최근 우리나라 자동차업계나 정부가 ‘수소경제’에 대한 관심이 높아지면서 수소자동차에 대한 투자가 늘어나고 있다. 이와 더불어 국내외 자동차업계에서는 전기자동차(전기차)와 수소자동차(수소차)간의 투자 비전에 대한 논란이 이어지고 있다.

현대자동차의 수소차인 넥소. 현대자동차 제공

현대자동차의 전기차인 코나 일렉트릭. 현대자동차 제공

경향신문(2019.2.10)은 ‘현대차와 정부는 왜 수소를 택했나’라는 제목의 기사에서 ‘경제성에서는 아직 전기차가 우위지만 친환경차로 공존할 가능성이 있고, 미래차 선택은 경제성과 편의성이 가를 것’이라고 수소차의 미래를 전망했다.

기사의 요지는 이렇다. ‘현대차의 수소차 넥소(NEXO)를 구매한 소비자는 승차감은 전기차랑 거의 같은데 힘은 더 세 만족한다는 의견을 보였다. 하지만 수소차에 대한 에너지업계의 시선은 다소 회의적이다. 경제성에서 전기차를 따라가기 어렵다고 보기 때문이다. 전기차는 구조가 간단해 신생기업의 시장 진입이 상대적으로 쉽다. 주행비용도 더 저렴하다. 그러나 향후 수소가격이 떨어질 가능성은 있다. 정부가 전기차 보급을 위해 충전시 전력량 요금 50%를 할인하는 제도가 없어지면 수소차와 전기차의 연료비가 역전될 수도 있다. 편의성 측면에서 수소차는 충전시간이 5분 내외로 짧지만 충전소 인프라가 부족하다. 전기차는 충전시간이 30~50분 정도로 길지만 집에서도 충전할 수 있다. 운전 도중 충전을 해야 하는 상황이 벌어질 땐 무척 번거로울 수 있다. 주행거리로는 수소차가 더 유리하다. 정부는 2018년까지 889대에 머물렀던 수소차를 2019년 4000대 이상 신규 보급할 계획이다. 충전소도 올해 14곳에서 2020년 310개로 늘리겠다고 밝혔다. 현대차그룹도 지난해 12월 수소연료전지를 만드는 현대모비스 2공장 신축에 들어가는 등 생산라인을 확대하고 있다. 정부와 현대차가 수소차를, 수소경제를 새로운 성장동력으로 삼은 이유는 현대·기아차가 유일한 국내 완성차업체이기 때문이다. 세계적 수준의 연료전지기술을 확보한 현대차로서는 수소차가 더 매력적일 수 있다. 현대차는 수소차가 대중화되면 수소차만이 아니라 연료전지도 팔 수 있다. 정부가 에너지안보 측면에서 수소경제를 추진하고 있다는 의견도 있다. 95%의 에너지를 수입에 의존하는 상황에서 재생에너지 발전이 활발한 나라에서 한국의 수전해기술로 수소를 생산해 이를 수입하면, 에너지수급 다변화를 꾀할 수 있다는 것이다’.

