행 가능 거리를 쉽게 늘릴 수 있다. 공간 활용 능력도 전기 트럭과 비교해 수소전기 트럭이 더 효율적이다. 많은 짐을 실어야 하는 대형 트럭은 적재 중량을 확보하는 것이 중요한데, 장거리 주행을 위해 크고 무거운 배터리를 탑재한 전기 트럭보다 배터리 탑재량이 적은 수소전기 트럭의 적재 능력이 뛰어나기 때문이다.
도심에서 주로 운행하는 상용 모빌리티 역시 수소에너지의 긍정적인 효과를 크게 기대할 수 있다. 배기가스가 없는 데다 수소와 대기 중의 산소를 결합해 전기를 만드는 과정에서 공기 정화 효과를 동반하는 덕분에 달리는 공기청정기와 같은 역할도 수행한다. 즉, 더욱 많은 상용 수소 모빌리티가 주행할수록 깨끗한 공기를 더 많이 만드는 것이다. 또한, 내연기관 트럭보다 소음이 적어서 더욱 쾌적한 도심 환경을 조성하는 효과도 있다.
수소청소트럭이 많은 이들의 주목을 받는 이유도 바로 여기에 있다. 기존의 내연기관 청소 트럭보다 소음이 적고 배기가스를 내뿜지 않기 때문에 트럭 뒤에서 쓰레기를 수거하는 환경미화원의 작업 환경이 쾌적해지는 것은 물론, 시민들의 건강한 주거 환경까지 개선하는 효과도 발생하기 때문이다. 쓰레기 수거 작업 중 깨끗한 공기까지 배출하니 1석 3조인 셈이다. 한국자동차연구원이 조사한 바에 따르면, 수소청소트럭이 주행 중 정화하는 깨끗한 공기의 양은 연간 420t에 달하는 것으로 나타났다. 상용 수소 모빌리티를 적극적으로 받아들이지 않을 이유가 없는 것이다.
상용 모빌리티에 최적화된 연료전지 시스템을 품다, 친환경 수소청소트럭
현대차그룹이 창원시에서 실증 운행 중인 수소청소트럭은 기존의 청소 트럭을 기반으로 수소전기차 넥쏘의 연료전지 시스템과 수소탱크, 연료전지 시스템의 구동과 냉각을 위한 설계를 최적화한 모델이다. 무엇보다 수소청소트럭의 특성 덕분에 환경미화원들의 근무 환경이 크게 개선된 것으로 나타났다. 우선 수소청소트럭은 기존의 내연기관 청소 트럭 대비 소음과 진동이 적고, 엔진으로부터 발생하는 열이 없기 때문에 환경미화원들이 오랜 시간 트럭 근처에서 일해도 건강을 위협하는 요소가 크게 줄어들었다.
또한, 수소청소트럭은 연료전지 시스템에서 만든 전기로 뒷바퀴에 연결된 전기 모터를 구동하기 때문에 기존의 청소 트럭과 달리 변속기가 필요하지 않다. 덕분에 쓰레기 수거 작업 중 정차하는 일이 빈번한 환경미화원들이 트럭을 운전할 때의 피로도 역시 줄어들었다. 전기 모터로 구동하는 수소청소트럭의 장점은 가파른 언덕길을 오를 때도 빛을 발한다. 수소청소트럭에 탑재한 전기 모터는 5t 트럭의 크기와 중량(공차 중량 9.6t)에 알맞도록 최고 240kW(약 326PS)의 출력과 3,800Nm(약 387.6kgf·m)의 강력한 성능을 발휘한다. 덕분에 4.5t에 달하는 쓰레기를 한가득 실은 상태에서 언덕길 중간에 멈췄다가 다시 출발할 때도 안전하고 여유롭게 출발할 수 있다.
이처럼 다양한 수소청소트럭의 장점 외에도 환경미화원들에게 큰 도움이 되는 숨은 기능이 한가지 더 있다. 환경미화원들이 근무 중 자주 손을 씻을 수 있도록 마련한 간이 세면대다. 현대차그룹은 배기가스 대신 맑은 공기와 물을 배출하는 수소전기차의 특성에 착안해 수소청소트럭의 배출수를 활용하는 다양한 방법을 연구했다. 그 결과, 쓰레기를 수거하는 과정에서 오물이 묻어도 씻어낼 방법이 요원했던 환경미화원들의 고충을 해결하기 위해 수소청소트럭의 측면에 배출수를 활용한 간이 세면대를 장착한 것이다.
