■수소E 선점 개발경쟁

최근까지 개발된 친환경 수송용은 버스, 트럭, 오토바이, 자전거 등 수 백 여종에 달한다.

그중 수소연료전지차량 개발은 각국이 사활을 걸 정도로 치열하게 전개되고 있는 상황이다.
이에 따라 각국은 저마다 새로운 연료전지차량을 개발, 시범운행을 진행 중에 있으며 조만간 양산을 앞두고 있다.

한국은 2003년에 이르러서야 본격적인 수소에너지 연구개발이 시작됐다. 당시 과학기술부(현 교육과학기술부)가 프론티어사업의 일환으로 고효율수소에너지 제조·저장·이용기술개발사업단을 출범시켰다.

이후 수소연료전지사업단, 원자력수소사업추진단, 미래형자동차기술개발사업단 등이 과기부와 산업자원부(현 지식경제부)의 지원으로 잇따라 설립되면서 연구가 활성화됐다.

특히 최근에는 울산시가 수소스테이션을 건설, 수소연료전지차 실용화에 나서고 전라북도가 부안에 수소파워파크를 조성하는 등 지자체들의 수소에너지 실용화 노력도 가속화되고 있다.

■국내 수소車 본격 양산

현대기아자동차는 현재 운영중인 투싼, 스포티지 등 최근까지 개발된 연료전지 자동차를 2010년까지 시범운행 후 2012년부터 본격 양산에 들어간다는 계획을 발표한 바 있다.

또 정부도 2015년 안에 국내에 3,000여대의 수소자동차를 도입·운용한다는 방침도 세웠다.

지난해 7월 현대기아차가 한국과학기술연구원에 수소연료전지 자동차모니터링사업본부를 설치하며 국내 연료전지 자동차 상용화를 위한 R&D 인프라를 대외적으로 공개했다.

전국에서 운행되는 수소연료전지자동차들의 주행정보를 실시간으로 모니터링해 그 결과를 개발에 참여하고 있는 연구진에게 전달하는 역할을 수행하는 사업본부는 국내의 앞선 수소연료전지 자동차 기술을 국내외로 홍보하기 위한 중심 창구 역할 담당은 물론 수소연료전지자동차를 차량용 수소연료전지시스템의 내구성 향상을 위한 차량 운행 및 결과분석에 활용할 방침이다.

현재 현대기아차는 ‘수소연료전지자동차 모니터링사업’을 통해 수도권내 8대의 투싼 연료전지자동차와 4대의 스포티지 연료전지자동차, 2대의 수소연료전지버스를 운행하고 있다.

아울러 성능을 향상시킨 제2세대 수소연료전지차 18대, 수소연료전지버스 2대를 추가로 투입해 2010년 7월까지 수도권, 충청, 경남, 전남, 제주 지역에서 총 34대의 수소연료전지차량이 운행될 예정이다.

■각국 수소車 개발 현황

수소자동차와 수소스테이션은 수소경제 실현의 성패를 좌우할 핵심 요소다.

수소자동차는 수소연료의 최대 수요처이고 수소스테이션은 이러한 수소자동차 운용의 필수 인프라이기 때문이다.

먼저 수소자동차를 보면 현재까지 개발된 모델은 연구용 및 컨셉트카, 그리고 수소버스를 포함해 약 100여종에 이른다. 현존하는 전 세계 완성차 메이커들은 적어도 한 종류 이상의 모델을 개발했을 정도며 이들은 지금 이 순간에도 일반 도로에서 실증테스트를 통해 상용화를 위한 기술고도화에 나서고 있다.

대표적인 모델로는 BMW의 H2R과 하이드로겐 7, 다임러·벤츠의 F-Cell A-클래스와 B-클래스, 포드의 퓨전 하이드로겐 999와 에어스트림 컨셉트, GM의 하이드로겐3와 시보레 에퀴녹스 연료전지차, 푸조의 H2Origin 등이 있다. 일본의 경우 혼다의 FCX 클래러티, 토요타의 FCHV-adv, 마쓰다의 RX-8 하이드로겐 RE, 닛산의 X-Trail, 스즈키의 SX4-FCV 등이 대표적이다.