반면 시사경제주간지 더스쿠프(2018.10.25)는 ‘J노믹스는 왜 하필 수소경제를 택했나’라는 주제의 기사를 통해 ‘요란하게 치장된 공중누각 수소경제의 한계’를 다음과 같이 지적한 바 있다. ‘소득주도 성장, 공정경제, 혁신성장이 문재인 정부 경제정책인 J노믹스의 3대축으로 2018년 8월, 혁신성장의 3대 전략투자 분야가 선정됐는데 주인공은 데이터경제, 인공지능(AI), 수소경제다. 수소경제의 다른 이름은 에너지혁명이다. 수소는 고갈 우려도 없고, 연소를 시켜도 산소와 결합해 다시 물로 변하기 때문에 배기가스가 나오지 않는다. 하지만 수소경제는 생태계만 갖춰진다면 에너지혁명이라 불러도 손색이 없지만 실현가능성 여부를 자신 있게 장담하긴 어렵다. 현재 축적기술수준으로 볼 때는 의문점이 많고 성과도 없기 때문에 방향을 잡는 것도 어렵다. 수소경제의 장점만 부각할 때가 아니라 냉정하고 차분한 접근이 필요하다. 수소경제의 과제는 수소를 충분히 생산할 수 있어야 하고 값싸게 저장할 수 있어야 하는데, 아직은 먼 이야기다. 수소가 궁극적인 친환경 에너지원이 되기 위해선 물을 전기분해해 수소를 뽑아내야 하지만 이 기술은 경제성을 아직 확보하지 못했다. 현재는 석유화학 제조공정에서 발생하는 부생수소나 액화프로판가스(LPG)를 깨서 수소를 만든다. 이 과정에서 온실가스를 배출한다는 모순점을 안고 있다. 내실 있는 장기연구와 꾸준한 투자가 필요한 영역이다. 수소차를 우선순위로 두고 개발하는 글로벌 완성차 업체는 현대차 한 곳뿐이다. 정부는 지금 바로 투자하지 않으면 글로벌 경쟁에서 낙오되거나 도태될 우려가 있다고 설명한다. 컨설팅 업체 맥킨지가 전망한 자동차 4, 5대 중 한 대는 수소를 연료로 달리는 시대의 도래 시점은 2050년이다. 아직 32년이나 남았다’.

수소차가 이론적으로는 좋지만 실현성에는 아직도 의문이 많다는 것을 지적하고 있다. 수소차란 수소를 에너지로 하는 자동차를 말한다. 기존의 가솔린엔진이나 디젤엔진을 개량해 직접연소를 하는 것과 연료전지로 발전하는 것으로 크게 나눌 수 있지만 후자는 연료전지자동차로 따로 취급하는 것이 일반적이다. 전기차는 전기모터를 동력원으로 하는 것으로 차재전지로부터 전력을 얻는 전지식(電池式) 전기차와 주행중에 전력을 외부로부터 공급하는 가선식(架線式) 전기차로 크게 나눌 수 있다.

위키피디어 등을 바탕으로 수소차와 전기차를 안전, 비용, 인프라 차원에서 비교해보자.

첫째, 안전면이다. 수소차의 경우 기존의 엔진기술을 응용할 수 있는 장점이 있고, 주행감이 좋다. 그러나 휘발유의 연소범위가 1.4~7.6vol%인데 반해, 수소는 4.1~71.5vol%로 인화 위험성이 매우 높고 발화 후 소화하기가 쉽지 않다. 또한 수소의 물성으로서 실린더 블록 등을 구성하는 금속 속으로 확산·침투해 취약해지는 수소취화현상 및 온도변화, 충격, 충돌시의 차체변형 등을 고려할 경우 수소차량 탑재방법에 관한 문제가 있다. 수소와 공기의 혼합기를 연소시켰을 경우, 이산화탄소나 황산산화물은 생성되지 않지만, 고온연소과정에 산소와 질소가 공존하는 결과, 질소산화물이 생성되는 본질적인 문제가 있다. 캘리포니아에서 운행하는 수소차의 이산화탄소 배출량은 1마일 주행당 약 150g으로 전기차에 비해 33%가량 더 나온다고 한다(경향신문, 2019.2.10). 한편 원래 수소차의 개발 계기가 되었던 석유정제과정의 부산물로 나온 대량 수소가스가 정제설비의 개선으로 수소가스가 거의 발생하지 않게 됐기에 원료인 수소를 별도 제조해야 하기에 환경면에서 도움이 안 될 것이라는 견해도 있다.

반면에 전기자동차는 거의 변속기를 필요로 하지 않는다. 스스로 시동할 수 있기에 시동용 보조동력장치도 불필요하다. 전동모터는 내연기관에 비하면 소음이 적지만, 사고위험 때문에 보행자에게 차량의 접근을 알리는 발성장치의 탑재 표준화작업이 필요하다.

