정부가 17일 수소경제 활성화와 함께 육성하기로 한 수소전기자동차(FCEV)는 내연기관 대신 수소를 연료로 쓰는 연료전지를 이용한 친환경 차량이다.
통상 줄여서 수소차라고 부르지만, 원래는 수소전기차가 정확한 명칭이다. 실린더 내에서 수소를 직접 연소시켜 에너지를 얻는 수소차(Hydrogen Internal Combustion Engine Vehicle)와는 구동 방식이 엄연히 다르기 때문이다.
기존의 내연기관이 가솔린 등 혼합연료를 폭발시킨 힘으로 구동축을 돌리는 것과 달리 수소전기차는 전기모터가 구동축을 돌리게 돼 있다.
이때 수소전기차의 전기모터를 돌리는 전기 에너지를 생산해 내는 것이 바로 연료전지다.
수소전기차는 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환해 동력으로 사용한다.
우선 차량 외부에서 흡입된 공기를 필터로 걸러 산소를 만들어낸 다음 이를 차내 수소탱크에 저장된 수소와 연료전지 스택(전기발생장치)에서 결합시킨다.
이때 연료로 들어가는 수소는 세상에서 가장 가볍고 작은 원소로 상온 대기압에서 무색·무취·무미의 기체 상태이지만 산소와 결합을 통해 연소시키면 물로 생성된다. 수소전기차는 수소의 이런 성질을 이용한 것이다.
수소전기차의 연료전지 음극에 수소를 흘리고 양극에 산소를 공급하면 음극에서 수소분자가 수소이온과 전자로 분리되고 수소이온이 전해질 속으로 이동해 양극으로 전달된다.
이런 과정을 거치면서 두 전극 사이에 전기가 발생하고, 이 에너지로 모터가 돌아가면서 차량이 구동하게 된다.
양극에서는 수소이온과 산소가 결합해 부산물로 물(수증기)이 생긴다. 이외에 이산화탄소 등 공해물질이 전혀 나오지 않기 때문에 ‘궁극의 친환경차’로 불리기도 한다.
수소전기차는 엔진 대신 배터리와 모터로 구동한다는 점이 전기차(EV)와 유사하지만 사용하는 전지의 구조가 다르다.
전기차에는 전기를 공급해 충전하는 이차전지가 들어간다. 또 전기차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 사용해야 하지만, 수소차는 직접 에너지를 생산해 낼 수 있다는 점도 큰 차이다.
공해물질을 전혀 배출하지 않는 수소전기차와 달리 전기차는 화석연료나 원자력 발전을 통해 생산된 전기를 원료로 쓰기 때문에 환경문제 해결에 한계가 있다.
수소전기차는 공기 정화 기능도 갖췄다.
쉴새 없이 전기 화학 반응이 일어나는 연료전지 스택은 내구성을 확보하기 위해 청정 공기만 사용한다. 이 때문에 오염된 공기를 흡수하더라도 배기구로 배출할 때 투명하게 정화하는 시스템이 탑재돼있다.
현대차 넥쏘의 경우 공기 정화가 3단계로 이뤄진다.
우선 유입된 공기가 공기필터(먼지·화학물질 포집)를 거치면서 초미세먼지 97% 이상이 걸러지고, 두 번째로 막 가습기(가습막을 통한 건조공기 가습)의 막 표면에서 초미세먼지가 추가로 제거된다.
마지막으로 연료전지 스택 내부 미세기공 구조의 탄소섬유 종이가 들어있는 탄소기체확산층(공기를 연료전지 셀에 골고루 확산시키는 장치)까지 통과하면 초미세먼지의 99.9% 이상이 걸러지고 깨끗한 공기만 배출된다.
현대차에 따르면 넥쏘를 1시간 운행할 경우 공기 26.9㎏이 정화된다. 이는 체중 64㎏인 성인 42.6명이 1시간 동안 호흡하는 데 필요한 양이다.
단순 계산대로라면 넥쏘 10만대가 2시간(승용차 기준 하루 평균 운행시간) 달리면 성인 35만5천여명이 24시간 동안 호흡할 공기, 845만명이 1시간 동안 마실 수 있는 공기를 정화하는 셈이다.
수소전기차 충전은 차량 내 수소탱크에 수소 가스를 채워 넣는 방식으로 이뤄진다. 넥쏘의 경우 고효율 차세대 수소 연료전지 시스템을 탑재해 5분 정도만 충전하면 609㎞ 주행이 가능하다.