이중 퓨전 하이드로겐 999는 지난 2007년 8월 시속 333.58km를 기록한 세계에서 가장 빠른 수소자동차이며 하이드로겐 7은 유일하게 액체수소 저장용기를 채용한 모델이다. 또한 시보레 에퀴녹스, F-Cell B-클래스, H2Origin, FCHV-adv, X-Trail, SX4-FCV에는 700bar 수소저장용기가 채용돼 있다.

700bar 용기는 수소자동차 상용화의 핵심기술 중 하나인 1회 연료 충전 후 주행거리를 기존 휘발유자동차 수준(약 600km)으로 확장하는데 필수적인 요소로서 FCHV-adv는 주행거리가 무려 830km에 달하는 것으로 알려져 있다.

특히 하이드로겐 7을 비롯 FCX 클래러티, RX-8 하이드로겐 RE 등 몇몇 모델들은 일반인들을 대상으로 렌탈서비스가 이뤄지고 있을 만큼 상용화에 근접한 모델로 평가받고 있다.

수소자동차 부문은 국내 기술력도 세계적인 수준이다. 현대·기아자동차가 싼타페 FCEV를 시작으로 투싼 FCEV, 스포티지 FCEV, 모하비 FCEV, 아이블루 등 5종의 수소연료전지차를 개발했으며 지난 2004년 이후 세계 수소연료전지차의 각축장인 미국에서만 32대의 수소연료전지차를 실증 테스트 중이다.

이 회사는 국내에서도 수소연료전지사업단의 수소연료전지차 모니터링 사업 등을 통해 내년 7월까지 총 34대의 차량을 시범 운행할 계획이다.

수소버스의 경우 수소자동차 보다 상용화에 더욱 가까이 와 있다. 유럽지역을 위주로 전세계 20여개 도시에서 수백여대 이상이 도로를 질주하고 있으며 레이캬비크, 런던, 바르셀로나, 마드리드, 호주, 상하이 등에서는 이미 상용노선에 수소버스가 투입되기도 했다.

독일 베를린에서는 도심의 대기질 개선을 위해 올해까지 250여대의 수소버스를 도입하는 역대 최대 규모의 수소버스 상용화 사업이 진행 중에 있다. 이에 따라 올해말이 되면 베를린에서 운용되는 대중교통버스의 5분의 1이 수소버스로 바뀌게 될 전망이다.

우리나라는 아직 상용노선 투입은 아니지만 현대·기아차가 지난달 화성 전곡항과 안산 탄도항 일대에서 개최된 국제보트쇼에서 2세대 수소버스 FCB GEN-II를 관람객용 셔틀버스로 운용하는 등 일반인들이 수소버스를 접할 수 있는 기회가 확대되고 있다.

이 회사는 얼마전부터 자사를 찾는 방문객들을 위해서도 서울 양재동 본사와 지하철 3호선 양재역을 순환하는 셔틀버스로 FCB GEN-II을 활용하고 있다.

이러한 일련의 진행과정들을 살펴보면 2010년쯤 TV에 수소자동차 광고가 나온다고 해도 그리 놀라운 상황은 아니다. 실제 현대·기아차는 2010년까지 수소연료전지차의 시범운행을 수 백대 규모로 확대하고 2012년부터 1천대 규모의 상용생산을 개시한다는 목표를 천명했다.

다임러도 지난 2007년 B-클래스를 모델로 삼아 2010년을 목표로 수소연료전지차 상용화를 추진하는 등 2010~2015년에 이르면 지금의 하이브리드카와 유사한 수준의 시장이 개척될 전망이다.

세계 자동차업계와 시장조사전문기관들은 이러한 상용화 열기가 매년 가속화돼 2040년에는 전 세계 신규 자동차 시장의 90%를 수소연료전지차가 장악할 것으로 보고 있다.

