By JOCELYN TIMPERLEY, WIRED UK

전 세계 교통수단에 공급할 새로운 수단을 찾는 일이 기후 위기 퇴치의 중요한 요소가 되었다. 탑승 정원이 적은 소형 교통수단에는 친환경 대안 차량 중 하나인 수소 연료 전지가 동력을 공급하는 차량보다 배터리형 전기차가 미래라는 점에 의구심을 제기하는 이는 거의 없다. 하지만, 교통수단 규모가 커질수록 수소차가 갈수록 매력적인 대안이 된다. 친환경 버스 전환과 관련, 일각에서는 수소 동력이 배터리를 탑재한 전기버스보다 몇 가지 핵심 이익을 안겨줄 수 있다고 말한다. 궁극적으로 버스의 주요 기술이 다른 형태의 교통수단에도 영향을 미칠 수 있다.

배터리 전기차와 수소 연료 전지 차량 모두 비슷한 추진 시스템을 갖추었다. 모두 에너지를 저장해 전기 모터에 동력을 공급한다. 그러나 에너지를 수소로 저장하는 수소 연료 셀 차량은 교체형 배터리에 에너지를 저장하는 대신 연료 전지가 수소를 전기로 전환한다.

2020년 한 해의 전기차 판매량은 전년 대비 40% 증가한 300만 대에 육박했으며, 현재 전 세계 도로를 달리는 전기차 수는 1,000만 대이다. 수소차 등록률은 전기차 등록률 대비 1/1,000 수준이다. 전 세계 도로를 달리는 수소차 수는 단 2만 6,000대로 집계됐으며, 주로 한국과 미국(캘리포니아주 중심), 일본 3개국의 수소차 등록률이 압도적으로 높다. 현재 자동차 시장에서 도요타, 현대 등이 출시한 수소 연료 전지 차량 몇 가지 모델을 구매할 수 있으나 전기차보다 상대적으로 비싸고, 현재는 전력 공급이 어렵다는 문제가 있다. 수소 구매 비용 자체가 비싸며, 대다수 지역에서 찾아볼 수 있는 전기차 충전소보다 수소차 충전소가 훨씬 더 적은 탓이다.

그러나 차량 규모가 클수록 수소차보다 전기차 등록률이 훨씬 더 높다고 확언할 수는 없다. 차량 크기가 커질수록 더 큰 배터리가 필요하며, 전기화가 더 어렵다. 일부 전문가는 장거리 운행 트럭 등 에너지 집약도가 높은 차량 친환경 전략에는 전기화가 아닌 수소화가 가장 현명한 선택이라고 주장한다.

버스는 친환경 전략이라는 범주에서 승용차와 트럭의 중간에 두고 볼 수 있다. 옥스퍼드대학교 에너지·대중교통 체계 모델링 전문 연구원인 제임스 딕슨(James Dixon)은 “효율적인 친환경 교통수단 채택의 큰 문제는 대규모 버스이다. 배터리는 상대적으로 작아 에너지 밀도가 높다. 배터리 차량의 에너지 밀도는 액체 탄화수소 연료의 1/40으로, 휘발유나 디젤과 같은 수준이다”라고 설명했다. 딕슨이 부연 설명한 바에 따르면, 수소의 에너지 밀도는 석유 연료의 1/5~1/4 수준이지만, 전기차 배터리보다는 훨씬 더 높다. (에너지 밀도는 차 한 대당 단위 용적 질량 혹은 영역 대비 저장량을 기준으로 계산했다.) 
 
현재 중국 도로를 달리는 수소 연료 전기 버스 약 5,300대로, 전 세계 수소 연료 전기 차량보다 압도적으로 많다. 그러나 다른 여러 국가도 수소 연료 전기 버스 기술에 투자하고 있다. 북아일랜드에 본거지를 둔 버스 제조사 라이트버스(Wrightbus) 관리 총괄인 닐 콜린스(Neil Collins)는 라이트버스는 기술 회의론적인 태도를 지녔으며, 배터리형 전기 버스와 수소 연료 전지 버스를 모두 생산 중이라고 밝혔다. 라이트버스는 자사의 버스 생산을 위해 다른 경로로 이동하는 차량 모델을 구성할 툴에 버스 운행 고객사가 제공하는 이동 데이터를 투입해, 특정 경로에 최적화된 기술 솔루션을 찾고자 한다.

