수소전기차 시대가 온다 (권순우) 210821

모든 산업의 패러다임이 급격히 변화하고 있는 상황에서 코로나19 이후 에너지  구조 변화에 대한 많은 뉴스플로우들이 있습니다. 2012년 "수소혁명"을 읽고, 궁극의 인류 에너지원에 대한 많은 생각을 하게 되었는데, 권순우 기자님의 "수소전기차 시대가 온다"는 국/내외 수소 관련 기술 변화와 현대차 넥쏘 개발 스토리를 흥미진진하게 보여줍니다. 특히, 수소전기차에 대한 다양한 의문/질문에 대해 다각도의 분석을 통한 FACT들을 비전문가들도 쉽게 이해할 수 있도록 기록하셨네요. 아직은 정부의 지원이 필요한 사업이지만, 미래의 에너지원으로서 지속적인 개발과 관심이 필요한 분야이고, 특히 혜안을 가진 정부/산업계의 리더쉽이 중요하고, 우리 나라 기술에 대한 자부심도 생기게 되네요. 기술과 시장을 개척하고 도전하는 분들의 노고에 감사드리게 됩니다. 단, 일본 업계의 체계적인 생산/공급망 구축 전략처럼, 수소전기차 뿐만 아니라, 생산/운송/공급망을 포괄하는 실질적이고 포괄적인 전략이 수립되고 진행된다면 보다 많은 분들의 지지를 받게되지 않을까 생각됩니다.

(아래는 수소전기차 시대가 온다는 권순우 기자님 책 내용 중 일부를 요약/발췌한 내용입니다.)   

1.  수소에너지
   1. 수소 : 물의 재료 (물 수 + 본디 소, HJydrogen) 우주 질량의 75%, 우주 분자의 90%, 무한/청정에너지
   2. 수소의 질량당 에너지 밀도 : 142 kJ/g (휘발유의 4배, 천연가스의 3배), 연료전지 발전효율 47% (화력 35%, 태양광 17%), 열 에너지 회수 시 이론적 효율 95%
   3. 수소연료전지(3차 전지) : 연료극(수소), 공기극(산소), 전해질막(백금촉매, 수소이온과 전자)
   4. 순수 수소를 만들기 위한 에너지 투입 필요 : 기술적 한계 불구, 지구 온난화 문제로 재부각
      .  지난 100년간 구축된 화석연료 자본/인력/인프라와 충돌 ; 견제 지속 (이상향이나, 화석연료의 저항, 정부 환경 규제가 최대 동력)
      . FCEV (Fuel Cell Electric Vehicle)
2. 친환경 자동차
   1. [1차 대전] 클린 디젤(독일 드랜드, 완전연소+후처리[EGR, DPF, SCR]) vs. 하이브리드(토요타, 저속 모터 & 고속 내연기관)
      :  클린디젤의 효율 불구, 디젤게이트로 클린 디젤 몰락 (2015년 VW 미국 배기가스 규제 위법 통과 ; 1100만대 리콜) ; 구조적으로 성능, 원가, 친환경성 모두 충족 어려워 (BMW 520D 화재도 EGR 무리하게 사용)
   2. [2차 대전] 배터리전기자동차 vs. 수소전기자동차
      1)  미완의 기술로 현재 기술 수준으로 장단점 비교 의미 제약
           -  배터리 : 배터리 기술 발전으로 충전시간 감소 및 주행거리 증가 중
           -  수소 : 기술 발전으로 연료전지 내구성 증가, 가격 하락, 인프라도 구축하면 됨
      2)  대중화 이후 대량생산 여부 (가격 한계를 대량생산으로 해결하겠다는 주장은 무책임)
           -  토요타 : 프리우스 10년 적자 (대량생산/규모 경제 장기 필요) - 가족기업이라 가능
           -  GM : 수소 연료전지 원천 기술 세계 최고 수준이나, 양산한 적 없음 (현실적 버티기 불가)
      3)  인프라 구축 비용
           -  배터리 : 기존 전력 인프라에 무임승차 (일정 수준 이상 보급 시, 발전소/송배전망 추가 건설 필요)
           - 수소 : 국내 200만대 이상 보급 시, 대량 수소 수입 필요 
3. [연료 및 인프라 가격]
   100 km 운행 기준
   1) 휘발유(아반테) 11,448원
   2) 배터리전기차(아이오닉) 2,759원 (그린카드 50% 할인, 1,379원) - 가장 저렴하나, 한국의 비정상적 낮은 전기 가격
   3) 수소전기차 1 kg/100 km 수소 소요 : 7,000~10,000원 (B2B 거래, 개인 저장/유통 고려 시, 5만원, 대량화로 인하?)
       ;  한국 부생수소 190만톤/연 생산 but 대부분 반도체/태양광셀/정유 공장에서 사용 중
   