하지만 이 전망이 실현되려면 차량 가격 하락이라는 과제를 극복해야 한다. 현재 수소연료전지자동차의 제조단가는 5~6억원에 달해 정부보조금이나 양산체제 구축에 따른 단가하락 요인 등을 감안해도 판매가격이 최소 수억원을 호가할 수 있기 때문이다.

바로 이를 지금의 하이브리드카 수준인 5,000만원대로 낮추는 것이 상용화의 관건인 것이다. 업체마다 일부 차이가 있지만 수 년 전만해도 수소연료전지차의 제조단가가 10억원에 달했다는 점을 고려할 때 대략 2015년을 전후해 목표치 달성이 가능할 것으로 예견되고 있다.
이와 함께 수소연료전지차의 주행거리 향상도 필수다. 앞서 언급한 바와 같이 수소연료전지차가 상용성을 가지려면 기존 휘발유 자동차 수준의 주행거리를 확보해야하는데 지금껏 이 목표를 충족시킨 모델은 한 손으로 꼽을 정도에 불과하다.

혼다, 포드, 마쯔다 등 수소연료전지차 개발에 적극적 행보를 보이고 있는 업체들조차 2010년 상용화에는 부정적 시각을 견지하는 이유를 여기서 찾을 수 있다. 결국 수소연료전지차의 상용화 시기와 성공여부는 제조단가 하락과 주행거리 향상에 달려있다고 해도 지나친 실언은 아니다.

■필수 인프라 ‘수소스테이션’

수소스테이션은 각국의 수소자동차 도입계획을 성공적으로 이끌어내기 위해 반드시 수반돼야 할 필수 인프라다.

수소스테이션은 일반 주유소처럼 수소연료전지차에 대해 에너지를 공급하는 곳. 일반 주유소와 다른 점이라면 기존의 유류를 대신해 수소를 충전하는 것이다.

수소연료전지 상용화가 가장 빨리 이뤄지는 분야가 수송용이라고 가정할 때, 수소스테이션은 수소연료전지 시스템 확대를 위한 가장 필수적인 인프라이자 수소연료전지 시대를 열어갈 핵심 산업이라고 할 수 있을 것이다.

이는 주유소가 없는 자동차가 달릴 수 없듯 아무리 탁월한 성능의 FCV가 개발·보급된다 해도 연료인 수소를 공급해주는 수소스테이션의 지원 없이 수소자동차는 결코 존재할 수 없기 때문이다. 마찬가지로 각국이 수소자동차 도입계획 수립시 수소스테이션 건설계획을 함께 마련하는 것도 같은 맥락이다.

현재 수소자동차 상용화에 박차를 가하고 있는 일본을 살펴보면 미국이나 유럽에 비해 뒤늦게 수소자동차 사업에 뛰어들었지만 과감한 투자와 지원으로 현재 20여개소의 수소스테이션이 운용중이며 수소스테이션을 FCV 도입과 맥을 같이해 3년내 500개소의 수소스테이션건설을 추진하고 있으며 2020년에는 3,500개소로 늘리겠다는 계획을 갖고 있다.

이 같은 연료전지차량의 보급은 미국, 유럽, 일본, 한국 등 각국 정부와 자동차업체들의 기술개발 및 보급계획과 맞물려 2012년을 기점으로 기하급수적인 증가세를 나타낼 것으로 전망된다.

신재생에너지 전문 연구기관인 독일 루드비히 뵐코 시스템테크닉(LBST) 연구소의 집계에 따르면 2009년 6월 현재 건설됐거나 건설이 확정된 수소충전소는 연구용 및 파일럿충전소를 포함해 전 세계적으로 총 337개소에 달한다.

지난해에만 15개소의 수소충전소가 새로 문을 열면서 가동이 중단된 곳과 건설 예정인 곳을 제외한 실제 가동되고 있는 충전소만도 200개소를 넘어선 것으로 나타났다.