둘째, 비용면이다. 수소차는 기존의 엔진을 개량하기만 하면 되기 때문에 압도적으로 저렴하게 완성된다는 이점도 있다. 마쓰다가 개발한 수소와 가솔린하이브리드자동차(RX-8 하이드로젠 RE)는 기존 차량보다 1000만 원 정도 비쌀 것으로 예상된다. 수소연료만으로 항속거리는 200㎞ 정도이다. 수소 가격은 2000년대 초 BMW 750 수소차가 나왔을 때 같은 거리를 주행할 시 수소가격이 휘발유가격의 약 200배였으나 지금은 천연가스에서 수소가스를 치환해서 만들어 내는 방법이 발명돼 가격이 휘발유보다 싸지고 있다는 견해도 있다.

환경부 자료에 따르면 수소가격을 가장 싼 1㎏당 7000원을 기준으로 연간 연료비는 승용차 평균 주행거리 1만3724㎞ 주행을 가정하면 수소차 넥소 약 100만 원, 아반떼 휘발유차 약 157만 원, 아이오닉 전기차 완속충전시 연간 16만 원(급속충전시 38만 원)이 든다. 미국 환경청 자료에 의하면 연비는 휘발유 1갤런(약 3.79ℓ)을 살 수 있는 돈으로 수소와 전기를 충전했을 때 주행거리는 수소차 중 1위인 혼다 클래리티가 68마일(약 109㎞)로 전기차 중 1위인 현대 아이오닉 136마일(약 219㎞)의 절반 수준이다.

한편 수소차는 모든 휘발유 차량에 연료공급계통만 바꾸면 바로 사용할 수 있는 자동차가 아니라 값비싸게 수소를 생산해야 하고, 이를 700기압으로 압축해 차량에 탑재해야 하며, 백금을 촉매로 사용하는 값비싼 연료전지를 통해 전기를 생산해 모터를 구동하는 전기차라는 것이다. 2019년 수소차 보조금은 3600만 원이며, 수소제조단가는 5만5000원/㎏이지만 수소차 소유자들이 수용할 수 있는 가격인 8000원/㎏에 팔도록 함으로써 막대한 연료비 보조금이 나가고 있다는 지적도 나온다.

커런트 뉴스(2019.1.27, www.current-news.co.uk)는 2021년이면 전기차가 내연기관차 대비 경제성을 갖게 될 것이라고 딜로이트보고서는 주장하고 있으며, 2018년 200만 대, 2020년에는 400만 대의 전기차가 팔릴 것으로 예상하고 있다. 전기차의 최대 단점은 배터리 충전시간이 길다는 것이다. 이런 점에서 전기차를 위해 현재 주유소처럼 충전된 배터리교환소를 만드는 방안도 나오고 있으나 아직은 현실성이 부족한 것으로 평가되고 있다.

셋째, 인프라면이다. 수소차의 경우 현재로서는 수소제조기술이 확립되지 않았고 제조효율도 나쁘고, 수소공급인프라가 갖추어지지 않았다는 것이 문제이다. 2018년 세계 자동차시장에서 전기차는 약 300만 대가 보급됐지만 수소차는 2000대 수준이라고 한다. 수소차는 2001년 미국의 프리덤카(freedom car)계획으로 GM, 포드, 다임러, BMW, 토요타 등 거의 모든 자동차업체가 생산을 시작했으나 지금은 우리나라의 현대차나 일본의 도요타 정도가 이에 대한 의지를 보이고 있는 정도라는 것이다.

수소차와 전기차를 종합적으로 비교해 보면 수소차는 안전성이나 열효율, 연료전지차는 비용 등이 과제로, 각각 일장일단이 있기 때문에 어느 쪽이 보다 실용화에 가까워질지는 앞으로의 개발에 달려 있다고 전문가들은 보고 있다.

사단법인 에너지전환포럼 내부에서도 수소차와 전기차에 대한 비교 논쟁이 이뤄지고 있다.

이성호 세종대학교 기후변화센터 연구위원은 수소차에 대한 반대의견을 강하게 내고 있다.

