충전, 고민 넘어 고통으로
수소연료전기차가 해결사
‘3분 충전’에 504km 주행
원자재, EV보다 90% 절감
수소 연료전기차인 BMW iX5 하이드로젠 주행 [사진제공=BMW]
“충전은 전쟁, 주차살인이 남일 아니네”
친환경 자동차 대표주자로 각광받는 전기차(EV)가 충전 때문에 발목을 잡힐 위기에 처했다.
‘테슬라 붐’이 일으킨 폭발적인 전기차 성장세를 충전 인프라스트럭처가 충분히 뒷받침해주지 못하고 있어서다.
일론 머스크의 테슬라 모델3가 일으킨 전기차 돌풍은 서서히 다가오던 전기차 시대를 급속도로 앞당겼다.
모델3 돌풍에 자극받은 메르세데스-벤츠, BMW, 아우디, 볼보, 포르쉐, 현대차, 기아, 폴스타, 미니(MINI) 등 세계적인 자동차 브랜드들이 앞 다퉈 진출했다.
덩달아 판매도 급증하면서 충전 시스템이 부족해졌다. 충전은 고민을 넘어 고통이 됐다. 거주 공간, 휴게소 등지에 충전 시스템이 구축되고 있지만 현재로선 턱없이 부족한 상태다.
충전하기 위해 기다리며 낭비하는 시간도 많다. 5분 이내 찾을 수 있고 5분 이내 기름을 넣을 수 있는 주유소에 익숙한 운전자들에겐 충전은 ‘전쟁’이다.
주차 문제로 다투다 감정이 격해져 사람까지 죽이는 ‘주차 살인’처럼 ‘충전 살인’이 발생할 수도 있다는 우려가 나올 정도다.
수소문 결과, FCEV가 정답
BMW iX5 하이드로젠 충전 시연 [사진촬영=최기성 매경닷컴 기자]
‘수소문’ 결과, 찾은 해결책은 같은 전기차다. 수소를 사용해 전기를 발생시키는 게 다를 뿐이다.
수소는 지구상에서 9번째로 풍부하다. 지구 전체질량의 0.9％를 차지한다. 우주 전체에서 존재하는 모든 물질 질량의 75％를 차지할 정도로 풍부하다.
전기차는 배터리에 전기를 충전시켜 저장된 전기 힘으로 움직인다. 수소 연료전기차(FCEV)는 연료탱크에 수소를 주입한 뒤 수소와 산소가 결합할 환경을 조성한 뒤 전기를 만들어 움직인다.
여기서 전기차 충전 고통을 해결할 수 있는 방법을 찾았다. 전기를 충전하는 데 걸리는 시간보다 수소를 충전하는 시간이 매우 짧아서다.
전기차는 급속충전할 경우 아무리 빨라야 18분(80% 기준) 걸리지만 수소는 3~5분이면 된다. 휘발유 주유 시간과 크게 차이나지 않는다.
세계 최초 수소 연료전지는 1839년 영국 왕립 연구원에서 근무하던 윌리엄 로버트 그로브가 개발했다.
그는 물(H20)에 전기를 가하면 수소(H)와 산소(0)로 분리되는 것을 알아냈다. 반대로 수소와 산소를 합치면 전기가 발생할 것이라는 가설을 세운 뒤 연구한 결과, 세계 최초로 수소 연료전지를 만들었다.
석유를 사용한 내연기관 차량에 밀려 수소 연료전지는 존재감을 잃었다가 100년이 훨씬 지난 1950년대 차량에 처음 사용됐다.
1950년대에는 오스트리아 출신 과학자로 미국으로 이주한 카를 코르데쉬는 수소 연료전지를 탑재한 차를 만드는 데 성공했다.
미국 제너럴모터스(GM)은 코르데쉬의 연료전지를 기반으로 1966년 차량을 만들었다. 단, 연료전지 부피가 너무 큰데다 촉매로 사용한 백금도 비싸 프로젝트를 중단했다.
BMW iX5 하이드로젠, ‘수소혁명’ 태동
수소 연료전기차 BMW iX5 하이드로젠 [사진제공=BMW]
현재 수소 연료전기차에 적극적인 자동차 브랜드는 현대차, 토요타, BMW다. 현대차는 넥쏘, 토요타는 미라이를 각각 앞세워 ‘수소혁명’을 일으키고 있다.
이중 BMW는 기존의 가솔린 엔진을 개조, 수소 에너지를 직접 연소시켜 에너지를 얻는 수소차인 BMW 하이드로젠7을 지난 2005년 선보였다.
가솔린 모드로 500km, 수소 모드로 200km 주행할 수 있는 이 차량은 100대 가량만 제작됐다. 2008년에는 국내에서 시승행사를 진행하기도 했다.
단, 수소 연료전기차와 달리 영하 253도로 응축된 액화수소를 차량에 보관해야 하고 소모량도 많기 때문에 당시 기술로서는 양산이 어렵고 비용도 많이 든다는 평가를 받았다.
아픔을 겪었지만 가능성을 파악한 BMW는 2011년부터 수소 연료전지 기술을 축적하고, 지난 2013년부터는 토요타와 함께 SUV를 활용한 수소 연료전기차 공동 개발에 들어갔다.