지난 2003년말 미국의 연료전지 관련기관인 브레이크스루 인스티튜트 테크놀로지스(BTI)사가 집계한 전 세계 수소충전소가 80개소(건설중 포함)에 지나지 않았음을 감안하면 지난 5년 6개월간 매년 40개소 이상의 신규 수소충전소가 출현한 것이다.

수소전문가들은 이 같은 증가세에 대해 과거 일부 선진국 주도로 추진됐던 수소에너지 연구가 세계 각국으로 확산된데다 각국의 수소에너지 프로젝트들이 기초연구단계를 넘어 실증단계에 돌입했기 때문으로 분석한다.

특히 미국 캘리포니아와 캐나다, 노르웨이에서 수행된 수소고속도로 프로젝트가 큰 역할을 한 것으로 분석된다. 수소고속도로는 수소자동차의 상용화를 앞당기고 수소경제의 조기도입을 위해 고속도로 주변에 다수의 수소충전 인프라를 구축하는 것으로서 가장 대표적인 캘리포니아 수소고속도로 프로젝트에 의해서만 지금까지 32개소의 수소충전소가 완공됐다.

일본도 경제산업성이 중심이 돼 고속도로 휴게소에 수소 충전소 설치 시범사업을 진행한다. 앞으로 2년간 시범사업을 진행하고 추후 전국으로 확대할 예정이다.

현재 수소충전소 보유국 또는 보유예정국은 유럽지역이 독일·영국·이탈리아·프랑스·스웨덴·덴마크 등 17개국으로 가장 많다. 미주지역은 미국·캐나다·아르헨티나·브라질·멕시코 등 5개국, 아시아지역은 한국·일본·중국·대만·인도·싱가포르·파키스탄·터키 등 8개국이며 오세아니아의 호주, 아프리카의 이집트까지 총 32개국에 이르고 있다.

국가별로는 미국(133개소), 독일(43개소), 일본(27개소) 등 수소에너지 3대 강국이 전체의 60%를 점유하고 있고 캐나다와 이탈리아(각 18개소), 대한민국(13개소), 덴마크(11개소) 등이 10개소 이상의 수소충전소를 보유 또는 건설을 추진하며 이들을 뒤쫓고 있는 형국이다.

■수소스테이션 총 10기 운영

국내 수소경제의 시작을 알리는 수소스테이션이 지난 2007년 9월 서울 시내 연세대(GS칼텍스)에 첫 등장한데 이어 같은해 11월에는 한국가스공사 연구개발원 분원에서도 수소스테이션이 준공됐다.

또 2008년초 SK에너지 대전 SK연구소 내 수소스테이션도 준공, 2009년 8월 전남 여수 소재 SPG케미칼 수소스테이션 완공, 2009년 10월 울산 남구 매암동 소재 동덕산업가스 수소스테이션 구축됐다. 이에 앞서 구축된 한국에너지기술연수원 소재 수소스테이션, 현대기아차 남양 및 마북연구소, 한국과학기술연구원 소재 수소스테이션 등 총 10기로 늘어났다.

또한 현대기아차와 SK건설도 앞으로 제주도, 서울 양재동, 상암동 월드컵 경기장 등에 수소스테이션 추가건설에 착수하는 등 국내 수소스테이션 도입(2008년 기준 10개소) 목표를 무난히 달성했다.

한편 지난 7월 전 세계 수소스테이션 현황(건설예정 및 운용중단 포함)을 살펴보면 미주지역 155개소, 유럽지역 126개소, 아시아지역, 53개소, 호주 1개소, 아프리카 1개소 등 총 337개소로 집계되고 있다.

■2012년 수소스테이션 50개소

우리나라의 수소연료전지에 대한 정부의 최종 보급 목표는 1단계(2003~2005년 충전소 1개소, 승용차 10대)에서는 기술 개발 및 신뢰성 회복, 2단계(2006~2008년)에서 실증적용을 위해 수소스테이션 10개소, 승용차 1,000대, 버스 100대 보급을 실시했다.

