연료로 얼음을 싣고 다니는 차가 거리를 누빈다…. 이건 공상과학 만화에 나오는 이야기가 아니다.
빠르면 10년 안에 얼음 속에 저장된 수소를 이용해 동력을 얻는 차가 나올 수 있다. 이미 수소를 활용한 차가 운행되고 있고 얼음에 수소를 저장하는 기술 또한 개발되고 있다. 수소를 통해 전기를 발생시키고, 이를 이용해 일반 도로에서 주행하고 있는 벤츠 수소연료 전지차 F-Cell을 통해 눈앞에 다가온 수소경제 시대를 취재했다.

 2005년 8월8일 오전 9시15분, 취재를 위해 숙소인 싱가포르 콘래드 호텔(Conrad Hotel)을 나서던 기자의 눈에 벤츠의 수소연료 전지차인 F-Cell(Fuel-Cell)이 잡혔다. 2004년부터 싱가포르에서만 F-Cell 6대가 시범 운행되고 있다는 이야기는 들었지만 이렇게 지척에서 보게 될 줄은 몰랐다(나중에 확인한 결과 콘래드 호텔이 벤츠의 싱가포르 F-Cell 프로그램 파트너였다. 이외에도 정유사 BP, 항공사 루프트한자, 타이어사 미셰린 등이 파트너로 F-Cell을 이용하고 있었다).

 도어맨은 “호텔 VIP 고객들을 위한 공항 영접 서비스나 시내 투어 서비스에 이용되고 있다”고 설명한다. 21세기 미래형 차로 떠오르고 있는 수소연료 전지차는 산소와 수소의 반응을 통해 에너지를 만들어내고, ‘먹어도 문제가 없는’ 순수한 물만 배출한다. 할리우드 스타들이 공해가 ‘덜’ 발생한다는 이유로 도요타의 하이브리드차인 프리우스에 열광하고 있는 것처럼 F-Cell을 시승한 대부분의 호텔 고객들 또한 완벽한 환경친화적인 시스템과 대안 에너지를 사용하는 미래형 자동차를 타보았다는 점에 특권의식을 가진다고.



 미래 에너지원으로 주목받는 수소



 수소는 여러 측면에서 매우 편리한 에너지원으로 평가받는다. 도시가스처럼 수송관을 통해 가정으로 보낼 수 있고, 이를 연소시켜 음식을 조리할 수도 있는가 하면, 수소발전기를 통해 전기를 생산할 수도 있다. 휘발유 대신 자동차 연료로도 사용할 수 있다. 석유 등의 화석연료뿐 아니라 풍력·태양열 등 다른 대체에너지에 비해 월등히 뛰어난 사용범위는 수소에너지 시대의 도래를 예고하는 중요한 요소다.

 뿐만 아니라 수소는 오염물질을 전혀 방출하지 않는다. 친환경을 넘어 환경이란 개념에서 완벽함을 의미한다. 게다가 수소는 우주를 구성하고 있는 물질의 90%에 달해 손쉽게 구할 수 있는 연료여서 미래 대체에너지로 주목받을 수밖에 없다.

 수소에너지 전문가들은 수소에너지, 수소 경제의 결정판으로 수소연료 전지차를 꼽는다. 그 이유는 수소연료 전지차에 수소 관련 기술들이 집약돼 있기 때문이다. 이와 관련, 김종원 수소에너지사업단 단장은 “수소를 자동차 연료원으로 쓸 수 있게 된다는 이야기는 수소를 산업용에서부터 가정용까지 그 어떤 용도로도 활용할 수 있다는 의미”라고 말했다.

 여기에 최근 고유가 문제가 겹치며 수소연료 전지차에 대한 관심이 급증하고 있다. 에너지원 다변화 노력으로 선진국의 경우 에너지 중 석유의존도가 2002년 기준으로 OECD 평균 52.7%가 되었지만 운송 분야만은 대체에너지를 찾지 못하고 100% 석유 등 화석연료에 의존하고 있는 상황이다. 쉬운 예로 미국의 1일 석유소비량은 약 2000만 배럴인데 이 가운데 3분의 2가 승용차와 트럭 등 운송수단에 쓰이고 있다. 즉 화석연료를 대체할 차량 에너지원 개발이 시급한 문제란 뜻이다.