그 결과물이 BMW X5를 기반으로 만든 BMW iX5 하이드로젠이다. 지난 2019년 IAA 모빌리티에서 콘셉트카로 첫선을 보인 뒤 2년 뒤 파일럿 모델로 등장했다.
이달 9일까지 킨텍스(경기도 고양)에서 열린 2023 서울모빌리티쇼에서도 국내 최초로 공개됐다.
추운 날씨에도 주행거리 줄지 않아
BMW iX5 하이드로젠 [사진제공=BMW]
BMW코리아는 지난 11일 BMW 드라이빙센터(인천 영종도)에서 BMW iX5 하이드로젠 설명회와 시승회를 열었다.
BMW에 따르면 BMW iX5 하이드로젠의 파워트레인은 후륜에 장착된 드라이브 유닛과 이 모델을 위해 특별 개발된 리튬 이온 배터리로 구성된다.
파워트레인에는 전기 모터와 변속기, 파워 일렉트로닉스를 소형 하우징에 통합한 5세대 BMW eDrive 기술이 적용됐다. 최고출력은 401마력에 달한다. 제로백(정지 상태에서 시속 100km까지 가속하는 데 걸리는 시간)은 6초 이하다.
연료전지에 공급되는 수소는 탄소섬유 강화 플라스틱으로 만들어진 두 개의 700바(bar)급 탱크에 저장된다. 약 6kg의 수소 연료를 저장할 수 있다.
탱크를 가득 채우는데 걸리는 시간은 3~4분에 불과하다. BMW iX5 하이드로젠은 한 번의 수소 충전으로 약 504km(WLTP 기준)를 주행할 수 있다.
장점은 또 있다. 전기차는 날씨가 추울 때는 주행거리가 20~30% 가량 줄어든다. 수소 연료전기차는 날씨에 상관없다.
원자재 사용량, 전기차의 10분의 1
위르겐 굴트너 박사 [사진제공=BMW]
문제는 충전소다. BMW는 충전소 건립현황을 보면 이 문제도 해결될 것으로 기대한다.
이번 행사를 위해 방한한 BMW그룹 수소기술총괄 위르겐 굴트너 박사는 “전기차가 많아질수록 충전소의 케이블을 보강하고 변전소를 늘려야 하기 때문에 비용도 함께 증가한다”며 “반면 매킨지 보고서에 따르면 수소충전 인프라의 경우 초기 투자비용이 많이 들지만 운행차량이 많아지더라도 전기차 충전소보다 비용을 아낄 수 있다”고 말했다.
굴트너 박사는 아울러 “지난 10월 기준으로 전 세계에 총 1000개 이상의 수소충전소가 건설됐고 한국에도 141개가 있는데다 앞으로도 빠르게 증가할 것”이라며 “예전에는 연속 충전이 쉽지 않았지만 현재에는 한 대의 충전기로 10대 이상의 차량을 계속 충전할 수 있을 정도로 기술도 발전했다”고 강조했다.
아울러 “전기차와 수소 연료전기차를 함께 충전할 수 있는 인프라를 운영하면 따로따로 가동할 때보다 경제적이라는 연구도 있다”며 “게다가 수소 연료전기차는 전기차 대비 원자재 사용량이 10분의 1 수준에 불과하다”고 덧붙였다.
BMW iX5 하이드로젠 타보니
BMW iX5 하이드로젠 주행 [사진제공=BMW]
BMW는 BMW ix5의 성능의 우수성도 강조했다. 마틴 셰럴 BMW 하이드로젠 드라이브 트레인 매니저는 “BMW 수소연료전지차는 뛰어난 가속력, 부드러운 승차감을 발휘한다”며 “장거리 사용 때도 전혀 문제가 없다”고 밝혔다.
실제 시승에서도 BMW iX5 하이드로젠은 이질감 없는 매력을 발산했다. BMW iX5 하이드로젠은 기존 X5와 사실상 같은 모습이다. 친환경 대표색상인 파란색으로 꾸민 그래픽을 적용한 게 차이점과 존재감을 알려줄 뿐이다.
실내도 별 차이가 없다. 디스컬 계기판에 수소차 전용 소프트웨어를 적용했을 뿐이다.
성능? 역시 다이내믹한 BMW SAV 성향과 조용한 전기차 특성을 계승했다. 서킷에서는 역시 BMW SAV답게 코너를 날카롭게 공략한다.
지그재그 구간에서도 좌우 흔들림이 적다. 누군가 코너를 이탈하지 않도록 양 어깨를 잡아주는 느낌이다.
직선 구간에서 풀 가속을 하면 조용하지만 힘차게 속도를 높인다. 급감속 때도 불안감을 주지 않았다.
BMW iX5 하이드로젠 [사진촬영=최기성 매경닷컴 기자]
전기차보다 더 친환경적이면서 내연기관의 재미도 추구한 수소 연료전기차는 기술 발전에 힘입어 앞으로도 성장세가 계속될 것으로 전망된다.
글로벌 시장조사업체 마켓 리서치 퓨처(MRFR)에 따르면 글로벌 수소차 시장 규모는 2022년 12억달러(1조5732억원)에서 2030년에는 468억달러(61조3548억원)로 급증한다. 매년 70% 가까이 성장한다는 뜻이다.
매일경제
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