금년 1월 정부는 수소 경제 활성화 로드맵을 발표하였다. 수출분 포함 누적 기준으로 수소차 보급을 현재 1.8천대에서 2022년엔 8.1만대, 2040년엔 620만대로 확대하는 한편, 수소충전소도 현재 14개소에서 2022년엔 310개, 2040년엔 1,200개소를 확대하며 충전소 입지 제한 및 이격 거리 완화, 운전자 셀프 충전 허용 등 규제 완화도 추진한다는 것이다. 또한, 수소 대중교통 확대를 위하여 2040년까지 수소 택시 8만 대, 버스 4만 대, 트럭 3만 대를 보급하며 차종별 보조금을 차등 지급해가면서 버스와 택시 등의 연료비도 보조금으로 지급할 방침이다. 수소의 생산, 저장, 운송 등 수소 산업생태계 조성을 위한 노력도 추진하는바, 현재 314.6MW에 불과한 발전용, 가정∙건물용 연료전지 보급을 2022년 1.6GW, 2040년엔 17.1 GW까지 확대해 간다는 것이다. 또한, 수소 액체화, 고체화 등의 기술개발과 실증사업을 추진하는 한편, 파이프라인 확대, 운반 선박 개발, 해외 생산 인수기지 건설 등 다양한 수소 산업발전을 위한 사업도 추진하면서 규제 완화, 기준 마련 등도 추진한다는 것이다. 현시점에서 정부가 할 수 있는 최선의 정책을 선택한 것으로 판단된다. 이러한 정부의 계획에 대해 다양한 찬반논쟁이 일고 있다.

반대론자, “수소차보다 전기차에 집중해야”

반대론자들은 첫째, 자연 상태의 수소는 존재하지 않기 때문에 생산해야 써야 하는 데 수소생산에 소요되는 에너지가 수소를 소비하는 데 쓰는 에너지보다 크기 때문에 수소를 사용하면 할수록 에너지 소비는 많아지기 때문에 수소 경제는 지속 가능하지 않다고 주장하고 있다.

둘째, 수소차보다는 전기차에 집중해야 한다는 주장이다. 세계적으로 전기차는 이미 전력동력차 중 대세로 자리 잡아가고 있기 때문에 해외시장을 고려하여 수소차보다는 전기차에 집중하는 것이 타당하다는 주장이다. 한편, 수소차 대비 전기차 충전 속도가 느린 것은 사실이나 점차 전기차 충전시간이 단축되고 있어 조만간 이는 극복 가능하며, 충전소 건설비용이나 편리성 면에서도 전기차가 유리하다는 주장이다. 또한, 전기버스와 트럭이 급속 확대되고 있고 바지선 등 전기 선박도 운항되고 있으므로 대형차도 전기차로 보급하는 것이 가능하므로 구태여 수소차 보급이 필요 없다는 주장이다.

셋째, 수소 저장과 이동은 기술적으로 효율적이지 않다는 주장이다. 고압 저장 시 10% 이상의 에너지 손실이 있고, 액화 저장 시 30% 이상의 에너지 손실이 발생하므로, 저장과 이동 중 에너지 손실이 크다는 것이다. 특히, 효율 면에서 천연가스에서 수소를 추출하는 경우 효율은 70%이고, 이를 수소용기에 저장하는 경우 10%의 에너지 손실이 발생하며, 수송용 연료전지의 전기효율은 40%이므로 가스에서 추출한 수소를 사용하는 수소차의 에너지 종합효율은 0.7*0.9*0.4 =0.252, 즉 25%가 최대치이나, 가스 복합화력의 전력생산효율은 50% 이상인 점을 감안한다면 기존 전력망을 활용하여 배터리에 전기를 저장하여 사용하는 전기차가 수소차보다 에너지 효율적이라는 주장이다.

