현대자동차가 수소연료전지차를 양산을 시작해 이 분야 선도 기업으로 발돋움했다.
현대차가 독자기술로 양산에 성공한 투싼ix 수소연료전지차가 지난 7일 유럽을 향한 수출길에 올랐다. 현대차는 덴마크와 스웨덴을 시작으로 수소연료전지차에 대한 관심이 높은 유럽의 정부기관, 관공서 등을 중심으로 판매를 시작하며, 2015년까지 글로벌시장에서 총 1,000대 규모의 수소연료전지차를 판매해 나간다는 계획이다.
앞서 현대차는 지난달 26일 울산공장 수소연료전지차 전용 생산공장에서 수소연료전지차 양산 기념식을 열고, 글로벌 메이커들의 기술 각축장인 수소연료전지차 양산에 대한 청사진을 밝혔다. 국내 자동차 산업 반세기만에 이룬 쾌거다.
수소연료전지차는 기존 석유를 사용하는 내연기관 자동차와는 개념부터 다른 신개념 미래형 친환경차로 수소를 사용하여 순수한 물(수증기)만 배출되는 완전 무공해 자동차이기 때문에, 석유를 동력으로 사용하는 내연기관뿐만 아니라 하이브리드, 전기차 등을 넘어서는 궁극적인 미래 자동차로 인식되고 있다.
연료전지는 전해질을 사이에 두고 두 전극이 샌드위치의 형태로 위치하며 두 전극을 통해 수소이온과 산소이온이 지나가면서 전기를 발생시키고 부산물로서 열과 물을 생성한다. 연료전지의 음극(Anode)을 통하여 수소가 공급되고 양극(Cathode)을 통하여 산소가 공급되면 음극을 통해서 들어온 수소분자는 촉매에 의해 수소이온(H+)과 전자로 나누어진다. 나누어진 수소이온(H+)과 전자는 서로 다른 경로를 통해 양극에 도달하게 되는데, 수소이온(H+)은 연료전지의 중심에 있는 전해질(Electrolyte)을 통해 흘러가고 전자는 외부회로를 통해 이동하면서 전류를 흐르게 하며 양극에서는 다시 산소와 결합하여 물이 된다.
연료전지를 이용한 발전시스템은 수소탱크, 연료전지스택(fuel cell), 인버터 등으로 구성된다. 수소와 공기중의 산소는 전류를 얻기 위해 연료전지스택으로 공급된다. 연료전지스택 내에서 화학반응으로 발생된 전류는 DC전류이며 인버터를 통해 AC전류로 변환된다.
가솔린 내연기관의 에너지 효율이 20%에 불과한데 비해, 연료전지의 에너지 효율은 40∼60%로 에너지 효율이 극히 높으며, 물 이외는 아무 것도 배출되지 않는 친환경 에너지이다.
세계 최초로 양산되는 투싼ix 수소연료전지차는 지난 14년 간의 현대차 수소연료전지 기술력의 결실로서, 미래 친환경차로 주목 받는 수소연료전지차 시대를 주도하기 위한 현대차의 야심작이다. 투싼ix 수소연료전지차는 1회 수소 충전으로 최대 594km까지 주행이 가능하다. NEDC 유럽 연비 시험 기준으로 100km를 주행하는데 0.96kg 수소가 사용된다. 이는 가솔린 엔진으로 환산하면 27.8km/ℓ에 상당하는 에너지량이다. 독자 개발한 100kW급 연료전지 시스템과 2탱크 수소저장 시스템(700기압)이 탑재되었고 영하 20도 이하에서도 무리없이 시동이 걸린다고 현대차 측은 설명했다.
연료전지차의 핵심인 연료전지 스택, 운전장치, 인버터 등 ‘연료전지 시스템의 모듈화’로 탑승자들에게 보다 넓고 안락한 실내공간을 제공하며, ‘상압식(ambient pressure) 연료전지 작동방식’을 사용해 연비는 높이고 소음은 줄이는 등 상품성을 높였다.
현대차는 투싼ix 수소연료전지차 개발을 위해 120여 개 국내 부품사와의 기술개발 협력을 통해 핵심 부품의 95% 이상을 국산화하는 등 독자 기술 확보에도 노력을 기울여 왔다.
또한, 수소연료전지차 전용 라디에이터 그릴, 범퍼, 포그램프, 슈퍼비전 클러스터, 7인치 네비게이션 등을 새롭게 개발 적용해 상품성을 높였고, 수소연료전지차의 핵심인 연료전지 스택, 운전장치, 인버터 등 ‘연료전지 시스템의 모듈화’로 기존 가솔린차량 엔진크기와 유사한 수준의 시스템을 적용해 생산성 및 정비 편의성도 향상시켰다.
현대차는 수소연료전지차의 성공적인 양산을 위해 울산공장 내에 신개념 운반 설비 등 새로운 생산 공법을 적용한 수소연료전지차 전용 생산공장을 별도로 구축했다. 생산된 수소연료전지차량의 수소 충전 및 기밀 검사 시설 운영 등을 통해 고품질의 수소연료전지차 양산이 가능토록 준비를 마쳤다. 현대차의 수소연료전지차 양산 체계 구축은 2015년 이후 양산예정인 벤츠, GM, 토요타 등 글로벌 업체들보다 최소 2년 빠르게 이룬 것이어서 더 큰 의미를 갖는다.
