현대차는 수년째 글로벌 수소 승용차 1위 자리를 굳건히 지키고 있다. 일부 업계 관계자들은 현대차가 판매하는 수소차는 ‘넥쏘’ 단일모델로 판매대수가 많지 않고, 다른 완성차 업체들은 수익성 때문에 시장에 진입하지 않는 것이라고 평가하기도 한다.

하지만 전 세계 주요 국가들이 2050년까지 탄소중립을 실현하겠다고 발표하면서 상황은 달라졌다. 과거에는 수소산업 관련 기업들이 수소생산과 수소활용에 집중했지만, 점차 수소산업 밸류체인 구축으로 사업을 확대하고 있는 것이다.

수소경제의 한계로 지목된 수소산업 인프라 구축과 기술개발이 이루어지면 수소경제가 활성화될 전망이다. <녹색경제신문>은 세계 최초로 수소연료전지차를 양산한 이후 수소산업 밸류체인 구축에 나선 현대차그룹을 통해 수소경제의 가능성과 비전을 들여다봤다.

■ 수소란 무엇인가?

수소에너지는 화석에너지의 문제를 해결하고 태양광·풍력·수력 등 대체 에너지원의 한계를 극복할 수 있다고 알려졌다. 다른 대체 에너지원보다 에너지밀도가 높고, 지역적 편중이 없으며, 장기간 대용량으로 저장할 수 있는 것이다. 또한 연소한 후에 다시 물로 돌아가기 때문에 청정 연료라는 평가를 받고 있다.

수소는 원료에 따라 회색 수소, 청색 수소, 녹색 수소 3가지로 구분한다. 회색 수소는 화석연료에서 발생한 고온의 수증기를 이용해 추출하기 때문에 이산화탄소가 발생한다. 현재 사용되는 대부분의 수소는 회색 수소로, 1kg을 생산하는데 5.5kg의 이산화탄소가 발생한다고 알려졌다.

청색 수소는 회색 수소를 기반으로 수소를 추출하되 발생한 이산화탄소를 CCU(탄소포집장치)를 통해 포집한다. 회색 수소에 비해 친환경적이지만 탄소포집시 상당한 비용이 발생하기 때문에 현재는 가격경쟁력에 떨어진다는 평가다.

녹색 수소는 재생에너지를 기반으로 추출한 수소로 이산화탄소가 발생하지 않는다. 궁극적으로 추구하는 수소로, 탄소중립을 위해 전 세계 국가들과 기업들이 대규모 투자를 이어가고 있다고 알려졌다.

수소산업은 높은 기술수준으로 진입장벽이 높지만, 새로운 성장동력으로 미래경제의 핵심이자 친환경 에너지 혁명을 일으킬 원동력으로 여겨진다. 우리나라는 2040년까지 수소산업의 밸류체인별 목표를 정한 <수소 경제 활성화 로드맵>을 발표해 추진중에 있으며, ‘수소전기차’와 ‘연료전지’를 양대 축으로 미래 성장동력 확보 및 온실가스 감축을 도모한다는 계획이다.

■ 글로벌 수소경제 활성화는 가능할까?

세계 각국과 주요 기업들의 탄소중립 선언에 따라 수소경제가 각광을 받게 됐다. 탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지와 저장해서 사용할 수 있는 에너지로 수소가 주목을 받고 있는 것이다.

세계 각국들은 수소경제 활성화를 위해 여러 정책과 전략을 내놓고 있다. 미국은 2030년까지 수소 수요를 1700만톤으로 확대하겠다고 밝혔고, 독일은 2030년까지 녹색수소 생산설비를 5GW까지 확대할 전망이다. 일본은 장기적인 수소 생산국 지위 선점을 위해 적극적인 연구개발을 진행중이다. 호주는 2030년 내 아태지역의 3대 수소 수출국 도약을 목표로 보조금 지급에 나섰고, CCUS(탄소포집·활용·저장기술) 기술 개발을 위한 대규모 투자를 실시했다.

