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수소전기차 선도기업에 들어본 수소경제 사회로 가는 길

[인터뷰] 오승찬 현대자동차 연구개발본부 연료전지기획팀장

문화체육관광부 국민소통실 2019.02.21

우주 탄생으로 만들어진 첫 번째 원소 ‘수소’. 원소주기율표의 첫 번째 자리를 차지하며 가장 가벼운 원소이면서 우주 질량의 약 75%를 차지한다. 물을 전기분해하기만 하면 얼마든지 얻을 수 있는 ‘수소’는 고갈 위험이 없는 무한한 에너지원이다.

정부는 ‘수소경제’를 친환경 에너지의 원동력으로 인식하고 지난달 17일 수소차와 연료전지를 양축으로 세계 최고 수준의 수소경제 선도국가로 도약하기 위한 ‘수소경제활성화 로드맵’을 발표했다. 경제성장과 함께 궁극적으로 친환경 국가로 나아간다는 계획이다.

현대기업그룹사도 글로벌 기업으로서 단순히 내연기관 차량만을 만드는 것이 아닌, 인터넷과 연결된(connected) 스마트하고, 친환경(clean), 편리하고 안전한(freedom in) 이동수단을 목표로 방향성을 두고 전기차와 수소전기차를 생산하고 있다.

현대차는 지난해 2세대 수소전기차 ‘넥쏘’를 출시해 국내·외 시장에서 947대를 판매했다. 수소 경제, 수소 사회가 주목을 받으면서 수소전기차에 대한 관심이 높아졌다.

정책브리핑이 오승찬 현대자동차 연구개발본부 연료전지기획팀장을 남양연구소에서 만나 수소전기차에 대해 궁금한 점을 물어봤다.

오승찬 현대자동차 연구개발본부 연료전지기획팀장은 “세계 자동차회사들은 각국의 환경 규제가 강화됨에 따라 연비를 향상하거나 친환경차를 만들지 않으면 살아날 수 없는 어려운 상황에 직면해 있다”면서 수소전기차의 중요성을 설명하고 있다.
오승찬 현대자동차 연구개발본부 연료전지기획팀장은 “세계 자동차회사들은 각국의 환경 규제가 강화됨에 따라 연비를 향상하거나 친환경차를 만들지 않으면 살아날 수 없는 어려운 상황에 직면해 있다”면서 수소전기차의 중요성을 설명하고 있다.

- 요즘 ‘수소경제’가 화두로 떠올랐습니다. 왜 수소경제가 중요한가요?

우선 넥쏘 등 수소차라고 불리는 용어는 정확히 말하면 ‘수소전기자동차(수소전기차)’가 맞다. 수소자동차는 수소를 연료로 엔진을 돌리는 방식과 수소로 전기를 충전시켜 전기로 움직이는 방식이 있다. 후자가 수소전기자동차를 말하며 ‘수소연료전기자동차’라고도 부른다.

세계 자동차 시장은 환경에 대한 문제가 대두되고 지속적으로 이슈가 제기돼 법령 및 제도가 재정비되면서 수소전기차에 대한 필요성이 커지고 있다. 2015년 190여 개 국가가 모여 파리기후변화협약을 맺었고, 2016년 11월 발효됐다. 한국뿐만 아니라 유럽, 미국, 중국, 일본 등에서는 차량 연비를 향상시키기 위해 규제를 강화하고 있다.

한국과 에너지 비중 비슷한 일본은 2000년대 초반부터 수소경제 준비

궁극적으로 재생에너지(renewable energy)를 많이 써야 한다. 재생에너지의 비율을 보면 노르웨이 90%, 독일 30~40%지만, 한국과 일본은 1%, 최대 3~4% 정도밖에 되지 않는다. 풍력과 수력, 조력, 태양광 등 재생에너지는 전기로 생산된다.

일본은 2000년대 초반부터 수소경제를 준비해왔다. 한국과 일본은 에너지 비중이 비슷하다. 원자력, 석탄산업발전, CNG(압축천연가스) 발전 등 대부분 에너지를 수입해서 사용하고 있다. 그런데, 왜 재생에너지는 수입하지 못하는가? 일본은 거시적인 측면에서 미래의 에너지를 생각하고 외국에서 수소를 수입할 계획하고 있다. 똑똑한 친구들이다. 20년 전부터 진행돼 왔고, 이미 계약을 하고 다니고 있다.