투싼ix 수소연료전지차는 올해 초 벤츠, 볼보, 보쉬 등 글로벌 자동차 및 부품관련 회사들을 제치고 벨기에 브뤼셀 모터쇼에서 ‘2013 퓨처오토 어워드’ 1위에 선정되는 등 유럽지역에서 수소연료전지차 분야 독자적 기술력을 인정받았다.
또한 현대차는 2011년 1월 ‘북유럽 4개국 연료전지차 시범보급 MOU’ 등을 시작으로 10월에는 EU 수소연료전지 정부과제 운영기관인 FCH-JU가 공모한 EU 의회 수소연료전지차 시범운행 사업에 투싼ix 수소연료전지차 단독 선정, 작년 9월에는 덴마크 코펜하겐市에 관용차로 총 15대의 투싼 ix 수소연료전지차를 공급 계약을 하는 등 유럽 지역에서 독자적 기술력과 상품성을 인정받고 있다.
현대차는 1998년 수소연료전지차 개발에 착수해 2000년 11월 싼타페를 모델로 수소연료전지차를 처음 선보인 후 미국, 유럽, 한국 등의 시범운행 사업에 꾸준히 참가하며 기술력을 축적해 왔다. 경쟁사와 비교해 10년 이상 늦게 수소연료전지차 연구 개발에 나선 것. 현대차는 16년 간 전세계 지역별 다양한 도로환경에서의 테스트와 시범운행을 통해 성능, 품질, 내구성을 검증해 왔고, 최근 그 동안 개발된 차량들의 총 누적 주행거리가 430만km를 돌파하는 등 수소연료전지차 분야에서 독자적 기술 경쟁력을 쌓으며 기술 경쟁력을 확보하게 됐다.
현대차는 2000년 11월 싼타페를 모델로 수소연료전지차를 처음 선보인 후 2006년에 독자 기술로 투싼 수소연료전지차를 선보였고, 이번에 양산하는 투싼ix 수소연료전지차는 2010년 3월 제네바모터쇼에서 첫 선을 보여 전세계로부터 주목을 받은 독자 3세대 모델이다.
현대차는 2004년 미 국책사업인 연료전지 시범운행 시행사로 선정되며 미국 전역에서 수소연료전지차 32대를 시범운행, 차세대 환경친화 자동차 개발경쟁에서 주도적인 시장확보를 이끌어 낼 수 있는 계기를 마련했다.
이런 기술력을 바탕으로 수소연료전지차 경주대회인 미쉐린 챌린지 비벤덤(Michelin Challenge Bibendum)에서 차량개발 1년 만인 2001년 두 개 부문 금메달, 2003년에는 5개 부문 금메달, 3개 부문 은메달을 획득했고, 2004년 개발된 투싼 수소연료전지차가 2007년 대회에서는 환경평가 전 부문에서 최고등급을 기록하며 세계 최고 수준의 성능과 기술력을 인정받았다.
2008년 8월에는 투싼 수소연료전지차 2대와 스포티지 수소연료전지차 1대 등 자체 개발한 연료전지시스템을 적용한 차량으로 미국 에너지부(DOE)와 캘리포니아 연료전지 파트너십(CaFCP) 주관으로 열린 ‘수소연료전지차 로드 투어’ 행사에서 미국 동부 메인주의 포틀랜스시에서 출발하여 캘리포니아 LA에 이르는 총 7,300km 구간 중 수소충전을 할 수 없는 3,300km를 제외한 4,000km를 모두 완주해 미국 대륙 동서 횡단에도 성공했다.
2008년 LA 모터쇼에서 처음 선보인 기아차 모하비 수소연료전지차는 3탱크 수소저장시스템(700기압)을 적용하여 수소연료 1회 충전만으로 685km를 주행할 수 있는 양산차 수준의 주행거리를 확보했고, 시범주행 행사에서 한 번 충전으로 미국 샌프란시스코와 로스앤젤레스간 633km 거리를 완주해 실용성을 증명했다.
현대차는 2006부터 2010년까지 지식경제부의 지원을 받아 수소연료전지차 30대와 수소연료전지버스 4대를 시범 운행한 바 있으며, 2009년부터 2013년까지 총 100대(모하비 52대, 투싼ix 48대)의 수소연료전지차를 사회복지, 환경관리, 시설관리 등의 사회적 실증을 목적으로 서울시와 울산시에서 운행하고 있다.
또한 2011년부터 올해 말까지 수소연료전지버스 2대를 인천국제공항 여객터미널 무료 셔틀로 운행하며 일반인에게 수소연료전지차의 우수성을 체험할 수 있는 기회를 제공하고 있다.
한편 현대차가 수소연료전지차를 양산한 것이 세계 최초인지에 대해서는 논란의 여지가 있다. 지난 2008년 일본 혼다가 4인승 수소연료자동차 ‘FCX 클러리티’ 양산에 나섰다는 보도가 있었다. FCX 클러리티는 공공기관 등을 대상으로 리스 대여 형식으로 보급됐었다. 그러나 혼다는 그 이후 수소연료차와 관련해 이렇다할 성과를 내놓지 못하고 있다.
분명한 것은 현대차가 이제 기술 선도 기업으로 친환경자동차 산업을 리드하게 됐다는 점이다. 선두 업체들을 추격하던 입장에서 이들의 추격을 받으며 기술을 선도하는 선두 기업으로 우뚝 선 것이다.
오종훈 yes@autodiary.kr