또한, 수소차와 수소충전소 보급을 늘리고 수소연료전지 개발을 촉진하겠다는 계획도 발표했다. 2030년까지 미국은 수소차 120만대, 독일은 수소차 180만대, 일본은 수소차 80만대 등을 보급할 것으로 보인다. 수소충전소 역시 2030년까지 미국은 5800개소, 독일은 1000개소, 일본은 900개소까지 늘어날 전망이다.

수소경제 활성화를 위한 보조급 지급과 대규모 투자가 이루어지면서 주요 기업들 역시 수소산업 확대에 나섰다. 현대차그룹의 경우 수소차를 중심으로 설비투자 및 연구개발을 진행중이고, 연관 인프라 투자에도 적극적인 모습이다. 포스코는 부생 수소 생산 및 녹색 수소 도입, 수소환원철 개발 등에 약 10조원을 투자할 전망이고, SK는 대규모 액화플랜트 구축과 연료전지 발전 확대를 위해 약 18조원을 투자한다는 계획이다.

■ 수소차를 중심으로 수소산업을 선도하고 있는 현대차그룹

현대차그룹은 글로벌 수소 승용차 시장 1위를 차지하고 있다. 2013년 수소전지차를 최초로 양산한 이후 수소전지차 시장을 선도하고 있는 것이다.

현대차가 최초로 선보인 수소전기차는 ‘투싼 ix’로 항속거리 415km, 시스템 효율 55%를 달성한 바 있다. 덴마크 코펜하겐을 시작으로 전 세계 18개국에 판매되며 각국의 초기 수소충전소 구축에 기여했다는 평가를 받았다.

2018년에 출시된 ‘넥쏘’는 고효율의 연료전지시스템이 탑재됐다. 항속거리 666km와 시스템 효율 60%를 달성했고, 핵심 부품 개발도 활발하게 이루어졌다는 후문이다. 넥쏘의 내구성은 10년/16만km로 내연기관과 동등한 수준의 상품성과 편의성을 달성했고, 충전시간 역시 5분 이내로 단축됐다. 국제적으로도 안전성을 인정받으면서 현재까지도 꾸준히 판매되고 있다.

넥쏘에는 여러 종류의 연료전지 중 ‘고분자 전해질막 연료전지 PEMFC(Proton Exchange Memebrane FC)’가 탑재된다. 이 연료전지는 시동·정지·부하추정 시간이 짧기 때문에 자동차에 적합한 것으로 알려졌다.

최근 현대차측은 ‘넥쏘 2024’를 출시한다고 발표했다. 연료전지 시스템이나 스택 등에 큰 변화는 없지만 편의성을 높였고, 넥쏘 보유 고객의 편의를 위해 이동형 수소 충전소 등 인프라를 지속적으로 확대한다는 계획이다.

현대차 관계자는 “추가 사양을 통해 고객 편의를 강화하고 고객 선호에 맞게 트림 운영을 조정했다”면서, “현대차는 넥쏘와 함께 상용 부문에서도 수소 모빌리티를 통한 지속 가능한 사회 구현을 위해 노력해 나갈 것”이라고 말했다.

현대차는 2020년 수소전기 대형트럭 엑시언트 역시 세계 최초로 양산했다. 당시 스위스에 46대를 수출하면서 업계의 주목을 받았고, 현재 실제 물류산업에 활용 중인 것으로 확인됐다. 스위스는 주행세가 도입된 국가로 다소 비싼 차량가격에도 불구하고, 경제적이라는 분석이다. 2025년까지 1600대를 추가로 수출할 것으로 보인다.

현대차의 수소전기버스도 각광을 받고 있다. 시내버스 일렉시티는 현재 양산 중이며, 광역버스 유니버스는 오는 7월부터 양산할 전망이다. 산업통상자원부는 수소전기버스 보급 시범사업을 통해 수소버스 대량공급에 나서겠다고 밝혔다. 총 6개의 도시에 400대를 보급해 수소경제 활성화를 지원할 전망이다.

