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1994년 4월 13일 다임러크라이슬러(메르세데스-벤츠)는 ‘일을 저질렀다’. 세계 최초로 연료전지 자동차인 ‘네카 1’(NECAR 1)을 발표한 것이다. 당시만해도 네카 1은 운전석과 보조석을 제외한 공간이 모두 연료전지 장치로 채워져 있었다.

하지만 다임러크라이슬러는 후속 모델로 20종의 연료전지 자동차를 선보이며 기술을 계속 발전시켰다. 그 중 2001년 발표한 미니밴인 ‘나트륨’(Natrium)은 붕소 화학수소화물(sodium borohydride)에서 직접 수소를 만들어 연료로 사용하는 획기적인 아이디어를 채택했다.

친환경 자동차 개발을 놓고 요즘 나라 간 경쟁이 치열하다. 연료전지 자동차 개발에는 일본 기업들이 앞서있다. 2002년 12월 도요타는 ‘FCHV’를, 혼다는 ‘FCX’를 잇달아 내놓았는데, 연료전지차로는 세계에서 처음으로 판매된 모델이다. 이때부터 다임러크라이슬러, 제너럴 모터스(GM) 등 세계 유명 자동차기업들이 연료전지차를 생산하기 시작했다.
 

배기가스 대신 수증기 배출

요즘 개발되는 대부분의 연료전지차는 수소를 연료로 사용한다. 물을 전기분해하면 수소와 산소로 분리된다. 이 현상을 역으로 이용해 차에 수소를 주입하면 공기 중의 산소와 결합하는 과정에서 나오는 전기에너지로 자동차가 움직이고 배기가스 대신 수증기가 배출된다. 그래서 수소연료전지차는 친환경 자동차의 대명사로 불린다.

최근에 발표된 모델로는 GM의 ‘시퀄’(Sequel)이 대표적이다. 시퀄은 수소를 한번 충전하면 480km를 갈 수 있고 정지 상태에서 10초 안에 시속 100km까지 속력을 내는 것으로 알려졌다. 이 정도면 일반 휘발유 자동차와 성능이 거의 비슷하다. 게다가 연료 효율은 휘발유 자동차보다 2~3배 높다.

수소연료전지차의 기술 개발은 크게 두 가지로 나뉜다. 연료전지의 성능을 향상시키거나 새로운 수소저장기술을 찾는 것이다. 연료전지의 경우 최근 실용화가 멀지 않은 것으로 평가되고 있다. 그간 낮은 온도에서 시동이 제대로 걸리지 않는 냉시동 문제가 걸림돌이었는데, 최근 영하 20℃에서도 시동을 걸 수 있게 됐다.

하지만 비싼 가격이 여전히 문제다. 지난해 현대자동차가 미국 에너지국(DOE)에 납품한 투싼 연료전지차는 대당 가격이 10억원이었다. 연료전지차가 보편화되려면 부품 개발을 통해 연료전지 시스템의 가격을 낮추고 내구성을 높이는 연구가 필요하다.

현재 순수 국내 기술로 생산되는 부품은 일부 센서류를 제외하고 80% 가까이 된다. 투싼 연료전지차도 현재 6억원 정도로 가격이 떨어졌다. 이 속도라면 2012년경에는 가격을 1억원으로 낮출 수 있다.

수소저장기술은 자동차의 주행거리를 결정하기 때문에 중요하다. 2001년 현대자동차는 350기압의 고압저장용기에 수소를 충전하는 방법을 최초로 개발했다. 이후 대부분의 회사가 수소연료전지차에 이 방법을 적용하고 있다. 최근 GM은 한 걸음 더 나가 퀀텀에서 개발한 700기압 고압저장용기를 달았다.

그러나 고압저장용기를 사용하는 방법에는 한계가 있다. 수소를 고압으로 눌러 용기에 담기 때문에 폭발 위험이 있다. 따라서 새로운 수소 저장 방법을 개발해야 한다.

지난해 서울대 물리학부 임지순 교수팀은 폴리머란 물질에 티타늄이란 금속 원자를 섞으면 원자들 사이사이에 수소가 가득 들어찬다는 사실을 발견했다. 임 교수팀은 “이 물질로 수소 저장장치를 만들면 같은 크기의 고압저장용기보다 수소를 3배 더 저장할 수 있을 뿐 아니라 압력을 가하지 않으므로 폭발할 위험도 없다”고 설명했다.

