수소차원리

[혜원]

하늘과 땅 그리고 바다. 주위를 둘러보면 환경은 우리가 모르는 사이 변화하고 있습니다. 산업 발달이 급속도로 진행됨에 따라 어쩌면 환경오염은 불가피한 것인지도 모릅니다. 불과 몇 년 전만 해도 피부로 와 닿지 않았던 대기오염 문제도, 지금은 매일같이 미세먼지 관련 뉴스를 접합니다. 대기오염의 주 원인 중 하나인 자동차 탄소배출을 줄이기 위해 친환경 교통수단에 대한 세계의 관심이 높습니다.
 
친환경 교통수단으로는 자동차 사용을 줄이고, 대중교통을 이용하거나 가까운 거리는 자전거나 도보를 이용하는 것입니다. 한편, 자동차 형태로 기존보다 탄소 배출을 줄이는 방법도 있습니다. 전기차와 수소차입니다. 오늘은 수소차에 대해 함께 알아보겠습니다.
 

먼저, 자동차와 미세먼지의 관계에 대해 알아볼까요?
통계청에 따르면, 국내 자동차 등록대수는 2,200만대가 넘습니다. 인구 2.3명 당 1대꼴인데요. 자가용승용차 주행거리가 1년에 11,895km라고 하면 탄소를 2,871kg 배출한다고 합니다.(교통안전공단, 2014) 미세먼지의 원인은 다양하지만, 그 원인 중 하나가 자동차 배기가스인 만큼 환경에 대한 생각도 하지 않을 수 없는데요.
 
배기가스의 주 성분은 이산화탄소와 수증기입니다. 자동차 엔진 속 연료가 산소와 만나면 배출됩니다. 또, 휘발유와 경유 등의 원료인 황 성분도 함께 배출됩니다. 미세먼지의 주성분이 황산염인 것을 볼 때 미세먼지와 배기가스의 성분이 비슷한 것을 알 수 있습니다.

그렇다면, 수소차는 왜 친환경 자동차일까요?
 
친환경 페달 밟는 수소자동차(fuel cell electric vehicle)
자동차는 동력의 원료로 움직입니다. 수소차는 석유와 경유 등 화석연료가 아닌 수소를 사용해 움직이는 자동차입니다. 수소차의 발전 장치는 전동기 구동을 위해 내연 기관의 수소를 태우거나 연료전지 내에서 수소를 산소와 반응시켜 화학 에너지를 역학적 에너지로 변환합니다.
 
쉽게 말하면, 차내 수소탱크에 수소와 공기 공급기(컴프레서)에서 전달받은 산소를 연료전지에 보내 전기를 생산하고, 모터를 돌려 움직이는 자동차입니다. 수소차는 수소연료전지자동차, 연료전지차 등으로 불리기도 합니다.

✔ 수소(Hydrogen)
화석에너지 고갈과 환경 문제로 신재생에너지의 중요성이 대두되는 가운데, 수소는 태양열, 풍력 등과 함께 대표적인 신재생에너지로 주목받고 있습니다. 수소는 우주 질량의 약 75%를 차지합니다. 지구에서는 탄소와 질소 다음으로 풍부한 원소입니다. 하지만, 지구에는 수소 분자가 거의 없습니다. 수소는 물을 만드는 원소로, 모든 유기화합물에는 수소가 결합되어 있습니다.
 
수소가 폭발의 위험성을 갖고 있다는 이유로 에너지로 사용할 수 있을까 하는 염려가 있었지만, 수소를 안전하게 저장하고 연소시키는 방법이 개발되면서 수소차에 활용되는 등 여러 가지 방법을 모색하고 있습니다.
 

 
수소차의 특징
수소차는 충전 시간이 5분 내외로 짧습니다. 짧게 충전하면, 장시간 주행은 힘들지 않을까? 걱정하지마세요. 한 번 충전으로 400km 이상을 갈 수 있습니다. 별도로 에너지가 필요하지 않고, 수소와 산소를 반응시켜 자동차를 움직이는 에너지를 만든다는 점에서 대표적인 친환경차로 꼽힙니다.
 
친환경차이지만 넘어야 할 산이 많습니다. 생산비용이 비싸다는 단점이 있습니다. 2016년 기준, 1kg에 4,500여 만 원이 되는 백금을 전기 생산을 위한 촉매제로 차량 한 대 당 70g 안팎씩 써야 합니다. 수소충전소 건설비용이 많이 들어 인프라 구축도 쉽지 않습니다. 시장이 점차 확대되고 규모가 커지면, 원가 자체가 크게 떨어지리라는 전망이 있습니다. 정부에서 2조 6,000억 원 규모의 수소차 지원 정책을 발표하면서 수소차 관련 시장에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

수소차 vs 전기차 차이점
전기차는 화석연료나 원자력 발전을 통해 생산된 전기를 이용해 움직이는 자동차입니다. 전기차에는 전기를 공급해 충전하는 이차전지가 쓰이고, 수소차는 연료전지가 쓰입니다. 전기차는 수소차보다 수천만 원 정도 더 값이 싸고, 충전소 등이 상대적으로 많이 구축되어 있는 상태입니다. 충전은 20~30분 정도 걸리고, 한 번 충전하면 200~300km를 주행할 수 있습니다.
 
세계 최초 매립가스 수소 생산시설
서울 마포구 상암동 월드컵 공원에는 세계 최초로 매립가스를 이용한 수소 생산시설이 구축되어 있습니다. 과거 쓰레기 매립장이었던 곳을 신재생에너지를 체험하는 교육관과 함께 수소충전소를 만든 것인데요.
 
상암 수소충전소는 매립가스에서 메탄을 추출해 사용합니다. 매립가스에서 수소를 추출하기 위해 불순물을 제거하고, 매탄가스만 걸러냅니다. 여기에 섭씨 700℃의 수증기를 가해 수소를 얻어냅니다. 수소를 415기압으로 압축해 저장탱크에 보관해두었다가 수소차에 공급하는 방식입니다.

 
수소차가 미세먼지를 없앤다?!
수소차에 공급되는 연료인 수소를 만드는 과정에서 불가피하게 탄소가 배출되기도 하지만, 수소차가 친환경 자동차로 주목받는 이유는 매연을 발생시키지 않기 때문입니다. 또한, 미세먼지를 정화하는 능력도 갖추었다고 하는데요! 산소를 모으는 필터가 미세먼지를 99.9% 이상 제거합니다. 차량이 달리면서 미세먼지를 흡수하고, 제거하는 것입니다. 공기 정화 능력까지 갖춘 친환경 자동차네요~!

수소차는 아직 안전성에 대한 시각과 충전소 확충, 가격 문제 등 대중화를 위해 넘어야 할 산이 많지만, 높은 관심에 따라 관련 정책이 마련되는 만큼 앞으로 몇 년 후에는 미세먼지를 저감하는 친환경 수소 자동차가 대중화되지 않을지 기대해봅니다.

[출처] 수소차란? 수소차 원리와 장단점|작성자 한국기후환경네트워크