수소사회는 단순히 수소전기차, 충전소만 해당되지 않는다. 호주에서는 비료의 원료인 ‘암모니아’를 수출한다. 비료가 없으면 곡식을 대량생산하지 못한다. 암모니아(NH₃)는 질소 1개와 수소 3개로 구성되는데, 대기 중에 있는 질소와 천연가스나 석탄에서 나오는 수소를 합쳐서 암모니아를 만든다. 그 암모니아에서 질소를 떼면 수소만 남는다. 따라서 재생에너지로부터 암모니아를 만들면 수소경제를 가속화할 수 있다. 한국도 미래의 에너지를 생각하고 나아가야 할 방향을 생각해봐야 한다.

- 수소연료전기차의 세계 현황과 우리나라 수준을 간략히 말씀해주세요.

세계 각국은 온실가스 효과로 기후가 변화되는 것을 막기 위해 수송력에서 발생하는 이산화탄소(CO₂)를 줄여야 한다고 규제한다. 연비규제와 친환경차 의무 판매 비율 등 평균 CO₂ 배출량을 적게 배출하도록 점점 강화하고 있다. 예를 들어, 2020년 유럽에서 기준을 못 맞추면 벌금만으로 내야 할 돈이 조 단위이며, 독일의 경우 물류차가 CO₂배출량 기준을 맞추지 못하면 고속도로를 통과 못하고 국도를 이용해야 하므로 비용이 발생한다. 자동차회사들은 기준을 못 맞추면 벌금을 내야하기 때문에 연비를 향상시키거나 친환경차를 만들지 않으면 살아날 수 없는 어려운 상황에 직면해 있다.

수소전기차는 전기차보다 진입 장벽이 높기 때문에 미리 준비하지 않으면 시장에 진입할 수 없다. 현대차는 지난 2013년 세계 최초로 투싼ix 수소전기차를 양산했다. 당시 북미·호주·유럽 등 전 세계 18개국에 판매했다. 그리고 지난해 차세대 수소전기차 ‘넥쏘’를 생산했다.

넥쏘는 친환경 및 미래 기술 집약된 미래형 SUV다. 무엇보다 핵심부품의 독자기술을 확보했으며 연료전지전용부품 99%가 국산화다. 현대차가 보유한 기술력은 현재 최고 수준이다. 20여 년간 국내의 기업들과 함께 개발해 동반 성장하는 기회를 마련했다. 향후 몇 년 안에 100% 국산화를 달성할 예정이다. 

윤상호 현대자동차 연료전지기획팀 책임연구원이 2세대 수소전기차 ‘넥쏘’를 직접 운전하며 설명하고 있다.
윤상호 현대자동차 연료전지기획팀 책임연구원이 2세대 수소전기차 ‘넥쏘’를 직접 운전하며 설명하고 있다.

- 현대차에서 출시한 수소차 ‘넥쏘(NEXO)’는 일명 달리는 공기정화기로 관심을 받고 있습니다. 연비 및 에너지 효율성의 경제적 측면과 온실가스 배출량의 친환경 부분에서 ‘전기차’와 비교한다면?

전기차와 수소전기차 ‘상호보완관계’…차량 무게·주행 거리 따라 달라 

‘전기차가 좋아요? 수소전기차가 좋아요?’라는 질문을 많이 듣는다. 결론부터 말하자면 이건 ‘엄마가 좋아요, 아빠가 좋아요?’와 같은 질문이다. 영역이 다를뿐이지 둘 다 좋다. 작은차와 단거리는 전기차, 무게가 큰 상용차와 장거리는 수소전기차가 효율적이다. 전기차의 단점이 수소전기차의 장점이고, 수소전기차의 단점이 전기차의 장점이어서 상호보완적인 관계다.

현대차도 전기차와 수소전기차 모두 중요하기 때문에 둘 다 생산하고 있다. 현대뿐만 아니라 도요타, 아우디, 다임러와 같은 세계적인 자동차 회사에서도 입을 모아 똑같이 말하고 있다. 전기차는 장거리를 갈수록 배터리가 커지기 때문에 대형 상용차의 경우 차량 가격만 수억 원이 들 수 있다. 충전 시간도 오래 걸려 택배회사의 경우 충전하는 동안 운영할 택배차를 추가 구매해야 한다. 반면, 수소전기차는 탱크 크기만 늘려주면 되고, 충전시간도 승용차 3~5분 이내, 상용차 20분 정도 걸려 장거리 운행 시 효율적이다.

