무한한 잠재력을 가진 수소 자동차 시장의 이해

최근 수년 동안 자동차 산업은 크게 성장해 왔으며 내연기관자동차의 다음 세대인 대체 연료의 개발과 상용화 부분에서 상당한 성장을 보였습니다. 그중 인기 있는 분야는 수소 자동차와 전기 자동차입니다. 수소 자동차는 수소 가스를 전기로 변환하는 연료 전지에 의해 구동되며, 작동 후 부산물로 수증기만 생성됩니다. 이번 포스팅을 통해 수소차의 기술력, 장점과 단점, 시장 상황, 그리고 지속 가능한 수단으로써의 잠재력 등을 알아보겠습니다.

 

수소 자동차의 작동원리

 수소 자동차는 수소 가스에 저장된 화학 에너지를 전기로 변환하는 전기 화학 장치인 연료 전지에 의해 구동됩니다. 전지는 양극, 양극, 전해질로 구성되어 있습니다. 양극에 수소 가스가 공급될 때에 양성자와 전자로 분리됩니다. 양성자는 전해질을 통해 음극으로 전달되는 반면 전자는 외부 회로를 통해 이동하여 전기 모터에 전력을 공급할 수 있는 전류를 생성합니다. 전지의 양극에서 양성자와 전자는 공기의 산소와 결합하여 수증기를 생성하는데, 이 과정에 발생하는 유일한 부산물은 수증기입니다. 전반적인 반응은 다음과 같이 요약할 수 있습니다 : H2 + ← O2 → H2O + 에너지입니다. 연료 전지가 수소 가스에 저장된 에너지의 최대 60%를 전기로 변환할 수 있을 정도로 에너지 효율성이 높으며 내연 기관의 경우 25-30%입니다.

 

수소 자동차의 장점, 단점 정리

 수소 자동차의 주요 장점 중 하나는 배기가스 배출이 없다는 점입니다. 연료전지 반응의 부산물은 수증기만 남기 때문에 수소차는 유해한 오염물질을 전혀 배출하지 않아 탄소배출량과 대기오염을 줄이는데 유망한 해결책이 될 것입니다. 또한 전기 자동차와 같은 다른 대체 연료 자동차에 비해 더 많은 이점이 있습니다. 주행거리가 길고 주유시간이 짧아 장거리 이동에 더욱 실용적이며 전기차에서 이슈가 되는 주행거리에 대한 불안을 감소시켜 줍니다. 그리고 풍력과 태양열 발전과 같은 재생 가능한 에너지원으로부터 수소를 생산할 수 있기 때문에 배터리 전기차보다 더 친환경적이고 글로벌 기조인 탄소제로에 기여할 것으로 보입니다.

 많은 장점에도 불구하고, 수소 차량은 해결해야 할 과제가 있습니다. 가장 큰 과제 중 하나는 수소충전소 인프라 부족입니다. 전기 자동차는 가정이나 공공 충전소에서 충전할 수 있지만, 수소 자동차는 충전 인프라가 현재 거의 없기 때문에 국가적 인프라 확충이 해결되어야겠습니다. 수소는 낮은 에너지 밀도를 가지고 있는데, 이것은 소량의 휘발유나 디젤 연료와 같은 양의 에너지를 저장하기 위해 많은 양의 수소 가스가 필요하다는 것을 의미합니다. 이러한 이유로 수소 차량은 중형 트럭이나 비행기와 같은 특정 용도에 적합해 상용화에는 실용성이 떨어질 수 있습니다. 마지막으로, 수소 가스의 생산방식은 에너지 집약적이고 비용이 많이 들 수 있습니다. 수소 가스를 생산하는 가장 일반적인 방법은 탄소를 배출하며 부산물로 만들어지기도 하며 수소를 주로 생성하기도 합니다. 재생 에너지를 사용한 전기 분해와 같은 수소 가스를 생산하는 대체 방법이 있지만, 이러한 방법은 현재 가격 효율성이 떨어지는 상황입니다.

