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에너지/환경 장기적으로 기후 중립성을 달성하는 연료전지 파워트레인

  • 관리자 (irsglobal1)
  • 2021-01-22 07:23:00
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출처 : https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000291.000005028.html

 

e모빌리티로의 전환이 가속화되고 있다. 이것은 교통으로 인한 CO2 배출량 감소로 이어지는 중요한 요소이다. 하지만 적재 중량이 40톤인 대형 트럭을 배터리를 통한 전력만으로 장시간 운행하는 것이 얼마나 경제적일까. 배터리의 무게, 긴 충전 시간, 현재의 기술에 따른 항속거리 제약 등을 고려하면, 전기 파워트레인은 아직 대형 트럭의 최고의 선택지라 할 수 없다. 하지만 먼 미래에는 40톤의 트럭에서도 완전한 전기 모드로 1,000km 이상 주행할 수 있게 될지도 모른다. 그 열쇠가 되는 것이 바로 연료전지 파워트레인이다. 연료전지 파워트레인은 재생에너지를 사용하여 생성된 수소를 동력으로 삼아, 물자나 상품을 기후 중립적으로 운반할 수 있게 한다. 보쉬는 트럭에 초점을 맞춰 연료전지 파워트레인을 개발하여, 2022~2023년에 생산을 시작할 계획이다. 보쉬의 연료전지 파워트레인은 트럭을 통해 확립한 후 승용차에도 적용하여, 기존의 파워트레인 포트크리프에서 꼭 필요한 존재가 될 것이라며 전력을 다하고 있다.

 

미래의 모빌리티에 있어 연료전지와 수소가 결정적인 요소라 할 수 있는 7가지 이유

 

1) 기후 중립

 

연료전지에서는 수소(H2)와 주위의 공기 중에 있는 산소(O2)가 반응한다. 이러한 반응에 의해 방출되는 에너지가 전기로 변환되어, 주행에 이용된다. 이러한 반응 과정에서 열과 순수(純水)가 만들어진다. 수소는 전기를 통해 물을 수소와 산소로 분리하는 전기분해를 통해 얻어진다. 이러한 전력을 재생에너지로부터 생성함으로써 연료전지 파워트레인은 완전히 기후 중립적이 된다. 특히 대형차의 경우, 생산부터 주행, 폐기에 이르기까지의 CO2 배출량을 합산하면, 그 Carbon footprint는 배터리로만 이루어진 전력 파워트레인보다 뛰어나다. 연료전지차에 필요한 것은 수소 탱크와 매우 작은 중간 저장용 배터리뿐이다. 이로 인해 생산 시 카본 풋프린트가 대폭 절감된다.

 

보쉬의 파워트레인 솔루션 사업부장인 Uwe Gackstatter는 ‘연료전지와 배터리 동력 파워트레인은 각각 서로 다른 영역에서 진가를 발휘한다. 따라서 연료전지와 배터리는 경쟁하지 않고, 서로 완전히 보완한다’라고 설명한다.

 

2) 응용 가능성

 

수소는 높은 에너지 밀도를 가진다. 1kg의 수소는 3.3리터의 디젤 연료에 필적하는 에너지를 가진다. 100km를 주행하려면, 승용차의 경우 약 1kg, 40톤 트럭에서는 7kg 정도만을 필요로 한다. 디젤 자동차나 휘발유 자동차와 마찬가지로, 불과 몇 분 만에 텅 빈 수소 탱크가 충전되어, 주행을 계속할 수 있다. Gackstatter는 그 이점에 대해 ‘매일 무거운 화물을 장거리 운반할 거라면, 연료전지가 첫 번째 선택지라 할 수 있다’고 말한다.

현재 EU가 출자하고 있는 H2Haul 프로젝트의 일환으로서, 보쉬는 타사와 협력하여 연료전지 트럭의 소규모 플리트를 제조하고, 공공도로에 내보내고 있다. 보쉬에서는 모빌리티 용도에 더해 고체 산화물형 연료전지(SOFC) 기술을 사용한 고정용 연료전지 스택도 개발하고 있다. 그 용도로는, 전기자동차용 충전 스탠드, 데이터센터, 도시의 소형 분산형 발전소 등이 있다. 기후변동에 관한 파리 협정의 목표를 달성하려면, 장기적으로는 승용차 및 상용차뿐 아니라, 열차, 비행기, 선박도 수소를 동력으로 삼아야 한다. 에너지 산업 및 철강업에서도 수소를 활용할 계획을 갖고 있다.

