[단독분석] 수소전기차, 정의선 현대차-문재인 경제 구세주될까
[단독분석] 수소전기차, 정의선 현대차-문재인 경제 구세주될까
  • 김성현 기자
  • 승인 2019.01.21 19:04
  • 댓글 1
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한화투자증권, 수소전기차 경쟁력 분석
"효율성 떨어지고 환경개선 효과도 미미"
"전기차는 트렌드, 수소차는 테마에 불과"
현대차 수소전기차 넥쏘./자료사진
현대차 수소전기차 넥쏘./자료사진

[포쓰저널=김성현 기자] 현대차그룹이 수소연료전지차(수소전기차, 수소차)에 집중투자하고 있는 가운데 수소차 시장의 성장가능성에 대해 회의적인 분석이 나왔다. 특히 승용차 시장에선 전기차에 견줘 수소차가 경쟁력을 갖기 힘들다는 것이 주된 이유다. 

현대차는 지난달 11일 수소전기차 장기 로드맵을 발표하고 7조6000억원을 투자해 2030년 연간 50만대의 수소전기차를 생산하겠다고 밝혔다.

문재인 정부도 이에 호응해 2022년까지 수소전기차 6만5000대를 생산할 수 있도록 지원하고 수소충전소 310곳을 확충하겠다고 발표했다.

이 영향으로 증시에서는 '수소차' 테마주들이 급등하는 등 시장 기대치는 한껏 부풀어 오른 상태다.

하지만 수소전기차 '올인'이  현대차는 물론 정부에도 독이 될 수도 있다는 분석이 나왔다. 

수소차가 전기차에 견줘 경쟁력이 떨어져  종국에는 정부 지원에만 의지하는 사업이 될 수도 있다는 지적이다. 

한화투자증권 류연화 연구원은 '현대차 수소전기차 선도적 투자, 난제 많아 부담' 보고서에서 수소전기차를 "값비싼 수소연료를 낮은 효율과 재미없는 차에 낭비하는 꼴"이라고 결론지었다.

과거 전기차 배터리 성능이 비효율적이던 시기에는 수소전기차가 경쟁력이 있다는 판단이 가능했지만 최근 배터리 등 전기차 기술이 급성장한 지금은 상황이 완전히 달라졌다는 분석이다.  

친환경차 성능비교./자료=한화투자증권
친환경차 성능비교./자료=한화투자증권

 

◆한계가 온 수소저장...전기차·내연기관보다 뒤쳐질 것

21일 류연화 연구원 보고서에 따르면 수소전기차는 출력, 에너지 효율, 품질 등에서 태생적으로 전기차 대비 비교 열위에 있다.

충전소 문제도 정부 주도로 대규모 수소 공급 인프라를 깐다고 해도 수소 압축 등 태생적 한계로 인해 신사업 발전이 미지수라고 분석했다.

우선 수소전기차의 연료 저장 탱크 용량 상의 한계 문제가 있다.

현대차의 최신 수소전기차인 넥쏘는 완충 시 600km 정도를 주행할 수 있다. 초기 수소전기차인 싼타페 모델이 한번 충전으로 160km를 달릴 수 있었던 것과 비교하면 비약적으로 발전한 것이다.

하지만 이 이상의 발전은 힘들 것이란 분석이다.

수소전기차는 자연계에서 가장 가벼운 물질인 수소를 연료로 하기 때문에 부피가 매우 큰 저장 공간이 필요하다.

초기 싼타페 모델의 경우 200기압 수준의 압력을 통해 수소를 저장했다. 넥쏘 등은 700기압까지 압력을 높여 상대적으로 많은 양의 수소를 저장할 수 있다.

이것이 거의 한계치라는 게 문제다. 수소연료가 자연계에서 가장 작은 기체 분자기 때문에 폭발성을 염두해야 하기 때문이다.

700~800기압을 넘어가게 되면 압력만 증가할 뿐 수소의 용량은 크게 증가하지 않는다. 몇 천 기압의 압력을 가한다고 해도 저장량은 거의 변화 없이 열만 높아져 폭탄에 가까워지게 된다는 것.

수소의 폭발성을 고려해 내부 온도는 85도 이하로 유지해야 하기 때문에 800기압 이상의 압력을 가할 수도 없다.