온실가스배출의 경우 궁극적으로 재생에너지를 사용한다면 전기차와 수소전기차의 CO₂배출량은 거의 차이가 없다. 그러나 현재의 수준에서는 전기와 수소를 무엇으로 어디서 어떻게 만드냐에 따라 다르다.

CO₂배출량, 전기 생산시 지역별·국가별·시간대별 달라

우선, 전기차와 수소전기차 모두 운행할 때는 CO₂배출량이 없다. 하지만 전기를 어떻게 만드냐에 따라 지역별로, 국가별로, 시간대별로 CO₂배출량은 다르다. 중국에서 생산되는 전기의 CO₂배출량과 노르웨이에서 수력으로 생산되는 전기의 CO₂배출량은 다르다. 전기라고 해서 같은 전기가 아니다. 겨울철에 석탄화력발전소에서 만드는 전기와 태양광에서 만드는 전기에서 나오는 CO₂배출량도 다르다. 수소도 마찬가지다. 재생에너지에서 만드는 수소보다 천연가스에서 만드는 수소의 CO₂발생량이 더 많다.

또한 단순히 차를 운행할 때의 CO₂배출량만 비교하면 안 된다. 자원의 개발부터 부품생산, 차를 생산할 때와 폐기할 때 등 모든 과정을 따져봐야 한다. 전기차의 경우 배터리를 폐기할 때 유해물질이 많이 들어 있어 에너지가 많이 소비된다. 만약 미국 캘리포니아에서 운행하는 수소전기차의 이산화탄소의 배출량이 전기차보다 33%가량 더 나온다는 의견은 단편적인 면만을 비교한 것이다. 이밖에도 수소전기차는 공기를 흡입하기 때문에 미세먼지까지 정화하는 기능이 추가된다.

- 수소전기차가 지닌 친환경 성능의 핵심은 ‘연료전지시스템’입니다. 안전성과 내구성 확보는 어떻게 하나요?

연료전지는 전기를 만드는 발전기라고 생각하면 이해하기 쉽다. 연료전지시스템은 전기안전규정, 수소안전규정, 충돌안전규정 등 안전규정을 모두 마친 상태다. 수소(H₂)와 산소(O)가 만나면 물(H₂O)이 나오면서 전기가 발생하는데, 수소연료전지는 이 과정의 역반응을 이용한 장치다. 내구성 확보를 위해서는 내구성이 좋은 재료와 특수한 기술을 개발해 강화하고 있다.

윤상호 책임연구원이 2013년 생산한 투싼의 연료전지시스템에 대해 설명하고 있다. 윤 박사는 “연료전지시스템을 엔진룸에 설치하면 다른 내연기관에도 동일하게 넣을 수 있고, 조립과 사후관리서비스(AS)도 쉽다는 장점이 있다”라고 말했다.
윤상호 책임연구원이 2013년 생산한 투싼의 연료전지시스템에 대해 설명하고 있다. 윤 박사는 “연료전지시스템을 엔진룸에 설치하면 다른 내연기관에도 동일하게 넣을 수 있고, 조립과 사후관리서비스(AS)도 쉽다는 장점이 있다”라고 말했다.

- 정부가 지난 11일 규제 샌드박스 제1호 사업에 ‘도심 수소 충전소 설치’가 포함돼 선정되면서 수소 충전소에 대한 관심이 높아졌습니다. 넥쏘의 경우 수소연료를 충전하는데 드는 시간, 비용 및 안전성은 어떻게 되나요?

3분 충전·장거리 주행…일본·유럽 등 ‘도심 수소 충전소’ 선호

일본과 유럽에서는 수소 충전소가 안전하다는 인식이 잘 되어 있어 법과 제도 아래 시내는 물론 거주지 주변에 충전소가 들어서 있다. 

수소전기차는 3~5분 내 빠른 충전이 가능한 것과 장거리 주행이 유리하다는 것이 장점이다. 향후 충전소가 많이 생기고 수요가 증가하다 보면 이런 장점이 더 유리할 것이다. 전기차가 겨울철에 배터리 기능이 저하되는 단점에 비해 수소전기차는 효율성이 좋다. 아울러 초기 가속력이 좋다.

넥쏘는 1회 충전 시 609km까지 주행할 수 있다. 약 5만 원으로 수소가스를 완충하면 600km를 주행할 수 있기 때문에 디젤차량보다 경제적이다. 특히 넥쏘 차량 가격은 약 7000만 원으로 비싸지만, 정부보조금을 지역에 따라 최대 3250만 원까지 받을 수 있다.