■ 수소사업 툴박스 구축하고 수소에너지 생태계 선도하는 현대차그룹

현대차는 최근 ‘2023 CEO 인베스터 데이’를 열고 중장기 전동화 및 미래 전략을 발표했다. 이 자리에서 현대차측은 전동화 전환을 넘어 ‘스마트 모빌리티 솔루션 프로바이더’로서 미래 모빌리티 서비스를 구현하겠다고 밝혔다.

현대차측은 수소에너지 생태계 구축을 통한 신성장 동력 확보를 목표로 미래 수소생태계 비전을 공개했다. 현대차그룹은 여러 주체들이 협업해 ‘수소사업 툴박스(Toolbox)’를 마련한다고 밝혔다.

수소사업 툴박스는 수소 생산부터 공급망 탄소중립 달성을 위한 그린 스틸 등 친환경 부품 적용, 수소에너지를 활용한 친환경 물류 시스템 도입, 수소전기차(FCEV) 판매 등을 아우르는 생애주기 전체가 상호 유기적으로 연결된 수소사업 모델을 뜻한다.

현대차는 향후 HMGMA에 수소사업 툴박스를 적용한다는 계획으로, 내년 초 국제 전자제품 박람회(CES)를 통해 구체적인 수소 사업 비전과 전략을 공개할 예정이다. 또한 2020년 미국 슈퍼널(Supernal) 설립 등을 통해 진행 중인 AAM(Advanced Air Mobility) 사업에도 향후 수소연료전지를 탑재할 전망이라고 밝힌 바 있다.

■ 현대차 수소전기차 향후 개발 과제는?

현재 넥쏘 운전자들은 승차·주행·충전·유지관리비 등에 대체로 만족한다고 말했다. 점차 충전소가 생기고 있어서 충전도 용이해졌고, 내연기관차와 전기차의 장점만 모아놓은 차가 수소전기차인 것 같다는 평가다.

현대차 역시 수소전기차 개선에 적극적으로 나서고 있다고 전했다. 현대차 수소연료전지전략팀 관계자는 '2023 미래차 세미나'에서 수소전기차의 개선 방향과 과제에 대해 밝혔다.

먼저, 연료전지 시스템의 셀 교체 방식에 대한 기술개발이 이루어지고 있는 것으로 보인다. 연료전지 스택은 400개의 셀로 구성돼 있는데, 직렬연결로 이루어져 있어서 현재는 400개의 셀 중 1개의 셀에만 문제가 있어도 전체를 교체해야 한다. 향후에는 문제가 있는 셀만 찾아낸 후 교체할 수도록 기술개발이 이루어지고 있다는 설명이다.

백금 사용량을 줄여나가는 기술도 개발 중이다. 백금은 수소 반응을 위해 쓰이지만 가격이 비싸다고 알려졌다. 팔라듐 등 다른 금속을 사용하기도 하지만 오히려 백금보다 가격이 비싸다고 전해진다. 이에 현대차측은 백금 사용량을 줄여 원가를 절감하겠다는 계획을 밝혔다.

고속 충전에 대한 요구가 높아짐에 따라 충전 시간을 줄여나갈 것으로 보인다. 승용차의 경우 3~5분, 상용차의 경우 10~20분으로 충전 시간을 줄여 편의성을 높이겠다는 계획이다. 또한 충전시 온도나 속도 변화에 영향을 받지 않고 안전하게 충전할 수 있는 기술개발도 진행 중인 것으로 확인됐다.

수소 연료전지의 효율성을 높이겠다는 계획도 발표했다. 현재 넥쏘의 효율은 약 62%로, 투싼ix에 비해 높아지긴 했지만 지속적으로 효율을 높이겠다고 밝혔다. 업계 관계자는 수소 승용차의 효율이 70%를 달성하면 내연기관차와 경쟁할 수 있을 것이라고 말했다.