즉 현재 출시된 현대차 전기수소차의 수소 압축이 최대치인 셈이다. 이 이상 장거리를 달리기 위해서는 저장탱크를 늘릴 수밖에 없고 차체에서 연료탱크가 차지하는 비중도 늘어나게 된다.

현대차의 초기 수소전기차에는 1개의 수소저장탱크가 사용됐지만 넥쏘에는 3개가 탑재됐다.

반면 전기차(EV)의 경우는 배터리 에너지 밀도, 경량화 등을 통해 비약적으로 주행거리가 늘어나고 있다.

테슬라 모델S는 한번 충전으로 400km이상의 주행이 가능하다. 기술의 발전과 함께 더 늘어날 전망이다.

기존 내연기관 차량도 엔진의 열효율 향상 등을 통한 하이브리드 기술이 발전해 초 장거리 운행이 가능해졌다.

토요타 캠리하이브리드는 한번 주유로 1100km를 달릴 수 있다.

수소전기차의 연료탱크 제작 비용도 문제다.

수소전기차 연료탱크는 700기압을 버티기 위한 고강도의 탄소섬유를 수천 번 용기 외부에 감고 에폭시를 추가하는 방법으로 견고성을 확보한다. 

고가의 원료인 탄소섬유를 10cm 두께로 감싸야 하기 때문에 연료탱크 제작 비용은 상당히 비쌀 수 밖에 없다.

장거리를 주행하기 위해서는 연료통 크기를 늘릴 수밖에 없는데 이 경우 늘어나는 거리 대비 비용증가가 지나치게 높아지는 것이다.

현대차 수소전기차 넥쏘의 수소 저장장치 구조./자료=한화투자증권
현대차 수소전기차 넥쏘의 수소 저장 탱크 구조./자료=한화투자증권

◆ 비효율적인 구동방식...에너지효율 전기차의 절반 수준

전기차에 비해 확연히 떨어지는 출력 등 성능에도 문제가 있다.

수소전기차는 열손실이 크고 수소를 산소와 반응시켜 전기를 발생하는 과정에 에너지손실이 많아 그 성능이 전기차를 따라가기 힘들다. 기껏해야 준중형 차량 수준의 성능을 기대할 수 있다. 

수소를 산소와 반응시켜 전기 발전을 일으키고 이를 다시 배터리에 저장해 모터를 구동하는 방식에는 에너지 손실원이 많다.

다량의 산소를 공급하는 부분부터, 부산물인 물을 얼지 않게 하기 위한 히터 장치, 열관리를 위한 워터펌프식 라디에이터, 실내 난방을 위한 히터 등 에너지를 소모하는 부분이 전기차와 비교해 지나치게 많다.

류 연구원은 "이 같은 에너지 손실원을 종합해보면 수소전지차의 시스템 효율은 50% 수준이다"며 "모터의 에너지 손실까지 고려하면 차량 시스템 효율은 30% 이하까지 떨어지게 된다"고 설명했다.

내연기관의 차량시스템 효율이 40%를 넘었으며 전기차가 80%수준의 에너지 효율을 보고 있는 것을 고려하면 지나치게 비효율적이라는 지적이다.

◆궁극의 친환경차?...내연기관에 필터다는 게 더 이득

수소전기차가 궁극의 친환경차라는 현대차와 정부의 주장에도 의문은 남는다.

현재 수소전기차에 사용되는 수소 생산은 화학 공장에서 발생하는 부산물에 주로 의존하고 있다. 

현대차의 발표대로 연간 50만대의 수소차를 생산하려면 결국 물을 전기 분해해 수소를 추가로 생산해야 한다.

이 경우에도 물을 전기분해하는 전기의 상당 부분이 화력발전소에서 만들어지기 때문에 실질적인 이산화탄소(CO2) 감축효과는 미미할 수 있다. 

미세먼지 저감효과에 대해서도 회의적인 분석이 있다.

기획재정부의 ‘2019년 미세먼지 대응 예산안’에는 수소전기차에 대한 지원이 810억원 편성됐다.

현대차에 따르면 넥쏘 1대는 1시간 주행하는 동안 약 26.9㎏의 공기를 정화한다.

수소전기차가 공기를 정화하는 이유는 수소전기반응을 극대화하기 위해 깨끗한 공기가 필요하기 때문이다.

