쉴 새 없이 뿜어대는 매연, 출발과 주행시 들리는 소리. 자동차는 문명의 이기인 동시에 환경에 악영향을끼치는 주범 중 하나다. 자동차가 소음과 매연 없이 달릴 수 있다면 얼마나 좋을까.이런 우리의 희망사항에 적절한 대안을 제시하는 것이 바로 연료전지자동차다.

산업혁명이 인류에게 준 선물 중 인간활동에 최대의 유익함과 편리함을 준 것을 꼽으라면 바로 자동차 아닐까. 하지만 자동차는 환경오염의 주범이란 오명을 함께 받고 있다. 이 때문에 자동차 배기가스에 대한 환경규제는 날로 강화되고 있다.

이런 문제를 해결하기 위한 인류의 도전이 계속 더해지고 발전하면서 탄생한 산물이 바로 연료전지자동차다. 연료전지자동차는 소음과 공해가 없으면서도 고효율을 자랑하는 미래 자동차의 조건을 갖추고 있다. 최근 연료전지 분야에 대한 관심이 확대되는 이유도 연료전지자동차에 거는 기대 때문이다.

시끄러운 폭발음 없어

연료전지자동차는 기존의 자동차와 어떤 면에서 차이가 날까. 오늘날 우리가 이용하는 모든 자동차는 내연기관에 의해 움직인다. 가솔린, 디젤, LPG 등의 연료를 고온, 고압 하에서 연소·폭발시켜 연료의 화학에너지를 열에너지로, 그리고 기계적 에너지 순으로 바꿔 차를 움직인다. 차가 구동되는 과정에서 들리는 시끄러운 폭발음은 바로 이 연소 과정에서 발생되는 것이다.

그러나 연료전지자동차와 전기자동차는 내연기관 자동차와는 달리 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전기화학반응을 이용한다. 내연기관에서는 열에너지를 기계적 에너지로 바꾸는 과정에서 많은 양의 에너지 손실이 발생하지만, 화학에너지를 직접 전기에너지로 바꾸기 때문에 에너지 효율이 높아 매우 효과적인 에너지 변환장치로 고려되고 있다. 또 연료전지자동차와 전기자동차는 운전 중에 물 이외의 배기가스를 방출하지 않기 때문에 우리는 이 자동차를 무공해자동차라고 한다.

최근 개발되고 있는 세계의 연료전지자동차

전기자동차와의 차이

연료전지자동차와 전기자동차는 어떻게 다를까. 바로 전기를 자동차에 저장하는가, 아니면 자동차에서 만들어내는가에 따라 구분된다. 전기자동차는 우리가 사용하는 충전이 가능한 소형카세트와 동일하다. 전기를 발생시키기 위해서 필요한 반응물이 들어있는 전지를 장착해 사용한다. 그러다가 반응물의 활성이 소멸됐을 경우 다시 전기를 충전해 사용하다가, 또다시 방전되면 재충전해 사용하는 것이다. 만약 전기를 발생시킬 수 있는 반응물의 활성이 완전히 소멸됐을 경우에는 당연히 새로운 전지를 사용해야 한다. 그러나 수소연료전지자동차는 연료탱크에 수소를 갖고 다니면서 연료전지로부터 전기를 발생시키고, 이렇게 발생된 전기가 모터를 돌리고 결국 축에 달려있는 바퀴를 돌리면서 움직인다.

하지만 연료전지자동차는 내연기관자동차처럼 연료탱크가 필요하고 공기로부터 산소공급을 받아야 한다. 즉 연료전지자동차는 연료탱크에 수소나 수소를 발생시킬 수 있는 연료가 필요하기 때문에 내연기관자동차와 같이 연료가 떨어졌을 때, 다시 연료를 공급받아야 할 필요가 있다.

수소형·액체형·하이브리드형

연료전지자동차는 본질적인 연료가 수소이지만, 사용되는 초기 원료에 따라 수소연료전지자동차, 액체연료전지자동차, 그리고 연료전지와 전지를 동시에 사용하는 하이브리드연료전지자동차로 나눌 수 있다.

먼저 비교적 간단한 구조의 수소연료전지자동차의 작동원리를 살펴보자. 우리가 운전석에 앉아서 시동을 걸면 연료탱크에 들어있는 수소가 연료전지로 들어가게 되며, 동시에 공기압축기로부터 공기가 연료전지로 유입된다. 연료전지에서 발생된 전기는 모터를 구동시키는 과정에서 기계적 에너지로 변환돼 바퀴를 돌리고, 우리는 운전석에서 핸들을 돌려 원하는 방향으로 차를 움직이면 된다.

액체연료전지자동차는 어떨까. 액체연료전지자동차는 수소연료전지자동차에 액체연료로부터 수소를 발생시키는 장치인 연료변환기(개질기)를 설치한 연료전지자동차를 말한다. 액체연료로는 메탄올이나 황의 함량이 매우 적은 청정가솔린 등이 사용된다. 가솔린을 연료로 사용하는 가솔린 연료전지자동차의 경우, 우리 주변에 있는 주유소에서 청정가솔린을 차에 주유해 원하는 곳을 어디든지 쾌적하게 갈 수 있다. 하지만 수소를 발생시키는 장치는 거대한 석유화학공장을 축소시켜 자동차의 조그만 공간에 설치한 것이기 때문에 기술적인 어려움이 있어 현재 많은 연구가 수행되고 있다.

마지막으로 하이브리드연료전지자동차는 연료전지와 전지를 동시에 갖고 다니면서 둘의 효과를 조화시켜 자동차 주행 성능을 높이는데 그 목적을 두고 있다. 그러나 현재의 높은 가격과 수소연료의 저장 문제, 그리고 연료변환기의 기술적인 문제 등 극복해야 할 과제를 안고 있다. 이런 문제들이 해결된다면 머지 않은 미래에 우리가 직접 운전할 수 있는 연료전지자동차를 도처에서 볼 수 있을 것이다.