 이런 상황은 역으로 F-Cell이 각광받는 이유를 잘 말해준다. F-Cell은 시험 운행 중이긴 하지만 2002년부터 세계 각국에서 60여대가 일반인에 의해 실제 운행되고 있는, 상용화에 가장 근접한 차량이기 때문이다.

 외형으로만 봐선 호텔 앞에서 조우한 F-Cell이 수소연료 전지차인지 일반 차량인지 구분할 수 없다. 기존의 벤츠 A클래스에 내부의 동력계통만 수소연료전지 시스템으로 대체해 만들었기 때문이다.

 F-Cell의 ‘비밀’은 3일 후 싱가포르 판단 지역에 위치해 있는 벤츠 서비스센터에서 드러났다. 8월10일 정오에 방문한 벤츠 서비스센터 안쪽 깊숙한 곳에 싱가포르에 있는 6대의 수소연료 전지차에 대한 정비와 관리가 이뤄지는 F-Cell 워크숍이 자리 잡고 있었다. 전문 엔지니어 한 명과 기술자 두 명으로 이뤄진 팀이 6대의 F-Cell을 전담 관리하는 이곳 워크숍엔 수소연료 전지차와 관련된 다양한 기기들과 안전시스템이 갖춰져 있었다. 한 엔지니어가 “수소 가스가 1% 감지되면 한 시간에 여섯 차례 공기가 순환되도록 강제 배기되고 1.6% 감지되면 10회 순환되도록 배기시킨다”고 말하며 천장 위 파이프라인과 센서를 가리켰다.

 워크숍 한 쪽 끝에는 수소연료 전지차에 대한 개념을 이해시키기 위해 차 하부의 동력 계통을 드러낸 F-Cell 모델이 있었다. 벤츠 F-Cell 프로젝트 리더인 우도 로시(Udo F. Loersch·56) 메르세데스-벤츠 아시아 지역 부사장이 설명해준 수소연료 전지차의 시스템이 시각적으로 명확하게 드러나는 순간이었다. 로시 부사장은 1999년부터 벤츠의 ‘F-Cell’ 개발 프로젝트를 총괄해왔다. 

 “F-Cell은 수소탱크에 저장된 수소를 연료전지 모듈로 보내 그곳에서 산소와 반응시켜 전기를 얻고 그 전기로 모터를 돌려 차량을 운행시킵니다. 수소를 이용해 자체적으로 전기를 발생시켜 운행하는 전기차라고 보시면 됩니다. LPG차처럼 수소를 연료원으로 해 엔진에서 폭발시키는 방식의 수소차와는 큰 차이가 있죠. 이 경우 연료효율이 15%에서 높아야 30% 수준인 기존 화석 연료를 사용할 때와 비슷한 수치가 나옵니다. 진정한 차세대 차량이라고 할 수 없는 거죠. 이에 비해 수소연료 전지차는 연료효율이 현재 37%에서 50%까지 나옵니다. 동력을 전기로 사용하기 때문에 엔진이 없다는 점도 큰 차이입니다. 엔진이 없기 때문에 진동도 없고 소음도 없습니다.”

 로시 부사장에 따르면 F-Cell 수소연료 전지차의 핵심은 두 개의 전지판(Graphite Plate)을 분리시켜주는 양자교환막(PEM, Proton Exchange Membrane)이다. 양자교환막은 수소이온이 통과할 수 있는 얇은 플라스틱판인데, 가스관을 통해 양자교환막의 한쪽으로는 수소가 공급되고, 다른 한쪽으로는 산소가 공급된다. 이때 수소는 연료전지 양단에 있는 촉매활동에 의해 전자가 분해되어 양자화된 상태에서 양자교환막을 통과하게 된다. 이후 수소가 산소와 반응해 물을 생성하게 되는데, 이 과정에서 전력이 발생한다는 게 로시 부사장의 설명이었다.