2013년 세계 최초로 출시한 ‘투싼ix’ 수소전기차의 내부 모습. 수소전기차는 연료전지시스템을 통해 수소와 산소가 만나 물이 나오면서 전기가 발생한다.
2013년 세계 최초로 출시한 ‘투싼ix’ 수소전기차의 내부 모습. 수소전기차는 연료전지시스템을 통해 수소와 산소가 만나 물이 나오면서 전기가 발생한다.

- 수소전기차는 화재(온도), 사고(충격, 총 등)가 났을 때 안전한가요? 만약 수소가 누출되거나 전압 문제가 발생한다면, 제어할 방법이 있나요?

‘수소전기차’ 수소폭탄과 완전히 다른 개념…자동차 안전도평가 ‘최고등급’

넥쏘는 자체 인증이 아닌, 유럽 자동차 안전도평가(KNCAP)에서 최고등급을 받았다. 전방 충돌 및 후방 충돌, 불이 났을 경우와 총을 쏘는 실험에서 모두 안전하다는 결과가 나왔다. 현대차 연구원들이 직접 타고 다닐 정도로 안전성면에서는 자신 있게 말할 수 있다.

수소폭탄과 수소전기차와는 완전히 다른 별개의 개념이다. 수소는 화학주기율표에서도 1번이듯이 가장 작은 물질이다. 가볍기 때문에 발화가 만약 되더라도 공기 중으로 올라간다. 또 수소는 효율이 높아 적은 양으로 큰 에너지를 내기 때문에 저장된 양도 애초에 적다. 

일본의 경우 법 제도 하에 도심 내 세븐일레븐 옆이나 개인 집 옆에 충전소가 있다. 그들은 충전소가 집 가까이 들어서는 것을 개의치 않는다. 유럽에는 무인 충전소가 있다. 위험하지 않고 편리하기 때문이다. 우리도 의식의 전환이 필요하다.  

- 현대자동차는 협력사와의 관계도 중요시하는 것으로 알고 있습니다. 특히 수소차는 부품 국산화율이 높아 차량 보급이 확대될수록 국내 일자리 창출에도 기여할 것으로 기대되는데요, 고용창출과 관련 향후 계획은 어떻게 되나요?

정의선 수석부회장님께서 ‘수소전기차(FCEV) 비전 2030’을 지난해 12월 발표했는데, 오는 2030년까지 연간 50만 대의 수소전기차를 생산하고 수소 연료전지시스템 70만기 생산 체제를 구축하겠다는 내용이다. 수소경제라는 신산업 분야의 ‘퍼스트 무버’로서 수소사회를 선도해 나갈 계획이다. 현대차는 폭스바겐그룹 아우디와 ‘수소전기차 관련 연료전지 기술 파트너십 협약’도 체결했다.

2017년 1월 17일 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼(WEF)에서 글로벌기업 13개사를 중심으로 ‘수소위원회’가 창립됐다. 위원회는 창립 2년 만에 54개사로 증가했다. 이는 세계 각국의 주요 기업들이 미래의 수소에 대해 인식을 하고 있고 동시에 기후변화에 공동 대응하는 사회적 책임과 수소차에 대한 준비를 하는 것을 의미한다. 수소경제가 조금 빨리 당겨질 수 있고 지연될 수 있지만, 언젠가는 가야될 방향인 것을 보여준다.

- 현대차는 수소전기차 선도기업으로서 앞으로의 계획을 말씀해주세요.

수소전기차는 SUV, 상용차(버스·트럭) 등 대형차에서 강점을 가지고 있다. 상용차는 수소전기차밖에 대안이 없기 때문에 해외 여러 회사에서 러브콜을 보내오고 있다. 스위스에서는 디젤 트럭의 경우 연비는 좋지만, 환경 보호를 위해 법 제도에 걸려 1km당 세금을 내야 한다. 배보다 배꼽이 더 큰 격이다. 전기차로는 장거리 주행이 어렵고 충전하는 시간도 오래 걸려 수소전기차를 선호한다.

앞으로 현대차는 상용차의 수소전기차를 확대해 나가면서 글로벌 기업으로서, 대한민국을 대표하는 기업으로서 사회적 책임까지 다할 계획이다. 수출도 많이 해 협력사들과도 동반 성장하고 일자리 창출 및 GDP 성장에도 일조하겠다. 수소전기차뿐만 아니라 수소경제와 수소사회에 대한 관심을 많이 가져주기를 바란다.

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<자료출처=정책브리핑 www.korea.kr>
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