찬성론자, “전기차에만 집중하는 것은 손해”

찬성론자들은 반대론자와 다른 입장을 제시하고 있다. 먼저, 기존 에너지의 지속가능성 여부와 관련하여 수소는 강력한 해결책 중 하나가 될 수 있다는 의견이다. 초기에는 부생수소나 추출수소를 제한된 효율성 범위 내에서 사용하되 장기적으로는 수전해로 수소를 지속 생산할 수 있다는 것이다. 예를 들어, 미래에는 중동, 호주, 몽골 등 사막 지역에서 태양광으로 전기를 생산하고 인근의 물을 분해하여 수소를 만든 후 이를 액상화나 고체화시킨 후 대량으로 우리나라에 들여와 활용하는 것이 가능하다는 것이다. 이는 현재 쓸모없는 사막을 활용하는 것이고 기존 에너지를 사용하는 것이 아니기 때문에 수소를 생산하면 할수록 에너지 사용이 많아진다는 주장은 여기서는 타당하지 않게 된다는 것이다. 일본은 이미 호주에서 태양광을 통해 수소를 생산한 후 이를 본국으로 가져와 사용하는 실증사업을 계획하고 있는바, 미래에는 이러한 방식이 활성화될 수 있다는 인식이다. 다만, 대규모 태양광 발전, 수전해 효율성 개선, 액체화나 고체화 기술 업드레이드, 수소운송용 선박 개발 등은 향후 해결해가야 하는 과제라는 주장이다.

둘째, 수소차와 전기차와 관련해서는 전기동력차 중에서는 현재 전기차가 시장을 주도하고 있는 것은 사실이지만 수소차는 2013년에는 현대, 2014년엔 도요타, 혼다가 시장에 진입하였고 작년엔 다임러가 생산대열에 합류하는 등 시장형성 초기에 있으므로 전기동력차 시장의 미래가 불투명한 상황에서 전기차에만 집중하는 것은 손해라는 인식이다. 특히 전기차는 중국을 포함한 많은 업체가 이미 시장에 진입하여 일종의 경쟁시장으로 진화하고 있는 점을 감안한다면 아직까지 독과점적 경쟁우위 요인을 누릴 수 있는 수소차에서도 기술적 우위를 가져가면서 시장 선점을 해가는 게 중요하다는 주장이다. 폴크스바겐이나 수소위원회 등의 전망에 따르면 2040년경 수소차가 전체 자동차시장에서 차지하는 비중은 적게는 15%에서 많게는 25%에 이르기 때문에, 이 시장을 선점해가는 것이 중요하다는 것이다.

한편, 충전 시간 3분여, 한번 충전시 주행거리 600km, 화물차나 버스 등 무게가 나가는 장거리용에도 적합한 높은 에너지 밀도 등 수소차의 장점은 전기차가 단기간에 극복할 수 있는 것이 아닌 점을 고려할 때 전기동력차 중 수소차의 입지는 확실히 있다는 것이다. 충전소의 사회적 구축비용도 전기차 충전소 대비 크지 않다고 주장한다. 독일 H2 Mobility의 분석에 의하면 차량 보급 대수가 100만대 수준까지는 전기차 충전 인프라의 사회적 구축 비용이 수소 충전 인프라보다 적지만, 100만대 이후부터는 이 관계가 역전된다는 것이다. 또한, 가솔리차의 엔진 역할을 하는 스택에 들어가는 백금 사용량을 줄이는 등 기술혁신으로 대당 가격이 초기 1억 원 수준에서 불과 3∽4년 만에 6∽8천만 원 수준으로 인하되는 등 기술혁신이 빠른 점을 감안할 때 향후 규모의 경제만 갖춘다면 기존의 가솔린차에 대해서도 빠르게 가격경쟁력을 확보하리라는 것이다. 이들은 약 50만대의 생산을 가솔리차 대비 가격경쟁력 확보의 분기점으로 보고 있다.

셋째, 수소를 고압으로 저장하는 경우 10% 수준의 에너지 손실은 최근 저장기술 발달을 감안하지 않은 생각이라는 것이다. 최근에는 철재 소재가 아니라 폴리머, 탄소섬유로 만든 용기에 수소를 저장하는 방법이 확산되고 있는바, 이러한 소재로 용기에 기체수소를 저장하는 경우에는 수소가 금속 입자에 매몰되어 사라지는 취성문제가 발생하지 않으므로 에너지손실은 10%가 아니라 미미한 수준으로 발생한다는 것이다. 액화시 에너지 손실의 경우 아직은 충분한 경험적 데이터가 쌓이지 않아 판단하기 이르다는 주장이다.