그는 수소를 생산하는데 들어가는 에너지가 수소를 소비함으로써 얻는 에너지보다 크기 때문에 수소를 많이 사용할수록 그 사회는 에너지를 더 많이 소비하게 되기에 수소경제는 허구이고, 지속가능하지 않다고 주장한다. 전기 100을 사용하여 전기분해로 물에서 수소를 생산, 저장한 후, 연료전지로 얻을 수 있는 전기의 양은 30미만으로 태양광, 풍력전기가 남아돌 때, 전력저장기술로 수소가 타당한지 의문이며, 전기는 배터리에 저장했다 사용하는 것이 가장 효율이 좋다는 것이다. 전기차의 충전속도는 충전기의 능력에 따라 좌우되는데 현대차 코나의 64Kwh의 배터리 잔량이 14Kwh일 때 50Kwh를 충전하여 완충하려면 가정용 5㎾ 설비는 10시간이 소요되며, 기존 고속충전 50㎾ 설비는 1시간, 현대-SK의 신규 고속충전 350㎾ 설비는 8분40초 소요된다. 수소충전소 제작비용 30억 원의 1/100이하로 고속전기충전기 얼마든지 공급할 수 있다는 것이다. 가스에서 수소를 추출할 때 추출 효율은 최고 70%로 수소를 700기압의 수소통에 저장하려면 10% 이상 에너지 손실을 보게 된다. 수송용 연료전지의 전기효율은 40%이지만 부하가 걸리면 효율 저하(30%)가 발생하기에 가스를 사용하는 수소차의 에너지 종합효율은 0.7×0.9×0.4=0.252가 최대치이다. 기존 전력망을 활용해, 배터리에 저장하여 전기차에 사용하는 일이 국가적으로 에너지효율이 훨씬 좋다는 것이다. 이론적으로나 실제적으로나 세계시장은 전기차가 대세인데 정부가 수소차에 올인하는 모습은 누군가 말려야 한다는 것이다.

김지석 주한영국대사관 에너지혁신담당관은 전기차를 지지한다. 미국 환경청에서 평가한 전기차 코나와 수소차 넥소의 에너지 효율을 비교하면 전기차가 에너지효율도 높고 환경성도 우수하며 성능도 더 좋아 시장성이 더 높다는 것이다. 미국 에너지청 홈페이지(https://afdc.energy.gov)에 확인된 전기차 충전소는 2만760개소로 1년 사이에 약 25% 증가한 반면 수소차 충전소는 40개 정도라는 것이다. 2009년도에 미 캘리포니아에서 아놀드 슈왈제네거 주지사가 수소충전망 건설을 발표해 2019년 현재 39개를 만들었지만 이제 캘리포니아는 전기차와 태양광·풍력모델로 정리된 상황이라는 것이다.

이에 대해 위진 GS E&R 풍력사업부문 상무는 배터리전기차 또는 수소연료전지전기차 두 가지로만 수송연료의 미래를 결정하는 것은 대기업의 틀을 둘다 벗어나지 못하는 논리(2차 전지도 대기업의 사업 영역)로 보이기에 좀 더 과학적으로 분석하고 우리의 미래방향성을 속단하지 말고 판단을 숙고하자는 지적을 하고 있다.

수소차 대 전기차 논쟁은 고도의 기술과 관련된 문제여서 쉽사리 판단하기 어려운 문제임에는 틀림없다. 즉 효율적인 검증이 끝나지 않았다는 것이다. 해외의 연구결과는 수소 생산방식에 따라 차이가 많이 나기에 일률적으로 어느 한 쪽이 좋다고 속단하기 어렵다. 정부는 이러한 수소차, 전기차에 대한 대규모 투자에 앞서 보다 다양한 실험을 하고 그 결과를 투명하게 공개하는 것이 중요하다고 본다. 또한 수소차나 전기차의 연료공급이 중앙집중적인 화석연료나 원전이 아닌 지역분산형의 재생에너지가 뒷받침될 수 있는 시스템을 만들고, 무엇보다 기술지상주의에서 벗어나 자원고갈에 대한 인식을 새롭게 하여 공급위주의 자동차보급정책이 아니라 대중교통을 확대하는 등 수요관리를 바탕으로 한 탈자동차사회로 만들어 나가는 사회시스템을 정착시켜가는 것이 매우 중요하다고 본다. 김해창 경성대 환경공학과 교수