그리고 3단계(2009~2012년)에서는 시장 진입 및 확대단계를 통해 수소스테이션 50개소, 승용차 1만대, 버스 5,000대 건설 및 보급과 분산전원 시스템 누적 300기(250~1,000kW), 상업용 발전시스템은 누적 2000기(10~50kW), 가정용 발전시스템은 누적 1만기(3kW 이하) 보급과 수소스테이션 표준화를 위해 박차를 가하고 있다.

또한 지속적으로 수소스테이션과 차량을 건설, 보급한다는 계획을 가지고 있다.

■국내 수소스테이션 현황

수소자동차의 상용화 여부는 결국 수소의 사회적 기반이 성공의 관건이 된다. 다시 말해 수소에너지를 생산해 저장, 운반을 거쳐 소비자가 안전하게 이용할 수 있도록 하기 위해서는 기술적인 면과 가격적인 면 등이 해결돼야 한다.

지난 2007년 9월 GS칼텍스의 수소스테이션 준공은 이러한 문제점의 해결 가능성을 미리 시험해볼 수 있는 계기가 됐다. 특히 GS칼텍스가 준공한 수소스테이션은 국내 최초 ‘상용화급’ 수소스테이션으로, 이를 통해 수소생산과 저장과정의 안정성 등의 성능개선을 위한 실증연구가 계속 이뤄지게 된다.

국내 최초의 민간 수소스테이션으로서 수소경제 기반확립에 교두보가 됐다. GS칼텍스 수소스테이션은 납사(Naphtha)와 물을 고온에서 촉매 반응해 수소를 직접 생산하고 압력을 가해 수소를 저장한 뒤 수소를 연료전지 자동차에 공급하게 된다.

그동안 경기 일부지역에 국한됐던 수소연료전지자동차 시범운행이 서울 도심까지 확대돼 일반국민들이 보다 쉽게 미래형 연료전지 차량을 접할 수 있게 됐다.

지난 2007년 11월 한국가스공사가 주관한 인천의 수소스테이션은 국내 최초로 천연가스를 개질해 수소를 제조하는 스팀리포밍 생산방식으로 건설됐으며 생산된 수소가스는 99.995% 이상의 고순도 수소로서 수소연료전지자동차의 연료로 사용되고 있다. 현재 현대자동차에서 개발한 버스와 승용차 등 2대의 FCVS와 모니터링사업차량에 충전하고 있다.

SPG케미칼의 수소스테이션은 부생수소 PSA 정제방식으로 시간당 250Nm3을 압축할 수 있다. 또한 연료 충전 소요시간은 대당 약 10분 정도로 하루 4대의 수소연료전지차에 충전이 가능하다.

그동안 수소연료전지차는 서울, 경기 등 주로 수도권 내에서 주행이 이뤄져왔지만 이번에 여수시와 SPG케미칼이 약 1년간 연료전지차를 운행하게 되면서 지역 주민들에게도 홍보가 될 것으로 기대된다. 또한 민간기업에서 연료전지차량을 운행하는 것은 이번이 처음으로 SPG케미칼에서는 업무용 차량으로 사용할 계획이다.

동덕산업가스(주)(대표 이영도)가 울산 남구 매암동 부지 내에 구축한 수소스테이션은 현재 국내에 설치돼 있는 수소충전소(4기)에 비해 경제성이 높을 뿐만 아니라 민간 자본이 투자된 첫 번째 시설이라는 점에서 관련 업계의 주목을 받고 있다.

기존의 수소충전소가 LNG 또는 원유를 정제해 수소를 뽑아내는 과정을 거치는 반면 동덕산업가스의 울산 충전소는 산업 현장에서 사용하고 버려지는 가스(부생가스)에서 수소를 뽑아낸다. 버려진 가스를 100% 재활용, 생산과정 역시 친환경적이라는 점에서 큰 의미가 있다고 할 수 있다.