 F-Cell에는 이런 연료전지 셀이 440개 있는데, 가로 50cm 세로 1m 남짓한 검은색 박스 안에 담겨 차체 하부에 놓여 있다. 로시 부사장은 “94년 메르세데스벤츠가 세계 최초의 연료전지차인 ‘네카(NECAR)’를 개발했을 때 운전석과 동반석을 제외한 공간은 모두 연료전지 장치로 채워졌다. 당시 800kg에 달하는 연료전지 장치가 네카의 공간을 모두 차지해 실험용 자동차가 마치 바퀴 달린 실험실처럼 보였다”고 회상하며, 10년 동안 이룬 진보에 대해 자랑스러워했다.

 연료전지 시스템 뒤쪽으로 하늘색 연료통 두 개가 놓여 있는 것이 보였다. F-Cell이 연료로 사용하는 수소통이었다.

 “수소는 여러 가지 방법으로 저장·공급될 수 있는데, 여러 시험을 거쳐 현재 벤츠가 채택하고 있는 방법은 수소를 가스 상태로 저장하는 겁니다. F-Cell 연료통에는 350기압의 고압수소가 담겨져 있습니다.”

 탱크에서 공급된 압축수소는 바로 연료전지 시스템으로 운반되며, 한 번의 연료 충전으로 약 160km 가량 주행할 수 있다고 한다. F-Cell의 수소 소비량은 100km당 4.2리터의 디젤 연료를 사용하는 것과 같은 수치라는 게 로시 부사장의 설명이었다.

 수소연료 전지차를 시승해보기로 했다. 우선 우도 로시 부사장과 인터뷰를 했던 메르세데스-벤츠 아시아 사무실이 있는 싱가포르 센테니얼 타워에서 F-Cell 워크숍이 있는 판단 지역까지 동승 후 판단 지역에서 기자가 직접 운전을 하기로 했다. 시승차에 올라타자 운전자 알윈 차(Alwin Chia)씨가 수소연료 전지차의 운행 시스템에 대해 간략히 설명해주었다. 센터페시아에 있는 모니터에 수소-연료전지-모터로 이어지는 시스템과 현재 상태가 간단한 그림으로 나타나 있었다.



 실제 운행에 아무런 제약 없어



 
시동을 걸자 일반 자동차의 ‘부르릉’ 소리가 아닌 ‘윙’ 소리가 아주 작게 들렸다. 로시 부사장 말로는 공기를 유입하는 에어 컴프레셔 소리라고 한다.

 “엔진이 없어서 진동도 없고 소리도 없습니다. 시속 50km까진 소리가 안 나고, 그 이상이 돼야 휠 소리가 납니다. 아마 미래 자동차 기술자들은 없는 소리를 어떻게 만들어낼 것인가를 가지고 고민해야 할 겁니다.(웃음)”

 로시 부사장은 엔진과 일련의 동력장치를 일렬로 구성해야 했던 제약 때문에 동일한 형태를 가질 수밖에 없었던 기존 차량과 달리, 연료전지와 수소통 등을 자유자재로 배치할 수 있어서 공간을 마음대로 구성하는 파격적인 디자인이 나올 수 있을 거라고 말했다.

 조수석에서 느낀 F-Cell의 주행 느낌은 일반 차량과 다르지 않았다. 고가도로 진입을 위해 램프를 오를 때도 힘이 달리는 느낌은 없었다. 차씨에게 언덕길 주행에 어려움이 없는지 묻자 “더운 나라여서 늘 에어컨을 켜고 운행하지만 지난 1년 동안 힘이 모자라다고 느낀 적은 없다”는 대답이 돌아왔다. F-Cell은 고속화 도로 주행에서도 안정적인 모습을 보여주었다. 싱가포르 고속화 도로의 제한속도가 90km란 점을 감안해도 추월 시 가속 성능이 뛰어나 보였다. 힘이 모자라지 않다는 이야기다.