2040년 연료전지차 시대 온다

낙관적인 예측이긴 하지만 2040년경에는 판매되는 차량의 약 90%를 연료전지차가 차지할 전망이다. 당분간은 연비가 높은 하이브리드자동차가 휘발유와 디젤 차량을 대신하겠지만, 하이브리드자동차 역시 화석연료를 사용한다는 한계가 있어 궁극적인 친환경자동차가 될 수 없기 때문이다.

이를 위해 현재 각국은 연료전지차를 시범운행하며 실증프로그램을 진행하고 있다. 일본은 2002년부터 JHFC(Japan Hydrogen & Fuel Cell)를, 유럽은 2003년부터 연료전지버스 프로그램을, 미국 에너지국은 2004년부터 HFP(Hydrogen Fleet Program)를 운영 중이다. 산업자원부도 지난해 11월부터 수소연료전지자동차 모니터링 사업을 시작했다.

2008년까지 연료전지자동차 30대와 연료전지버스 4대를 운행하고, 수소를 충전할 수 있도록 수소충전소를 8군데 세울 계획이다. 또 2012년까지 연료전지자동차를 3200대, 연료전지버스를 200대로 늘려 시범운행하고, 수소충전소도 50곳으로 확대할 예정이다.

바야흐로 ‘석유시대’를 마감하고 ‘수소시대’로 접어들고 있다. 화석연료 고갈과 지구온난화가 코앞에 닥친 지금 수소연료전지자동차는 선택이 아니라 필수다.

친환경 콘셉트카 경연 대회 ‘ 디자인 챌린지 ’

지난해 12월 1일~10일 미국 로스앤젤레스에서는 ‘LA 오토쇼’가 열렸다. 100주년을 맞이한 ‘LA 오토쇼’에는 전통과 명성에 걸맞는 친환경 콘셉트카들이 대거 등장했다. 특히 환경문제에 있어서 가장 엄격한 캘리포니아주답게 ‘지속가능한 환경’(Environmental Sustainability)을 주제로 ‘디자인 챌린지’라는 부대 행사를 열어 눈길을 끌었다.

3회째를 맞은 ‘디자인 챌린지’에는 디자인의 독창성뿐만 아니라 환경까지 고려한 자동차 9대가 입선작으로 뽑혔다. 연비나 부품의 재활용도를 높이는 방법에 기발한 상상력을 더한 친환경 자동차를 만나보자.

광합성 하는 자동차
허머 O₂(HUMMER O₂)_제너럴 모터스

‘멋지다’는 뜻의 ‘hummer’와 친환경을 의미하는 ‘산소’(O₂)를 결합한 ‘멋진 산소’가 최우수작으로 뽑혔다. 차체 패널의 그 물망에 살아있는 조류(algae)를 채워 자동차가 광합성을 하며 이산화탄소를 산소로 바꾼다는 획기적인 아이디어가 심사위원 들로부터 높은 점수를 얻었다.
 

생분해되는 야자나무차
미니 바이오모크(MINI BIOMOKE) _BMW

BMC(British Motor Corporation)의 '미니 모크'(MINI BIOMOKE)에서 영감을 얻어 탄생한 자동차다. 야자나무 씨를 차체의 재료로 사용한 것이 특징이다. 따라서 '미니 바이오모크'는 5년이 지나면 생분해된다. 수명이 다 되면 차체를 비료로 쓸 수 있기 때문에 나무를 심은 곳에 뿌리면 결과적으로 공기를 정화하는데 도움이 된다. '미니'에 사용된 부품을 재활용할 수도 있다.
 

변신의 귀재
다이내믹 스페이스 프레임(Dynami Space Frame) _ 아우디

아우디 스페이스 프레임(ASF)는 차체를 모두 알루미늄으로 만들어 무게를 줄였기 때문에 연비를 높일 수 있었다. 다이내믹 스페이스 프레임은 이보다 한단계 더 발전해 차량의 골격을 자유자재로 조립할 수 있다. 전기 배선을 모두 프레임 안에 집어 넣거나 프레임 안을 텅 비우고 전류에 반응하는 유체로 채워 재활용도를 100%로 높였다.
 

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'그린카'의 무.한.도.전.
PART1 과학으로 디자인한 콘셉트카
PART2 거침없이 하이브리드
미래 도로 점령할 수소연료전지차
PART3 똑똑한 자동차의 비밀 베스트7