   *  테슬라 모델3 배터리 용량 : 30 kWh (일반 가정의 전기 소요량 300 kWh/mo [10 kWh/day])
      .  태양광 발전 대안 (vs. 낮에만 발전 가능 - 전체 에너지 생산 비중 20% 넘기 어려워)
      .  일본 정부 태양광 발전 전력 구입가격 인하('12년 20엔>'18년 18엔) ; 보조금 삭감 ; 설비 수요 둔화/기업도산  
   *  버스/트럭 상용차 100~150 km 이상에서는 수소차가 유리 (배터리 용량/무게로 장거리에서 효율 감소)
   *  충전 : 전기충전소 4,500백만원 but 30~40분 소요 --> 하루종일 충전해도 30대? ; 주차 갈등처럼 충전기 갈등
   
   
4. [친환경성]
   * 효율       
                                       Well-to-Tank       Tank-to-Wheel        Total
      배터리전기자동차                39%                    85%                33%
      수소전기자동차                   67%                    59%                40%
   
   * 에너지원 : 전기/수소를 만드는 방식에 따라 결정
     [한국]  전기 석탄발전 46%, 원자력 26%, 수력 0.5%, 신재생 2.8%  -->  배터리전기차의 72%는 친환적이지 않아
               반면, 노르웨이는 수력 발전 비중이 96%
     [수소 생산]  (1)  부생수소 : 제철소/석유화학단지의 부생물 --> 반도체/태양광셀/원유정제/탈황에 사용
                           * 한국 190만톤/연 생산
                             .  정유공정 75% ; 전량 자체 소비하고도 부족 (덕양/SPG/에어리퀴드 등 자체 수소 생산/판매)
                             .  석유화학/철강/CA 14% 260만톤 ; 반도체/타이어/LED/태양광셀 생산에 활용
                             .  수소생산 유휴 설비 40만톤/연
                     (2)  천연가스 개질 : 일산화탄소 발생 --> 친환경 에너지로 보기 어려워
                     (3)  신재생 잉여 전기로 물 전기분해 
5.  [자원의 고갈]
   * 수소전기자동차 : 연료전지 촉매는 "백금" 넥쏘에 56g 사용 * 5만원/g = 280만원 (대체 금속 어려워)
                            백금 매장량 27,000 ton (75%는 남아공에 매장) 
                            20 g/대 사용 시 13억대 생산 가능 (전세계 자동차 대수 13억 2000만대)
   * 배터리 : 리튬 (해수에 풍부, 볼리비아/호수 광산), 망간, 몰리브덴, 바나듐 등 희귀금속 사용
   
   
6. [수소 가격]
   * 소비자 : 경유-LPG의 중간가격 7,000원/kg (100 km)
   * 공급자 : 50,000원/kg은 되어야 break-even 예상
     =  생산/운송/충전소 : 천연가스 개질 cash cost 3,000원/kg + 튜브 트레일러 운송 7,600원/kg + 충전소 30억원
   * 대중화(비용 하락) 이전 정부 지원 필요
     .  한국가스공사법 개정 : 수소 제고, 공급, 공급망 건설/운영, 개발/수출입 --> 국가 에너지로 지정, 통합 관리
   * 정부 목표 가격 : 6,000원/kg['22년] > 3,000원/kg['40년]
   
   
7. [수소충전소]
   * 자동차 부품 : [내연기관] 약 3만개, [배터리전기차] 1만 9천개, [수소전기차] 2만 4천개 : 산업적 파급력/일자리
   * 고압가스 안전관리법 지키면 설치 가능 부지 제한 > 규제 샌드박스로 예외 적용 가능성
   * 셀프 충전 불가 (자격증 있어야) > 규제 완화 필요
   * 수소 충전소 초기 운영 적자 예상 > 정부 지원/보조 확대 필요
   
   
8. [규제 강화 : 내연기관차의 미래는 없다.]
   * EU 규제강화 : 2030년까지 이산화탄소 배출량 59 g/km [2020년 95 g/km대비 37.5% 감축, 아반테 118 g/km]
      -> 벌금 부과 : 대부분 벌금 내야
   * 미국/중국 ZEV(Zero Emission Vehicle, 무공해 자동차 의무 판매 제도) : 미국 '25년 22%, 중국 '20년 12%
   * 내연기관차 판매 금지 (노르웨이/네델란드 '25년~, 인도/독일 '30년~, 영국/프랑스 '40년~)
   
   
9. [일본] : 수소 공급/수요 포괄적 정책
   * 3E+S (Energy Security, Environment, Economic efficiency, Safety) : 연료전지 특허 세계 1위
   * WE-NET(World Enery Network)
   * 가정용 연료전지 보급 확대 (천연가스 연료 -> "에네팜" 내 개질기가 수소 추출 ; 국민 대부분 인지)
   * 한국 가정용 연료전지 : 에스퓨어셀 
   * 세계 1위 수소전기자동차 기술 확보 (토요타, 혼다)
   * 호주 갈탄(수분 포함되어 무거워, 상온 발화) 가스화[J파워], 수소로 만들어 일본으로 수송 사업[영하 253도 액화,
      가와사키 중공업], 공급망 구축[마루베니]  but 호주의 탄소 배출 증가 (CCS 개발)
   *  브루나이 SPERA 수소 : 치요다화공 (유기 하이드라이드법) - 톨루엔 + 수소 : 메틸시클로헥산 (기존 인프라 사용)
   
