수소전기

수소전기(水素電氣, hydrogen electricity)는 수소와 산소의 전기 화학반응을 통해 발생한 전기이다. 부산물로는 순수한 물(H₂0)만 추출되며 연료전지를 통해 수소전기를 만들어낸다.

활용

수소자동차

수소자동차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 발생한 전기인 수소전기를 동력원으로 사용한다. 수소자동차는 추출 수소, 부생수소, 수전해 수소를 사용하여 수소전기를 만든다. 수소는 기체나 액체, 다른 물질과 결합한 화합물 형태로 저장 및 운송이 가능하다. 또한 수소는 수소충전소에서 사용하기 적합한 압력으로 조정하여 수소자동차의 수소탱크로 전달된다. 수소자동차는 수소와 반응시킬 산소를 공기 중에서 얻으며 3단계 공기정화 시스템을 통해 이물질을 제거한 공기를 사용하고 배출하기 때문에 대기 오염을 정화하는 역할도 한다. 수소탱크에서 공급된 수소와 외부의 공기에서 공급된 산소는 수소자동차의 연료전지에서 만나 전기와 순수한 물을 생산하고 전기는 동력원으로 사용되고 물은 밖으로 배출된다. 더불어 수소자동차는 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차는 내연기관과 모터를 동시에 사용함으로써 기존 내연기관 차량보다 배기가스를 적게 배출한다. 또한 전기자동차와 수소자동차는 운행 과정에서 배기가스를 전혀 배출하지 않는 친환경 차로 특히, 수소자동차는 공기 정화 효과까지 있어 친환경에 가장 부합하는 차량으로 평가받고 있다.

• 추출 수소 : 온실가스가 함께 발생하고 세계 수소 생산 분야에서 가장 보편적인 방식이다. 천연가스를 고온, 고압에서 분해하여 생산하는 수소로 발생한 이산화탄소 포집해 탄산 산업 원료로 활용할 수 있다.
• 부생수소 : 석유화학 공정 중에 부산물로 발생하는 수소로, 관련 산업이 발달한 국내에서 보편화한 수소 공급 방식이다. 부산물로 발생하는 수소를 활용하는 것으로 경제성이 높으며 수소 생산을 위한 공정이 아니므로 생산량에 한계가 있다.
• 수전해 수소 : 태양열, 풍력 등 신재생에너지으로 생산한 전기로 물을 분해해 생산하는 수소로, 가장 친환경적인 수소 생산 방식이다. 다른 수소 생산 방식보다 높은 생산비용이 발생하며 인프라 구축을 통해 중장기적으로 지향해야 할 수소 생산 방식이다.