 

수소차의 시장 현황 정리

 수소 자동차는 아직 인프라 구축의 어려움에도 불구하고, 몇몇 자동차 회사들은 수소 연료 전지 자동차를 시장에 선보이고 있습니다. 대표적인 예로는 도요타 미라이, 현대 넥쏘, 혼다 클래리티 등이 있습니다. 이 차량은 5~10분 충전시간으로 최대 300마일의 주행 범위를 제공합니다. 하지만, 수소차 시장은 인프라 부족과 높은 비용으로 인해 여전히 성장하지 못하고 있습니다. 2020년에 전 세계적으로 판매된 수소 연료 전지 차량은 7,500대에 불과했지만, 전기 자동차는 300만 대 이상이 판매되었습니다. 승용차 외에도, 수소 연료 전지는 버스, 트럭, 심지어 기차와 같은 다른 산업 분야에서의 활용 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 캘리포니아에는 Orange County Transportation Authority의 20대의 버스를 포함하여 수소 연료 전지 버스가 여러대 운영되고 있습니다. 이 버스들은 2017년부터 운행되어 왔으며, 대중교통에서 수소 연료 전지의 잠재력을 보여주고 있습니다. 또한 지속 가능한 전기 공급원을 제공하여 건물, 통신 타워 등에 전력을 공급하는 데 사용될 수 있습니다.

 

수소 자동차의 잠재력

 수소 자동차가 직면한 현재의 과제에도 불구하고, 앞으로 상용화 될 수 있는 상당한 잠재력이 있습니다. 특히 수소연료전지는 전 세계 온실가스 배출량의 상당 부분을 차지하는 내연기관 자동차의 탈탄소화에 결정적인 해결책이 될 수 있습니다. 수소 연료 전지는 산업 공정과 같은 분야에서도 잠재적으로 적용될 수 있습니다. 사실, 아마존, 월마트, 페덱스를 포함한 몇몇 대기업들은 이미 수소 연료 전지로 움직이는 배달 트럭과 지게차를 시험하기 시작했습니다. 그러나 수소 차량이 상용화되기 위해서는 몇 가지 과제가 해결되어야 합니다. 가장 중요한 과제 중 하나는 수소 인프라의 확충입니다. 정부와 민간 투자자들은 주요 교통망과 도시 지역에 있는 수소 주유소 확충을 위해 적극 투자를 해야 합니다. 수소연료전지의 에너지 효율성과 가성비를 높이기 위한 지속적인 연구개발이 필요하다는 점도 있습니다. 물론 연료 전지의 비용을 절감하고 안정성을 높일 수 있는 신소재 및 제조 공정에 대한 연구가 포함됩니다. 마지막으로, 전기 분해를 통해 수소 가스를 생산하는 데 사용될 수 있는 신재생 에너지인 풍력, 태양열 발전과 같은 재생 가능한 에너지원에 대한 지속적인 투자가 필요합니다. 재생 에너지 비용이 계속 감소함에 따라, 수소 연료 전지는 다른 형태의 에너지대비 높은 경쟁력을 가진 에너지가 될 것입니다. 관련 미국주식 Plug Power Inc. (PLUG), Ballard Power Systems Inc. (BLDP),Bloom Energy Corporation (BE),CMI(Cummins Inc.), APD(Air Products and Chemicals, Inc.)

 

결론

 수소 자동차는 환경오염의 주범인 내연기관 운송 부문에서 탄소 배출과 대기 오염을 줄이는 유망한 해결책입니다. 인프라의 부족 등 여러 가지 문제에 직면해 있지만, 향후 미래를 이끌 에너지원이 될 가능성이 상당히 높습니다. 이러한 잠재력을 완전히 실현하기 위해서는 정부, 민간 투자자, 각 산업이 협력하여 과제를 해결하고 수소 전지 및 인프라 개발에 적극 투자해야 합니다. 지속적인 연구 개발을 통해 수소 자동차는 탄소제로 정책을 실현하는데 중요한 해결책이 될 것입니다.