   
10. [호주] : 수소 생산/수출 계획 주력 (수소시대의 중동)
    * 사막에 태양광 발전 ('40년 2만 기가와트=원자력 2만개) --> 물 전기 분해 --> 수소, 암모니아 형태로 변환/운송
    
    * 한국 : 수소의 생산과 유통에 대한 연구 개발도 확대해야 함
    * 수소 : 규모의 경제(가격), 인프라, 소비 --> 에너지 전환 가능
11. [한국의 수소전기자동차 개발]
    * 현대모비스 연료전지 capa : 연 3000대 -> ['22년] 4만대 (자체 자동차 뿐만 아니라, 외부 판매 & 발전소)
    * 현대자동차 '30년 FCEV 50만대 목표 (M/S 25%)
    * 향후 자동차 조립보다는 핵심 기술이 중요 ; 연료전지 판매업 추가 + 연료전지 시스템 판매 조직 신설
    * 수소 열병합발전소 울산
    * 수소 지게차 (플러그파워) - BMW, 아마존, 월마트 등 (실내 물류창고 매연 문제 해소, 24시간 운전, 충전시간 없어)
    * 환경규제 강화 : 주요 도시 디젤 트럭 진입 금지 추세 --> 유럽 육상 운송 위한 수소 트럭 필수 / 기차/선박/드론
    * ESS는 시간이 지나면 방전되어 장기간 전기 보관 어려워 ; 신재생 잉여전기로 물분해 & 연료전지로 전기화 
     
12. 전기자동차의 몰락
    1967년 레이건 캘리포니아 주지사 ; LA 스모그 문제 해결 노력
    1990년 CARB(California Air Resources Board) 무공해 자동차 의무 판매 제도 추진 (현대차도 배터리전기차 개발)
    ; 기존 자동차 회사들 로비로 저공해 차량 비율 확대로 선회 (무공해 자동차 판매 의무는 2012년으로 연기)
    
    * GM EV1 (1996년, 최초의 양산형 배터리전기자동차, 리스 판매 형식) 인기
      : 2002년 GM은 전량 회수해 폐기처분 (기술적 한계 : 불안정한 배터리로 인해 발생할 수 있는 사고와 비용 우려)
    
    1997년 현대차 수소 연료전지 관심 (EV1 실패, 무공해 자동차 의무제도 연기, 배터리 기술 발전 필요)
    :  미국 IFC 연료전지 도입 & 공동 기술 개발 -> 2001년 싼타페 수소전기자동차 개발 (75 kW급)
       자체 기술 개발 + 외부 자문단(연료전지포럼)
       IFC의 특허 인수 제안(500억원) 거절 & 자체 기술 개발 (2007년 투싼 수소전기자동차 100 kW)
       .  초기 DMFC :Direct Methanol Fuel Cell (수소 저장 기술 미비)
       .  현재 PEMFC : Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (700 bar 압축 수소탱크 기술 상용화)
      MEA (Membrane Electrode Assembly) 및 Membrane 기술 독자 개발 (vs. 고어, 3M)
    
    + 노무현 정부의 적극적 지원 (수소 연료전지 사업단) - 수소 연료전지자동차 모니터링 사업
    GS퓨어셀 : 가정용 연료전지 사업, 한국가스공사 충전소, KIST, SK에너지
    
    이명박 정부 : 녹색 성장(수소 배제) - 배터리전기자동차 + 원자력 중심 + 테슬라 등장(2008년)
    * 부시 행정부 8년(수소 연료전지 관심), 오바마 행정부 8년(배터리전기자동차 중심, 수소 찬밥 신세)
    * 정부 지원 감소 ; 수소 에너지 시장 빙하기 --> 유럽 실증 사업 참여 (지원금)
    
    현대차 2013년 양산 체계 개시 (정부 지원 중단으로 대량양산 또는 연구개발 종료 갈림길)
    .  투싼 100 kW, 700기압 2 탱크, 594 km, 27.8km/l 연비 >> 기술 선도로 미래 시장 선점
    .  넥쏘 120 kW, 608 km, 냉시동성 영하 50도, 10년 16만 km 보증, 99% 부품 국산화
       수소탱크 <일진복합소재> 
    
    2018년 현대차 - 아우디(VW)와 수소전기자동차 동맹 결성(특허[원천기술], 부품 공유[부품 기술 표준]) 
    
    
13. [중국의 부상]
    중국 정부의 수소 연료전지 지원/업체 보조금 + 중국 업체들의 캐나다 발라드 지분 인수 
14. [한국] 2019년 수소경제 활성화 로드맵