한편, 천연가스로부터의 추출 수소를 수소차에서 사용하는 경우 에너지 종합효율은 0.7*0.9*0.4 =0.252, 즉 25%가 최대치이나, 가스 복합화력의 전력생산효율은 50% 이상이므로 기존 전력망을 활용하여 배터리에 전기를 저장하여 사용하는 전기차가 에너지 효율적이라는 주장도 타당치 않다는 것이다. 수소차 찬성론자에 따르면, 수소차의 경우 천연가스 추출 시 효율은 70%이고, 에너지 저장 시 효율은 무시할 만한 수준이며, 수소용 연료전지의 전기효율은 40%가 아니라 60%이므로 수소차의 에너지효율은 0.7*0.4 = 0.42, 즉 42%지만, 전기차가 천연가스로 만든 전기를 충전하여 사용하는 경우엔 가스 복합화력의 전력생산효율은 0.5, 전기차의 에너지 효율은 0.9이므로 전기차는 0.5*0.9 = 0.45, 즉 45%가 되어 양자 간 에너지 효율은 큰 차이가 없다는 것이다. 한편, 석탄으로 전기를 만드는 경우엔 전력생산효율은 불과 0.4이므로 전기차는 0.4*0.9 = 0.36, 즉 36%에 불과한 것으로 나타나, 화석연료로 전기를 만들거나 수소를 만들어 전기차 혹은 수소차가 이용하는 경우 에너지 효율은 별 차이가 없다는 주장이다.

우리나라, 친환경 차 분야에서도 ‘퍼스트 무버’로 나가는 계기 만들어야

이러한 반대론자와 찬성론자의 주장을 살펴본다면, 전기차뿐만 아니라 수소 경제와 수소차의 미래도 앞으로의 기술혁신의 전개양상과 산업전망에 달린 것으로 판단된다. 먼저, 기술혁신과 관련해서는 개방적이고 중립적 태도를 보이는 것이 바람직해 보인다. 전기차나 수소차 양자 모두 아직 기술혁신이 지속되고 있고, 자동차의 에너지원은 향후에도 다양할 수밖에 없으므로 양자 중 선택하여 집중할 것이 아니라 병행 발전시켜야 할 것이다. 금년 2월 프랑스 파리에서 세계 40여 개 자동차 생산국이 참여하여 개최된 OICA (Organization Internationale des Constructeurs Automobiles) 총회의 미래 자동차 콘퍼런스에서는 신에너지 사용 모빌리티와 관련하여 이러한 입장이 확인된 바 있다. 미래 자동차가 전기, 수소, 바이오메탄 등 다양한 에너지원을 활용하는 기술적 문제에 대해서는 중립성과 개방성을 견지해야 한다는 것이다. 각국 정부의 정책지원도 신기술 간 차별을 두지 않고 동등하게 이루어져야 한다는 점이 확인된 바 있다. 이러한 시각에서 유럽이나 미국 캘리포니아 등에서는 전기차와 수소차에 대한 정책지원이 차별 없이 동등하게 이루어져 왔고, 이러한 점이 우리가 수소차를 세계최초로 개발하였음에도 불구하고 수소차 시장이 이들 국가에서 먼저 열리게 된 이유가 되었다.

우리나라의 경우엔 세계 추세와는 역행 적으로 2011년 이후 정부는 지속적으로 전기차 위주의 정책지원만 추진한 바 있다. 정부의 이번 수소 경제로드맵 마련은 전기차와 수소차에 대한 지원이 차별 없이 거의 동등하게 이루지는 계기가 된 것이다. 대당 보조금이 수소차가 전기차 대비 높은 점은 전기차 시장은 이미 어느 정도 활성화되어 시장기능이 발휘되고 있는 점을 감안한다면 오히려 균형적 조치의 결과로 이해될 수 있다. 한편, 향후 미래 차 산업전망과 관련하여 대다수 기관이 수소차의 시장점유율이 전기차보다는 적지만 최소 15%에서 최대 25%의 점유율을 보인다고 전망하고 있어 수소차 시장은 우리로서는 포기할 수 없게 되었다. 이 부문에서 이미 기술적 우위를 가지고 있는 우리나라로서는 오히려 국내시장뿐만 아니라 세계 시장의 확대에도 힘을 기울여가야 할 것이다. 이런 면에서 정부의 로드맵 마련은 늦은 감이 있으나 적절한 조치라고 판단된다. 수소 경제뿐만 아니라 미래의 친환경 차 분야에서도 우리가 퍼스트 무버로 나가는 계기가 될 것이다. 학계, 연구계 그리고 업계와 정부의 합심 된 노력을 기대해본다.