같은 양의 수소를 생산한다고 가정했을 때, 부생수소를 활용하면 LNG나 원유 정제를 통한 수소 생산에 비해 6배 이상 경제적인 방식이라는 게 업계 관계자들의 설명이다.

동덕산업가스는 울산 수소스테이션 사업이 수소연료전지자동차 시장이 공공부문에서부터 민간으로 확산되기 전까지는 수익을 창출할 수 없다는 점을 인정하고 있지만 장기적인 투자란 점에서 가치를 높게 두고 있다.

이에 앞서 현대·기아자동차 자사가 개발한 수소자동차의 연구를 위해 지난 2001년 5월 경기 화성의 남양연구소내에 건설한 정치형 수소충전소와 2005년 12월 경기도 용인소재 마북 환경기술연구소내 700bar 수소충전소를 비롯 시범용이긴 하지만 지난해 8월 한국에너지기술연구원에 설치된 수소스테이션이 있다.

남양충전소는 350bar의 충전압력(최대충전압력 400bar)으로 5N(99.999%)의 고순도 수소를 FCV차량에 충전할 수 있도록 설계됐으며 72리터의 수소를 충전하는데 약 15분 정도가 소요되는 반면 마북충전소(700bar)는 수소 충전이 3분에 불과하며 대형버스도 약 20분이면 가능하다. 완충시 500km의 주행거리를 달릴 수 있다.

또 한국에너지기술연구원이 건설한 에기연내 연구용 수소스테이션은 20N㎥/hr 규모의 천연가스개질방식 수소제조 공급시스템으로 하루에 약 5대의 차량을 충전할 수 있는 규모다. 이밖에 현대·기아자동차의 이동형 충전소 1개도 운영 중이다.

■적극적인 지원·투자 단행

우리나라의 수소에너지 관련 기술력은 선진국인 미국, 일본, 유럽 등 국가들과 비교해 상당히 뒤떨어져 있다는 것이 국내 에너지전문가들의 일반적인 시각이다. 또 정부의 지원도 선진국과 비교해 마찬가지다. 수소시대에 대비하기 위해서는 관련기술이 국산화 역시 시급한 과제다.

따라서 미래수소경제시대를 주도하기 위해서는 국가적 차원에서 앞으로 더욱 많은 관심과 지원, 투자가 단행돼야만 한다.

직접적인 정부투자액 확대에 더해 가장 시급한 문제로 지적되는 것은 법제도적인 지원시스템의 구축이다.

현재는 천연가스를 주요 원료로 이용하지만 에탄올, 휘발유, LPG 등 어떻게 저렴한 원료를 확보하느냐에 따라 다양한 수소충전소를 만들 수 있다.

하지만 아직 관련 법규가 미흡한 상황이라 수소 충전소 보급을 위해서는 홍보와 법령정비가 무엇보다 선결돼야 할 것으로 보인다. 다시 말해 수소스테이션의 최적 입지 조건으로서 개념상 기존 주유소와 마찬가지로 고객의 접근성이 중요하나, 현재로서는 신에너지인 수소에 대한 대국민 홍보도 중요하다.

고압수소를 사용하는 설비이므로 수소스테이션 건설 관련 규정 및 인허가 절차가 매우 까다로운 실정이며 현재의 규정대로는 기존 주유소 중 극히 일부만이 수소스테이션으로 변경이 가능한 것으로 알려지고 있다.

이에 따라 소비자의 접근이 용이한 곳에 설치될 수 있도록 관련 기술 개발 및 규정의 개선이 필요하며 지방자치단체의 수준이 아닌 범정부차원에서 신재생에너지를 안정적, 지속적으로 개발, 적용, 실증 및 홍보할 수 있는 대규모 시범 단지를 지속적으로 조성할 필요가 있다.

또 신에너지 관련 장기 개발 과제의 경우 정부의 지원금 확대 및 기술료 감면 등을 통해 기업체의 적극적 참여를 유도할 필요가 있다.