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미래 수소차 시대 열린다, ‘기술극복·균형적인 투트랙 정책 절실’

2019서울모터쇼, ‘지속가능한 미래에너지와 자동차산업’ 세미나 개최 PINEWSl승인2019.04.08l수정2019.04.08 10:41

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서울모터쇼조직위원회는 ‘지속가능한 미래에너지와 자동차산업’을 주제로 한 세미나를 4월 5일 개최했다. 이 세미나는 “지속가능하고 지능화된 이동혁명(Sustainable, Connected, Mobility)”이라는 2019서울모터쇼 주제에 따라 지속가능한 미래에너지 동향 및 발전방향을 제시하고 미래에너지 인프라 구축방안 등을 모색하기 위해 마련됐다.

킨텍스 제1전시장에서 개최된 이날 세미나에는 이항구 산업연구원 선임연구위원, 이기형 한양대 교수, 김재경 에너지경제연구원 연구위원, 이영철 한국가스공사 수석연구원, 김민수 서울대 교수가 발표자로 나섰다. 자동차업계, 학계, 연구계 관계자 및 일반인 등 약 200여명이 참석했으며, 국내외 미래에너지에 대한 최신 동향과 정보 등을 공유했다.

▲ 한국자동차산업협회가 주최한 ‘지속가능한 미래에너지와 자동차산업’ 세미나에서 이항구 산업연구원 선임연구위원이‘에너지 측면에서 본 자동차산업의 미래’를 주제로 발표하고 있다.

이항구 산업연구원 선임연구위원은 ‘에너지측면에서 본 자동차산업의 미래’를 주제로 발표했다. 이항구 선임연구위원은 “석유수요는 2030년대 초에 최대치에 도달, 2035년 전기차 보급 1억대를 상회하면서 감소세로 전환할 것”이라며 “반면 수소에너지는 2020년 이후 지속적으로 증가할 것”이라고 말했다. 또한 미래차의 전개는 “중단기적으로 수소차와 전기차가 병행하여 발전하지만 장기적으로는 수소사회 전환과 함께 수소차 시대가 전개될 것”으로 전망했다. 또 “이에 주요국들은 수소차 등의 미래차 산업 경쟁력 제고를 위해 정책 지원을 확대하고 있다”고 설명했다.

 

<주요국의 수소차 및 충전소 보급계획>

- 중국은 2030년 수소차 100만대 보급, 2025년 수소충전소 300개소 구축

- 미국 에너지부는 수소생성 연구에 3100만달러 지원, 미국 캘리포니아주는 2030년 수소차 100만대 보급, 수소충전소 1,000개소 구축

- 유럽은 미래 6대주요 과제로 연료전지기술 선정

- 일본은 세계 최초의 수소사회 실현 목표로 2020년 충전소 160개, 2025년 수소전기차 20만대 보급

이어 이기형 한양대 교수는 ‘에너지원별 자동차기술의 장단점 및 해결과제’를 주제로 강연했다. 이교수는 자동차 동력원(내연기관차, 하이브리드차, 전기차, 수소차 등)별 장단점이 있어, 상당기간 시장에서 혼재할 것으로 예상했다.

 

<자동차 동력원별 강점>

- 내연기관은 우수한 경제성, 기술완성도로 시장을 주도하고 있으며, 환경성도 대폭 개선되어 2000년 이후 현재까지 미세먼지 배출 90% 이상 감소

- 하이브리드차는 엔진과 전기동력의 효율적 분배로 연비 대폭 향상

- 전기차는 배터리가격이 2010년 대비 2016년까지 70~80%감소하고, 정책적 지원으로 시장 급성장

- 수소차는 차량단위의 우수한 환경성과 수소에너지경제 선도 가능

이교수는 “자동차 동력원별 시장전망이 다양하고 기술적 장·단점이 있기 때문에 특정 기술에 집중하기보다는 기술별 균형적인 정책이 필요하다”며, “신에너지 자동차의 시장성이 확보될 때까지 단기적으로는 내연기관의 전동화 및 후처리 장치, 하이브리드 기술에 투자하고, 장기적으로는 친환경 자동차(전기차, 수소차)의 핵심기술 개발 및 인프라 보급에 투자해야 한다” 고 말했다. 아울러 “미래 자동차산업 경쟁력 확보 관점에서 세계적인 수소차 기술력을 갖고 있는 국내 자동차산업의 강점을 활용할 필요가 있다”고 강조했다.

▲ 한국자동차산업협회가 주최한 ‘지속가능한 미래에너지와 자동차산업’ 세미나에서 이기형 한양대 교수가 ‘에너지원 별 자동차기술의 장단점 및 해결과제’를 주제로 발표하고 있다.