 F-Cell의 최고속도는 시속 140km이며 전동기는 92마력의 힘을 발휘한다. 최고출력은 연료 전지로 운행될 때 68.5KW의 최대 토크를 발휘하며, 정지 상태에서 시속 100km에 이르는 시간은 14초다. 이 정도면 디젤과 가솔린 엔진을 탑재한 일반 벤츠 A클래스의 드라이빙 성능에 뒤지지 않는다. 일반 벤츠 A클래스의 정지 상태에서 시속 100km에 이르는 시간은 디젤엔진을 얹은 A160 CDI는 15.4초, 가솔린엔진인 A170은 11.5초다. 이런 주행 성능은 F-Cell이 실제 운행을 하는 데 충분한 차량임을 입증하는 데이터다.

 판단 지역 워크숍에 도착해 차씨와 교대해 운전석에 앉았다. 핸드 브레이크를 내리고 기어를 드라이브에 놓은 후 브레이크에서 발을 떼자 차가 부드럽게 나가기 시작했다. 운전석에서도 조수석에 앉았을 때와 마찬가지로 수소연료 전지차란 특이점을 찾기 힘들었다. 싱가포르 교통체계가 한국과 달리 좌측 주행이어서 신경이 쓰이는 것 빼곤 일반 차량과 다른 점이 없었다. 가속시 ‘윙’하는 모터 음이 낯설었을 뿐이다. 오히려 엔진에서 오는 진동과 소음이 없어 쾌적했다.

 F-Cell을 타고 이번엔 수소충전소를 찾아갔다. 로시 부사장에 따르면 싱가포르엔 현재 수소충전소가 한 곳뿐이라고 한다. BP에서 직영하는 주유소 한편에 수소 저장 탱크와 충전기를 한 대 설치해놓았다는 것.

 수소충전소와 관련, F-Cell 파트너인 싱가포르 환경청 담당자는 “9월에 수소충전소가 한 곳 더 생긴다”며 “자체적으로 수소 생산까지 하는 좀 더 발전된 형태가 될 것”이라고 덧붙였다. 그의 말에 따르면 “싱가포르 또한 한국과 마찬가지로 에너지 자원을 외부로부터 의존할 수밖에 없는 구조다. 대안은 결국 수소라고 본다. 게다가 수소는 이산화탄소 등의 오염물질을 배출하지 않는 청정자원”이라며 “이런 이유로 싱가포르는 수소 경제를 준비 중”이라고 밝혔다. 수소 생산과 관련한 질문에 담당자는 “현 단계에서는 인도네시아의 천연가스를 도입, 수소를 추출하는 수준이지만 궁극적으로는 물에서 수소를 분리해내는 기술력 확보를 위해 노력하고 있다”고 밝혔다. 수소 에너지원의 활용 예를 들어달라는 부탁에 그는 싱가포르 국립병원에서 높이 3m, 폭 9m의 수소발전기를 가동하고 있다고 밝혔다. 이와 관련, 최근 싱가포르는 수소발전기 분야 기술력을 확보하기 위해 외국기업을 인수했다고 한다.

 수소충전기 또한 여느 주유기와 같은 모양새였다. 안전 문제를 묻자 로시 부사장은 “고압가스이기 때문에 폭발의 위험이 있다. 역설적이지만 그렇기 때문에 더 안전하게 만들었다”며 안전에 대해 자신했다.

 충전에는 7분여가 소요됐다. 연료 게이지를 쳐다보자 운전자 차씨가 “날씨가 덥고 습도가 높아서인지 90%밖에 충전되지 않았다”고 말했다. 수소연료 전지차가 해결해야 할 과제란 생각이 들었다.

 벤츠가 싱가포르에서 수소차를 운영하는 이유 중 하나는 바로 이런 것이다. 싱가포르 정부의 적극적인 요청도 있었지만 다양한 기후 조건에서 운영하며 얻은 데이터를 통해 수소연료 전지차를 완성해 가겠다는 벤츠의 이해 조건이 맞았기 때문이다. 

 현재 벤츠는 2002년 10월 첫 개발 이후 F-Cell 60대를 세계 곳곳의 도로에서 주행 테스트하고 있다. 상시 운행 테스트가 진행 중인 곳은 싱가포르와 미국, 일본, 독일 등이다. 이외에도 일시적인 테스트가 스페인 등지에서 이뤄졌다. 스페인의 테스트 트랙에서 시행된 24시간 연속 주행 지구력 테스트에서 F-Cell은 총 8950km라는 주행 성능을 보였고, 겨울철 주행 테스트도 통과했다고 한다. 영하의 기온에서도 시동과 주행에 아무런 문제가 없었다는 게 로시 부사장의 주장이다.