수소전기버스

수소전기버스는 현대자동차㈜(Hyundai Motor Company)의 주요 모델로 일렉시티 수소전기버스가 있다. 수소전기버스는 자체 개발한 180kW 연료전지 시스템과 동급 최고 용량인 845L 수소 탱크 용량, 그리고 78.4kWh의 경제형 배터리 탑재로 교통 지체 구간이 많은 노선이나 장거리 운행 노선, 언덕 구간 등의 전기 소모율이 높은 운행 노선에 적합하며 정속 주행 시 1회 충전으로 서울모드 기준 474km를 주행할 수 있다. 또한 제트에프 신규 센트럴 모터 적용으로 품질을 확보하고 운영 효율을 강화하였다. 수소전기버스는 수소로 전기를 스스로 만들어 주행하는 수소전기를 이용한 연료전지 시스템을 통해 전력손실을 최소화로 이끈다. 저장된 수소와 공기 중 산소를 결합하여 화학반응으로 전기를 만들어 주행하는 연료전지 시스템을 적용하였으며, 또한 시험주행 및 수소탱크 낙하 충격 시험, 상온 압력 반복 시험, 극한 온도 반복 시험, 화염 시험 및 총격 시험을 통해 뛰어난 동력성능은 물론 수소 탱크의 안정성도 확보하였다. 수소와 공기 중 산소를 결합하여 전기를 생산하는 수소자동차의 공기 정화 기능은 3단계 필터링을 거치면서 물과 공기만을 배출하며 극대화한다. 수소전기버스 1대가 년간 86,000km를 주행할 경우 418,218kg의 공기가 정화되고 이는 성인 약 85명이 1년 동안 깨끗한 공기를 마실 수 있는 양이다. 현대자동차㈜의 수소전기버스는 전문과 중문에 초음파 센서를 설치하여 승객의 승/하차 시 안전사고를 예방하고 인공의 가상소음을 발생 시켜 보행자에게 차량의 움직임을 알려주고 차고지 등 좁은 곳에서 후진 시 운전자의 주차를 도와준다. 더불어 급선회, 급가속, 급제동 등 차량 주행상태에 따라 엔진 및 각 휠에 장착된 브레이크를 능동적으로 제어하여 차량 주행 안전성을 강화하고 안전사고를 미연에 방지한다. 더불어 전북 완주군은 2021년 4월 27일, 전북 완주군이 전국 최초로 관용 수소전기버스를 도입했다. 관용 수소전기버스는 2020년 10월 국회에 도입됐으며 지자체 중에서는 완주군이 처음으로 수소 도시 조성과 관련 산업 육성을 위한 초석을 다진다는 구상이다. 이 수소전기버스는 주민들의 보건 의료 셔틀 버스로 활용되며 전 좌석 안전벨트와 휠체어 탑승 장치를 갖춘 저상형으로 노약자, 장애인, 임산부 등 교통약자의 안전을 고려해 도입됐다. 1회 충전으로 약 430㎞를 주행할 수 있으며 봉동에 위치한 상용 수소충전소에서 13분이면 완전 충전이 가능하다. 전북 완주군 박성일 군수는 “완주군은 수소 시범도시 지정, 전국 최고 수소충전소 구축, 국내 유일 수소 용품 검사지원센터 유치 등의 쾌거를 이루며 수소 도시 완주의 위상을 공고히 하고 있으며, 앞으로 대한민국 수소경제 중심도시로 도약할 완주를 관심 있게 지켜봐 달라”고 말했다.

수소 전기 트럭

대형 트럭인 수소 전기 트럭의 핵심은 충전 시간과 주행거리이다. 탄소를 배출하지 않으면서도 충전시간이 짧고 주행거리가 긴 수소는 대형 트럭 연료로 적합하다. 수소 전기 트럭은 1회 충전 시간 8분에서 20분 동안 1회 충전만으로도 원활한 운행을 할 수 있고 1회 충전만으로 400km까지 운행할 수 있어 장거리 운행에 적합하다. 또한 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하는 핵심 장비인 연료전지 시스템을 사용하며 최대 출력 190kW이다. 연료전지의 전력을 저장하고 출력하며 제동 시 전력 회수도 담당하는 고전압 배터리 팩도 장착되어 있고 최저 비용으로 최대 효율을 낼 수 있는 동용량 탱크 7개인 수소 저장 시스템도 갖추고 있다. 더불어 스택 및 배터리에서 공급되는 전기에너지의 주행력은 최대 350kW이다. 현대자동차㈜는 유럽 스위스에서도 수소 전기 대형 트럭의 운행 실효성을 확인하기 위한 수소전기 대형 트럭 프로젝트를 진행하고 있다. 수소와 관련된 유럽 기업들과 전략적 파트너십을 맺고 2025년까지 총 1,600대 규모의 수소 전기 대형 트럭을 공급하며, 현지에서 수소 생산과 공급을 통해 수소 생태계를 구축해나갈 계획을 세웠다. 스위스뿐만 아니라 독일, 네덜란드, 오스트리아, 노르웨이 등 다양한 유럽국가의 친환경 상용차 시장에도 진출할 예정이며 실제로 현대자동차㈜는 2020년 7월 전남 광양시 광양항에서 세계 최초로 양산한 수소 전기 대형트럭 엑시언트 수소 전기트럭(XCIENT Fuel Cell) 10대를 선적하고 스위스로 수출했다.

참고자료

• 현대자동차㈜ 트럭버스 공식 홈페이지 - https://www-trucknbus.hyundai.com/kr
• 현대자동차㈜, 〈All About FCEV(수소전기차) 1 수소전기차는 어떤 원리로 움직이는가〉, 《에이치엠지 저널》, 2019-06-17
• 강명수 기자, 〈완주군, 관용 수소전기버스 들여왔다…지자체 최초〉, 《뉴시스》, 2021-04-27
• 현대자동차㈜, 〈수소 사회로 가는 수소전기차〉, 《에이치엠지 저널》, 2021-03-05

같이 보기

• 수소
• 수소자동차
• 수소연료전지
• 현대자동차㈜

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