보통 수소배터리 및 시스템 관련된 일을 한다고 하면...대체적으로 (전기)배터리쪽으로 이해하시는데 아무래도 접하기에도 좋고 지금 당장만 해도 테슬라 전기차가 유행이니까...(석사때 배터리 연구를 했었어야했ㄴ....)
수소산업에 내가 들어간 이상, 그래도 알아볼것은 알아봅시다!
- 일반 배터리(2차전지)와 수소연료전지는 무엇이 다를까?
최근 뉴스나 거리를 보면 전기차 관련 이야기가 끊이지 않고 나옵니다.
테슬라나 현대자동차의 아이오닉 같은 전기차를 떠올리면 대부분 '2차전지'라고 불리는 리튬이온 배터리를 생각하곤 하죠,
그런데 조금 더 깊이 뉴스나 기술 기사를 읽다 보면 '수소연료전지'라는 생소한 단어가 등장합니다. 같은 전지(배터리)라는 이름이 붙어 있는데, 이 둘은 대체 무엇이 다른 걸까요?
가장 알기 쉽게 설명하자면, 우리가 흔히 아는 일반 배터리는 '저장 장치'이고, 수소연료전지는 '발전기'입니다.
우리가 사용하는 스마트폰이나 일반 전기차의 배터리는 외부에서 콘센트를 꽂아 전기를 꾹꾹 눌러 담았다가 쓰는 구조입니다.
전기를 다 쓰면 다시 충전소나 집에서 몇 시간씩 전기를 채워 넣어야 합니다.
즉, 이미 만들어진 전기를 잠시 담아두는 '저장소' 역할을 하는 셈입니다.
반면 수소연료전지는 전기를 미리 저장해 두는 방식이 아닙니다.
차 안에 수소 탱크를 싣고 다니면서, 밖에서 들여온 공기 중의 산소와 수소를 반응시켜 그 자리에서 즉석으로 전기를 만들어내는 작은 발전기입니다. 충전기를 꽂아서 전기를 채우는 것이 아니라, 수소라는 '연료'를 넣어서 전기를 즉석 생산하기 때문에 '연료전지'라는 이름이 붙은것이죠.
또한 전기를 만드는 과정도 매우 간단합니다. 수소와 산소가 만날 때 나오는 부산물은 화학적으로 오직 '물(수증기)'뿐입니다. 매연이나 미세먼지는커녕 순수한 물만 배출하기 때문에 친환경 에너지의 완성형으로 불립니다.
- 친환경의 끝판왕 수소연료전지, 왜 아직 도로에서 보기 힘들까?
이렇게 들으면 "전기 충전하느라 오래 기다릴 필요도 없고, 수소만 넣으면 즉시 전기를 만들어 가니 훨씬 좋은 것 아닌가?"라는 생각이 듭니다. 실제로 수소차는 수소를 충전하는 데 3분에서 5분 정도밖에 걸리지 않아, 기존 가솔린이나 디젤 기름을 넣는 속도와 비슷합니다.
그럼에도 불구하고 왜 우리 일상이나 도로에서는 일반 전기차보다 수소차를 보기가 훨씬 더 어려울까요? 크게 세 가지 현실적인 걸림돌이 있기 때문입니다. (전기차에 밀리는 이유라고도 볼 수 있겠죠...ㅠㅠ)
첫째, 충전소 인프라의 부족입니다.
일반 전기차 충전기는 아파트 주차장이나 마트 등 전선만 연결할 수 있다면 비교적 쉽게 설치할 수 있습니다. 하지만 수소 충전소는 폭발 위험에 대비한 고압 설비와 안전 기준이 매우 까다롭고, 충전소 하나를 짓는 데 수십억 원의 막대한 비용이 들어갑니다. 그렇다 보니 내 집 근처에서 수소 충전소를 찾기가 매우 어려운 것이 현실입니다.
둘째, 비싼 비귀금속 소재와 기술적 가격입니다.
수소와 산소가 반응하여 전기를 만드는 핵심 부품 안에는 화학 반응을 돕는 '촉매'라는 물질이 들어갑니다. 그런데 이 촉매로 귀한 '백금' 같은 비싼 귀금속이 사용되는 경우가 많습니다. 비싼 재료와 복잡한 공정 때문에 수소연료전지 시스템 자체의 가격이 매우 비싸 차 가격이나 발전 설비 가격이 올라가게 됩니다.
셋째, 수소를 만드는 과정의 한계입니다.
수소 자체는 우주에서 가장 흔한 원소이지만, 지구상에서 순수한 수소 가스 형태로 그냥 굴러다니지 않습니다. 수소를 얻으려면 물을 전기 분해하거나 천연가스에서 수소를 뽑아내야 합니다. 이 과정에서 다시 전기가 들거나 이산화탄소가 발생하는 역설이 생기다 보니, 진정한 무공해 수소를 대량으로 싸게 만드는 기술이 아직 도달 과정에 있습니다.
- 수소연료전지 시대, 과연 언제쯤 본격적으로 열릴까?
그렇다면 수소연료전지는 그저 꿈의 기술로 끝나게 될까요? 그렇지 않습니다. 수소연료전지 시장이 본격적으로 개막되는 시점은 전문가들 사이에서 2030년 안팎으로 전망되고 있습니다. 그리고 그 시작은 일반 승용차보다는 '대형 산업 분야'부터가 될 가능성이 매우 높습니다.
무겁고 큰 짐을 싣고 하루에 수백 킬로미터를 달려야 하는 대형 트럭, 버스, 기차, 그리고 거대한 선박을 생각해 봅시다. 이런 대형 수송 수단에 일반 리튬이온 배터리를 넣으려면 배터리 무게만 수 톤에 달해 짐을 실을 공간이 없어집니다. 하지만 수소연료전지는 가벼운 수소 탱크와 연료전지만 탑재하면 되기 때문에 장거리 대형 운송 수단에 아주 적합합니다.
또한, 최근 AI 산업 발전으로 전기를 엄청나게 소비하는 '빅데이터 센터'나 대형 빌딩의 자가 발전용으로도 수소연료전지가 크게 주목받고 있습니다. 24시간 멈추지 않고 고품질의 전기를 안정적으로 만들어낼 수 있기 때문입니다.
현재 한국을 비롯한 세계 각국의 연구진과 기업들은 앞서 말씀드린 한계들을 극복하기 위해 피나는 노력을 기울이고 있습니다.
백금 대신 값싼 소재로 촉매를 만드는 연구, 작동 온도를 낮춰 장치의 수명을 늘리는 연구, 그리고 태양광이나 풍력 발전으로 만든 전기로 깨끗한 수소를 대량 생산하는 기술 등이 하루가 다르게 발전하고 있습니다.
결론적으로 수소연료전지는 당장 오늘 내일 상용화되어 모든 자가용을 대체하긴 어렵겠지만, 기술 격차가 줄어들고 대형 상용차와 발전소를 시작으로 우리 삶 속으로 서서히, 그리고 확실하게 스며들 것입니다. 친환경 에너지의 최종 목적지가 될 수소연료전지의 발전을 긴 호흡으로 관심 있게 지켜볼 가치가 충분합니다.
앞으로 조금씩이라도 더욱 수소 산업이..커져가기를 바랍니다!!