[김송호의 과학단상]⑫ 밝지 않은 수소 자동차의 미래

전기차 이후의 미래의 자동차로 많은 전문가들이 수소 자동차를 꼽고 있다. 수소 자동차의 미래를 밝게 보는 근거로는 수소가 우주 질량의 75퍼센트를 차지할 정도로 풍부하다는 점과 수소는 산소와 반응하여 물(수증기)만 생성하면서 에너지를 발생하기 때문에 청정하다는 점을 내세우고 있다.

 

따라서 가장 풍부하면서도 친환경적인 자원인 수소를 활용하기 때문에 기술만 개발이 되고 인프라만 갖춰진다면 수소 자동차가 미래의 대세로 자리 잡을 것이라는 것이 이들의 주장이다. 따라서 현재의 화석 연료를 기반으로 한 경제를 ‘탄소 경제’라고 하는데 빗대어, 앞으로 다가올 수소 연료를 기반으로 한 경제를 ‘수소 경제’라고 부르기도 한다.

하지만 수소 자동차가 미래의 대세가 되기 위해서는 극복해야할 과제가 많이 있다. 
 

▲ '2019 대한민국 수소엑스포' 알림 플래카드. [사진= 메가경제DB]

 

가장 큰 과제로는 수소 자동차의 연료인 수소를 값싸게 조달하는 것이 어렵다는 점이다. 수소가 우주에 가장 많이 존재하는 원소인 것은 맞지만, 우리가 활용할 수 있도록 모으는 것은 어려울 뿐만 아니라, 설사 모을 수 있다 하더라도 비용이 많이 들어 경제성이 없다. 따라서 현재 전기 자동차용 수소를 만드는 방법은 물을 전기 분해하거나, 화석 연료를 증기 개질하여 얻는 방법을 주로 사용하고 있다. 

 

그런데 전기 분해를 통해 수소를 얻는 경우에 그 전기를 화석 연료를 사용하여 생산한다면 수소는 미래의 에너지가 될 수 없다. 왜냐하면 화석 연료가 없어지면 수소 제조에 필요한 전기를 얻을 수 없기 때문이다. 

 

수소를 얻는 두 번째 방법인 화석 연료를 증기 개질하여 수소를 얻는 경우에는 더 말할 나위도 없다. 화석연료를 대체하기 위해 사용하는 수소가 화석연료가 있어야만 생산할 수 있는 모순이 생기기 때문이다. 따라서 수소 자동차가 미래의 대안이 되기 위해서는 신재생 에너지를 이용해 전기를 생산하고, 그 전기로 물을 전기분해하여 수소를 생산해야만 한다.

 

화석 연료를 이용할 경우에는 우리가 원하는 때에 원하는 만큼 전기를 생산할 수 있지만, 신재생 에너지의 경우에는 정작 필요할 때는 전기 생산이 안 되거나, 필요하지 않은 데도 전기가 생산된다는 단점이 있다. 예를 들어 밤에 전등을 켜기 위해 전기가 필요한데, 정작 밤에는 태양광 발전을 할 수가 없다. 

 

풍력의 경우에도 항상 바람이 불어주는 것은 아니다. 따라서 이런 미스매치를 해결하기 위하여 불필요하게 생산되는 전기를 배터리에 저장하거나 물을 전기 분해하여 수소를 생산하여 보관하였다가 필요할 때 그 수소를 에너지로 사용하는 것이다. 즉 수소 연료는 그 자체가 신재생 에너지가 아니라, 신재생 에너지를 저장하는 방법이라고 보아야 한다.

수소 자동차의 보편화를 가로막는 또 하나의 장벽은 수소의 보관의 어려움과 안전 문제를 들 수 있다. 수소는 기체이기 때문에 그 자체로는 부피가 커서 자동차 연료로 사용할 수 없다. 따라서 부피를 줄이기 위해서는 수소를 액화시켜야 하는데, 이 경우 액화에 40퍼센트 이상의 에너지가 소모되어 실제 자동차 연료용으로는 원래 사용된 신재생 에너지의 60퍼센트밖에 사용할 수 없게 된다. 

 

이런 에너지 비효율성 외에도 액화된 수소를 보관하게 되면 안전에도 큰 문제를 야기하게 된다. 액화된 수소를 자동차에 싣고 다니기 위해서는 초저온(섭씨 영하 253도), 고압의 특수 저장 탱크를 장착하고 다녀야 하는데, 그 설비비용과 유지비용이 비싸다. 더 큰 문제는 만약 수소 자동차가 충돌 사고를 일으킬 경우에 초저온, 고압 수소 연료 탱크가 더 큰 위험 요인이 될 우려가 있다는 점이다.

수소 자동차의 이런 약점을 극복하기 위해 수소 연료전지 자동차를 대안으로 제시하는 경우도 있지만, 전기 자동차에 비해 경쟁력이 떨어지기는 마찬가지다. 예를 들어 전기를 생산해서 전력망을 통해 송전할 때의 손실이 10퍼센트 정도인데 비해, 일련의 복잡한 에너지 변환 과정을 거치는 연료 전지의 경우 그 손실이 75~80퍼센트에 이르기 때문이다.

 

앞에서 제시한 여러 단점 외에도 전기가 현재 일반화되어 있고 다른 용도로도 쉽게 사용될 수 있는데 비해, 수소는 전기에 비해 그 용도가 제한적이라는 또 다른 약점이 있다. 결론적으로 수소 자동차는 전기 자동차에 비해 많은 약점을 갖고 있어서 전기 자동차를 대체할 미래의 자동차로는 부적합하다.

화석 연료 고갈에 따른 미래 에너지 정책의 조속한 수립이 필요하다는 점은 두 말할 필요가 없다. 하지만 미래 에너지 정책에는 신재생 에너지 확대 정책이 우선되어야 하며, 전기차나 수소 자동차는 신재생 에너지로 생산되는 전기가 남아돌 정도로 생산될 수 있을 때 저장 장치로서 고려해야 한다. 이 경우에도 수소 자동차는 전기차에 비해 경쟁력이 떨어지기 때문에 고려 대상에서 제외되는 게 바람직하다.

[김송호 과학칼럼니스트]

■ 칼럼니스트 소개= 서울대학교 공대를 졸업하고 미국 퍼듀(Purdue)대학교에서 공학박사 학위를 받았다. 현재 한국공학한림원 회원, 한국공학교육인증원 감사, 한국산업카운슬러협회의 산업카운슬러로 활동 중이다. 과학 기술의 대중화에도 관심이 많아 5000여 명에게 다양한 주제의 글을 써서 매주 뉴스레터를 보내고 있고 약 20권에 이르는 다양한 분야의 책을 저술하였다. 주요 저서로는 ‘인공지능AI 공존 패러다임’, ‘신의 존재를 과학으로 입증하다’, ‘행복하게 나이 들기’, ‘당신의 미래에 취업하라’, ‘신재생 에너지 기술 및 시장 분석’ 등이 있다.

 

[메가경제 2021년 4월 13일]