 상용화 관건은 가격과 인프라



 
로시 부사장은 F-Cell의 개선에 대해 압축수소의 압력을 현재 상태(350기압)보다 두 배로 높여 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리를 320km로 늘리는 방안을 추진하고 있다고 말했다. 독일에서 이미 실험을 마쳤고 안전에 문제가 없다는 답을 내렸다고.

 로시 부사장은 현재 상용화돼 시장에 출시된 하이브리드나 바이오 디젤은 과도기적인 형태일 뿐 미래 자동차는 연료전지차로 수렴될 것이라고 자신했다. 에너지 효율 면에서 연료전지는 하이브리드 등과 비교할 수 없을 정도로 탁월한 데다 배기가스와 엔진 소음을 전혀 내지 않는 환경친화적인 차량이기 때문이다. 일부에서 우려하던 압축수소의 폭발 가능성도 시험 결과 문제가 없는 것으로 증명됐다고 설명했다.

 그렇다면 수소연료 전지차가 언제쯤 미래형 차가 아닌 소비자가 고를 수 있는 시판차가 될 수 있을 것인가. 상용화 시기를 묻는 질문에 로시 부사장은 “관건은 두 가지, 가격과 인프라”라고 답했다.

 “양산이 되면 가격이 낮아지겠지만 그래도 소비자들이 감내할 수 있는 가격이 되기까지는 많은 시간이 걸릴 것입니다. 차 값을 높이는 요인인 플래티늄(백금) 촉매 등을 대체하는 기술을 개발하기 위해 많은 투자를 하고 있는 단계입니다. 두 번째 관건인 인프라는 솔직히 벤츠의 능력을 넘어선 분야입니다. 정유업계 등에서 수소충전소를 세우고 정부가 수소관련 규정을 만들고 세제를 개편하는 등의 작업을 해야 합니다.”

 로시 부사장은 모든 것이 수작업이기 때문에 차량 단가를 산정할 수 없다고 말했지만 김종원 수소에너지사업단 단장은 “대당 10억원 수준”이라고 말했다.

 운영비는 어떨까. 현재 F-Cell에는 1.8kg의 수소가 들어가고 100km 주행에 1.2kg이 소요된다. 수소 1kg의 가격을 산정해내면 운영비를 쉽게 산정할 수 있다는 이야기다. 하지만 수소 1kg 가격을 찾기란 만만치 않다. 일본은 정책적으로 수소연료 전지차를 지원하기 위해 수소를 무료로 제공한다. 하지만 싱가포르에선 1kg당 1만6000원에 판매한다.

 김 단장은 수소 생산 원가가 “현재 시점에서도 석유에 비해 3~4배 높다”고 말한다. 연료전지 생산원가뿐 아니라 수소 생산 원가를 낮추는 것도 수소 경제 시대를 앞당기는 핵심 과제라는 뜻이다. 동시에 현재의 기술수준으로는 수소의 생산, 보관, 운송, 판매뿐만 아니라 수소연료전지 엔진의 제조원가도 너무 비싸기 때문에 경제성이 없다는 말이다.

 부시 대통령이 2003년 연두교서에서 2010년까지 수소연료 정책에 12억달러를 투자하겠다면서, 이의 최우선 목표를 “가격 경쟁력을 갖추는 것”에 두겠다고 밝힌 것도 이런 이유에서다.

 로시 부사장은 “F-Cell 상용화 목표연도에 대한 벤츠의 공식적인 답변은 2010년”이라고 말했다. 하지만 “1994년 첫 연료전지차를 만들면서 10년 만에 지금과 같은 차량이 운행되리라곤 상상도 못했다”며 상용화 연도가 빨라질 수 있다는 뉘앙스를 남겼다. 벤츠가 수소연료 전지차에 들인 투자액은 10년 동안 10억유로(1조2900억원, 1유로=1290원)였다.

싱가포르= 최범수 기자

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