넥쏘는 3단계의 공기정화 시스템이 적용돼 공기 중의 초미세먼지를 99.9%까지 제거한다는 게 현대차 설명이다.

하지만 문제는 이 과정에 미세먼지가 사라지는 아니라 수소전기차 집진시설에 쌓인다는 점이다.

쌓인 먼지는 언젠가는 다시 외부로 방출할 수 밖에 없다. 연료시설에 쌓인 미세먼지가 수소전기차의 수명을 단축시키는 원인이 될 수도 있다.

류 연구원은 "차라리 수소전기차 대비 효율이 압도적으로 높은 전기차에 정화장치를 탑재한다면 수소전기차 이상의 미세먼지 정화 효과를 낼 수 있다"고 했다.

기존 내연기관도 시간당 20kg 이상의 공기를 흡입하는데, 여기에 화학필터를 장착해 수소전기차가 산소를 흡입하는 방식으로 작동시키면 더 적은 비용으로 더 큰 미세먼지 정화 효과를 볼 수 있다.

수소전기차의 고가 부품에 대한 관리 비용도 문제로 지적된다.

전기차인 테슬라 모델S의 경우 배터리 팩을 이루는 기본단위인 셀이 병렬로 연결돼있다. 셀 하나에 문제가 생겨도 운행에는 문제가 되지 않는다.

하지만 수소전기차의 배터리 셀은 직렬로 연결돼 있다. 한 개의 셀이 고장나면 배터리 팩 전체를 통째로 교체해야 한다.

류연화 연구원은 “현대차의 계획대로라면 수소전기차가 일본을 앞질러 주도권을 잡게되겠지만 상품성이 한참 뒤쳐져 있고 기술적 한계가 있어 장기적으로 현대차에 부담이 될 것으로 본다”고 분석했다.

 

문재인 대통령이 지난 15일 청와대에서 '기업인과의 대화'에 참석한 정의선 현대차 수석 부회장과 악수하고 있다./사진=청와대
문재인 대통령이 지난 15일 청와대에서 '기업인과의 대화'에 참석한 정의선 현대차 수석 부회장과 악수하고 있다./사진=청와대

◆ "수소차냐, 전기차냐" 헷갈리는 차 부품업계

짧은 충전시간과 긴 주행거리가 수소전기차의 최대 장점이다. 

수소전기차가 고효율, 고출력보다는 긴 주행거리와 빠른 충전을 필요로 하는 버스, 트럭 등 대형 상용차 부분에서는 긍정적인 시장을 형성할 가능성이 있다.

현대차의 계획대로 연간 50만대의 수소전기차 생산체계가 갖춰지면 생산비용과 함께 판매비용도 크게 줄어들 것으로 보인다.

현대차 관계자는 "(수소전기차라는) 하나의 현상을 보고도 다양한 평가가 있을 수 있다. 수소전기차는 조금 더 기술적으로 접근해야 할 필요가 있다"며 "전기차의 최대 약점은 완충하는데 13시간이 걸린다는 것이다. 수소전기차는 충전시간과 주행거리가 전기차를 압도한다. 전기차의 단점을 보완한 것이 수소전기차"라고 평가했다. 

문재인 대통령도 스스로를 ‘현대 수소차 홍보모델’을 자처하며 '수소경제'에 박차를 가하고 있다.

하지만 문재인 정부와 현대차의 수소차 중심 수소경제 정책은 장기적으로는 모두에게 애물단지가 될 수도 있다는 지적이 나온다.

당장 부품 업체들은 정부와 현대차의 '수소 경제' 투자계획에 보조를 맞춰야 할지, 글로벌 트렌드인 전기차에 집중해야 할 지 갈피를 잡지 못하고 있다. 

지난 18일 서울 양재동 엘타워에서 열린 환경부의 '친환경차 보급정책 설명회'에서 한 중소기업 대표는 "대통령은 수소경제를 얘기하는 데 중소기업 입장에 서는 지금 한창 팔리고 있는 전기차와 수소차를 두고 어떤 선택을 해야 할지 고민"이라며 "대기업이야 모두 다룰 수 있겠지만 우리는 하나에 목숨을 걸어야 한다. 정부가 정확히 전기차와 수소전기차 중 어느쪽을 우선시 하는지 명확히 해달라"고 말했다.

 


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RLANALS 2019-01-22 11:36:23
문재인대통령님 사랑합니다...