수소 차량의 장점은 전기차보다 짧은 충전 시간과 더 큰 탱크 영역 등이 있다. 그러나 콜린스는 수소 기술과 기반 시설이 더 비싸며, 전기 버스를 사용하는 업계의 기술 수준이 수소 기술 수준보다 훨씬 더 높다고 말했다. 딕슨도 수소 차량과 관련된 문제점으로 항상 안전성이 거론된 사실에 주목한다. 딕슨은 “광범위한 영역에 걸쳐 가연성이라는 제약이 있으며, 수소를 유출하지 않고 압축 컨테이너를 유지하는 것이 몹시도 어려운 것으로 악명높다. 기반 시설 측면에서 전기화가 훨씬 더 쉽다. 도로를 주행하는 액체 연료 트럭이 필요하지 않기 때문이다”라고 말했다.

그러나 콜린스는 기온이 높고 습하기도 한 홍콩처럼 언덕이 매우 많은 도시에는 수소차를 채택하는 것이 더 낫다고 말한다. 그는 “발열된 배터리 냉각 문제와 언덕 이동 시 배터리 소모 문제 때문에 홍콩과 같은 곳에서는 전기 버스 운행 시 문제를 직면하게 될 수 있다. 그러나 도시 지형이 비교적 평탄하면서 짧은 이동 시간, 극고온 혹은 극저온 환경이 아니라면, 배터리형 전기 버스를 운행하기 매우 좋을 것이다”라고 덧붙였다.

일부 지역은 수소차를 초기에 채택했다. 애버딘은 의회에서 버스와 승용차는 물론이고, 도로 청소 차량과 쓰레기 수거 트럭에도 연료를 공급할 수소 충전소 설치 이후 수소차 중심 도시가 됐다. 미국은 수소 차량 연료 공급 기반 시설 설치를 지원할 몇 가지 프로그램을 공식 발표했다. 그러나 현재 전기 버스가 더 보편화되었다.

수소차와 전기차 활용 비교 외에도 염두에 두어야 할 사항이 있다. 수소는 잠재성을 지닌 청정 연료라는 평가를 받는다. 청정 전기를 활용한 전기 분해 과정을 통해 연료를 생성하며, 연료 생성 원료의 온실가스 배출량이 없기 때문이다. 화석연료 업계는 메탄으로 수소를 생성해, 화석연료로 수소를 생성하지만, 탄소 배출을 억제하면서 지하에 보관하는 방안도 눈여겨보고 있다.

하지만, 현재 전 세계 수소 공급량 절대다수는 단순히 화석연료를 태우면서 확보한다. 이론적으로 메탄으로 생성한 수소는 배출량이 전혀 없지만, 실질적으로 여러 연구를 통해 입증된 바와 같이 여전히 배출량이 매우 많다. 딕슨은 “화석연료 포착 과정을 활용한 배출량 비율 범위는 현재 40~80% 수준이다”라고 언급했다.

콜린스는 수소가 잉여 재생에너지를 보관할 유용한 수단이 될 수 있다고 전했다. 그러나 딕슨은 지금도 차량에만 바로 사용하는 청정 전기 연료를 수소로 전환하는 방법의 효율성이 훨씬 낮다고 말한다. 게다가 현재 생산량이 상대적으로 적은 청정 수소는 장거리 대중교통과 철강 산업 등 전기화가 더 어려운 다른 부문에 필요할 수도 있다. 수소 버스의 모든 잠재성을 따져 보면, 결과적으로 장점보다 단점이 훨씬 더 많다.

마지막으로 딕슨은 “비용 문제를 고려했을 때, 모든 시민이 쉽게 접근할 수 있는 곳에서는 배터리형 전기차가 모든 대중교통의 친환경 전략에 있어 절대적인 정답이라고 할 수 있다. 대형 선박이나 비행기 등 물리적으로 전기화가 불가능한 상황을 제외한다면, 일종의 열역학 의무를 부담하더라도 전기차를 택해야 한다고 본다”라고 전했다.

** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
When It Comes to Buses, Will Hydrogen or Electric Win?