 

3) 효율성

 

파워트레인의 환경 보전성과 수익성을 생각할 때, 결정적인 요인 중 하나가 바로 효율성이다. 내연기관이 탑재된 자동차보다 연료전지 자동차의 효율이 약 25% 높다. 회생 브레이크를 사용하면 효율성은 더욱 높아진다. 전기를 직접 차량에 비축하고 추진력으로 이용할 수 있는 배터리 전기자동차는 더욱 효율이 높다. 하지만 에너지의 수요와 생산은 반드시 시간과 장소가 일치하지 않으므로, 풍력 또는 태양광발전소에서 생성된 전기는 제공처를 찾지 못해, 또한 저장도 하지 못한 채, 이용되지 못하고 끝나버릴 수 있다. 여기서 수소가 진가를 발휘한다. 잉여전력을 이용하여 수소를 분산적으로 생성하고, 유연하게 저장ㆍ운반할 수 있기 때문이다.

 

4) 비용

 

생산 능력이 향상되어 재생에너지를 통해 생성된 전력의 가격이 낮아지면, 그린 수소의 비용은 대폭 절감된다. 전 세계의 90개 이상의 기업으로 이루어진 수소 협의회는 향후 10년 동안 대부분의 수소 응용비용이 절반으로 줄어들어, 다른 기술과 경쟁할 수 있게 될 것으로 예측한다. 현재 보쉬는 스타트업 기업인 Powercell과 협력하여 연료전지의 핵심인 스택을 개발하고 있으며, 시장 투입과 양산을 준비하고 있다. 목표는 고성능 솔루션을 저렴한 비용으로 제조하는 것이다. Gackstatter는 ‘중기적으로는, 연료전지 자동차는 기존의 파워트레인을 탑재한 차량보다 저렴한 가격으로 이용할 수 있다’고 말한다.

 

5) 인프라

 

현재 수소 충전 스테이션의 네트워크는 전역에 이르지 못하지만, 유럽에서는 이미 약 180군데에 수소 충전 스테이션을 설치하였으며, 다수의 주요 운송 루트에는 충분히 정비되어 있다. 많은 국가에서 기업이 종종 국가로부터 보조금을 받으면서 협력하여 확대를 꾀하고 있다. 독일에서도 정치가가 경제를 탈탄소화함에 있어 수소가 중요한 역할을 할 것이라는 사실을 인식하여, 국가 수소 전략이 책정된 바 있다. 예를 들어, 합병회사인 H2 Mobility는 2020년 말까지 독일 국내의 약 100군데에 일반 이용이 가능한 충전 스테이션을 건설할 계획을 발표한 바 있다. 또한 EU가 출자하는 H2Haul 프로젝트에서는 트럭뿐 아니라 주행 예정 루트에서 필요로 하는 충전 스테이션도 정비하고 있다. 일본, 중국, 한국에서도 포괄적인 서포트 프로그램을 책정하고 있다.

 

6) 안전성

 

차량에서 사용되는 기체상의 수소 사용은 안전하며, 다른 차량에서 활용하는 연료 및 배터리보다 위험하지는 않다. 수소 탱크를 설치해도 폭발 위험성이 높아지는 건 아니다. 물론 수소는 산소와 결합하면 연소하며, 일정한 비율 이상 혼합되면 폭발할 수 있다. 하지만 수소는 공기보다 약 14배나 가볍고, 확산되기 쉬운 성질을 갖고 있다.

예를 들어, 수소가 차량 탱크 밖으로 새어나가도, 주위의 산소와 반응하기 전에 먼저 상승한다. 2003년에 미국의 연구자가 연료전지차에서 시험한 화재 시험에서는, 순간적으로 발화했다가도 금방 사라져, 차량은 거의 손상을 입지 않았다.

 

7) 시기

 

수소는 실증이 완료되었으며 심플한 공정을 거쳐 만들어진다. 그러므로 향후 수요가 높아져도 곧바로 생산량을 증가시킬 수 있다. 또한 연료전지는 이제 상용화와 보급에 필요한 기술 수준에 이르렀다. 수소 협의회에서는 충분한 투자와 정치적 의사가 있으면, 수소 경제는 향후 10년 사이에 경쟁력을 갖게 될 가능성이 있다고 말한다.

Gackstatter는 ‘지금이야말로 수소 경제로 전환해야 하는 시기이다’라고 말한다.

 

 

[수소경제 실현을 위한, 수소ㆍ연료전지 관련 핵심기술 개발동향과 시장ㆍ사업화 전망] 보고서 상세 보기

http://irsglobal1.4adtech.com/shop_goods/goods_view.htm?category=02000000&goods_idx=84500&goods_bu_id=

 

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