수소청소트럭의 간이 세면대는 연료전지 시스템에서 전기화학 반응 중 생성되는 물(배출수)을 1차 수조에 따로 모아두고, 이 물을 트럭에 별도로 장착한 2차 수조까지 끌어와 사용하는 방식으로 작동한다. 2차 수조를 따로 마련한 이유는 연료전지 시스템의 배출수 온도가 약 35~36℃에 이르기 때문에 2차 수조에 별도의 물을 공급해 수온을 낮추고, 여러 환경미화원이 손과 얼굴을 씻기에 충분한 양의 물을 저장하기 위해서다.
수소청소트럭의 연료전지 시스템에는 외부 공기를 흡입하는 공기 공급 장치, 700bar의 고압 수소탱크에 보관된 수소를 연료전지 시스템까지 안전하게 공급하는 수소 공급 시스템, 그리고 수소와 산소의 전기화학 반응을 일으켜 전기에너지를 만드는 연료전지 스택이 포함돼 있다. 여기까지는 넥쏘에 탑재된 기존 연료전지 시스템과 같지만, 수소청소트럭의 경우 트럭 캡 우측에 흡기 덕트를 따로 마련해 트럭의 구조에 맞춰 공기 흡입이 원활히 이뤄지도록 설계됐다. 아울러 창원시의 깨끗한 환경을 위해 분주히 돌아다녀야 하는 수소청소트럭에 충분한 주행 거리를 제공하기 위해 넥쏘 4대 분량에 달하는 12개의 수소탱크를 적용했다.
또한, 승용차보다 강한 출력이 필요한 트럭에 연료전지 시스템을 최적화하기 위해 새로운 라디에이터와 쿨링 유압 시스템 등으로 이뤄진 별도의 냉각 시스템을 추가했다. 전기화학 반응이 일어날 때 발생하는 열을 외부로 방출하고 냉각수를 순환시켜 연료전지 시스템의 온도를 관리하는 냉각 시스템은 연료전지 스택의 출력과 수명에 큰 영향을 미친다. 게다가 수소청소트럭의 연료전지 시스템은 차를 구동하는 것뿐만 아니라 쓰레기를 수거하고 배출하는 모든 기계 장치에 전력을 공급한다. 이 과정에서 더 많은 열을 발산하기 때문에 연료전지 시스템의 열 관리가 특히 중요하다.
수소사회를 향한 마중물, 친환경 상용 수소 모빌리티
현장에 실제로 투입된 수소청소트럭은 이번이 세계 최초다. 현대차는 1년간 수소청소트럭의 실증 운행을 통해 5t 수소 트럭에 탑재한 연료전지 시스템의 냉각 효율성 및 내구성을 검증하고 있다. 주행 거리가 긴 상용 모빌리티에 최적화된 연료전지 시스템은 50만 km 이상의 내구성이 필요하기 때문이다. 수소청소트럭은 실증 운행을 성공적으로 마친 뒤 이른 시일 내 전국에 보급될 예정이다.
이처럼 수소에너지의 긍정적인 효과에 주목한 현대차그룹은 승용 모빌리티를 비롯해 다양한 상용 모빌리티에 수소에너지를 적용해 수소사회를 구현할 계획이다. 버스, 트램, UAM(Urban Air Mobility, 도심 항공 모빌리티) 등의 도심형 모빌리티는 물론 트럭, 열차, 선박과 같이 장거리 운송에 최적화된 모빌리티도 아우를 예정이다. 수소청소트럭은 현대차그룹이 펼쳐나갈 미래 수소사회를 향한 마중물의 역할을 하게 될 것이다. 일상에서 누구나 어디서든 쉽게 깨끗한 수소에너지를 경험할 수 있는 친환경 시대가 점점 현실이 되고 있다.