다음으로 김재경 에너지경제연구원 연구위원은 ‘수소에너지 사회로의 전환을 위한 전략’을 주제로 한 발표에서, “수소차에 대한 환경성 논란은 수소경제로드맵의 이행으로 우려를 불식시킬 수 있다”며 “수소차로 1km를 주행할 때, 2020년 평균적으로 CO2 73g/km이 배출되나 2040년에는 24g/km까지 줄어들게 된다. 특히 CO2에 강점이 있는 경유차를 대체할 경우에도 차량 1대당 2020년에는 연간 1.8톤, 2040년에는 3.6톤까지 줄일 수 있다. 수소경제 활성화 로드맵 누적목표(2022년 6.7만대, 2040년 290만대)에 따라 수소차를 보급할 경우 2040년에는 약 1천만톤까지 줄일 수 있다”고 말했다. 또 “수소경제 활성화를 위한 수소차 보급 확대는 국내 온실가스 저감에 기여할 수 있다”고 설명했다.

이영철 한국가스공사 수석연구원은 ‘수소충전소 기술과 경제성 확보 방안’을 주제로 한 발표에서 “중대규모 수소 추출 공장을 대도시 주변이나 천연가스 인수기지 등에 설치하여 수소배관으로 수소를 공급하면 소비자에게 저렴한 가격으로 판매할 수 있을 뿐만 아니라 수소충전소도 조기 경제성 확보로 안정적 운영이 가능할 것이다”라며, “특히 이러한 방식은 대도시권 대중교통인 수소버스용 수소 공급에도 적합하다”고 말했다.

끝으로 김민수 서울대학교 교수는 ‘수소차 기술 경쟁력 확보를 위한 과제 및 전망’을 주제로 발표했다. 김교수는 “차량가격 인하 및 내구성 증진을 위한 기술개발이 수소차 경쟁력 확보의 과제이며, 기술개발과 더불어 대량생산으로 수소차의 가격이 하이브리드차 수준으로 낮아질 것으로 전망된다.”고 발표했다. 그리고 “국내 수소차 기술은 세계 최고 수준이며, 현대차는 1만대 생산체계를 금년 중에 조기 구축하는 등 생산체제도 확대할 계획이다. 이를 달성하기 위해 정부는 2022년까지 310개소를 구축한다는 수소충전소 구축로드맵 이행이 반드시 필요하며 특히 조기에 더 많이 구축되어야 할 것이다”라고 말했다.

한편, 2019서울모터쇼에는 전기차 전문 브랜드 등 모빌리티 관련 업체가 참여했다. 또 한국전력, 한국동서발전 등 에너지 기업, 수소융합얼라이언스 및 소속기업 등 13개사가 참가하는 등 지속 가능한 에너지를 통한 친환경적 진화 및 모빌리티의 미래 모습을 소개하고 있다. 2019서울모터쇼는 오는 7일까지 경기도 고양 일산 킨텍스에서 열린다.

 

 

< 세미나 개요 >

∙ 주제 : 지속가능한 미래에너지와 자동차산업

∙ 일시/장소 : ‘19.4.5(금) 14:00~17:00 / KINTEX 제1전시장 212호

∙ 참석자 : 자동차업계, 학계, 연구기관 관계자, 일반인 등 약 150명

 

① 에너지측면에서 본 자동차산업의 미래 (산업연구원 이항구 선임연구위원)

● 석유수요는 2030년대 초에 최대치 예상 (맥킨지)

- 2035년 전기동력차 보급이 1억대를 상회하면서 석유수요 감소세로 전환

● 중국과 EU 등의 환경규제는 전기차와 수소전기차 등 친환경차 수요 촉발

- 미국 켈리포니아, 중국 등 일정 비율 친환경차 판매의무 규제

- 2030년 EU CO2 규제는 전기차, 수소전기차 판매 없이는 규제달성 불가능

● 주요국은 전기차, 수소차 등의 미래에너지차 산업 육성

- 중국은 2030년 수소차 100만대 보급, 2025년 수소충전소 300개소 구축

- 미국 에너지부는 수소생성 연구에 3100만달러 지원, 미국 캘리포니아주는 2030년 수소차 100만대 보급, 수소충전소 1,000개소 구축,

- 유럽은 미래 6대주요 과제로 연료전지기술 선정

- 일본은 세계 최초의 수소사회 실현 목표, 2020년 충전소 160개, 2025년 수소전기차 20만대 보급

● 중단기적으로는 전기차와 수소차가 병행 발전하다 장기적으로는 수소전기차 시대가 전개될 전망

- 미국, 일본, 중국, 한국 등이 수소전기차 보급을 선도할 전망

* 2030년 수소전기차 보급계획(단위 : 만대) : 미국 100, 일본 80, 중국 100, 한국 63

- 수소전기차는 배터리전기차보다 적은 충전소 요구

- 2030년 이후 주요국의 충전소 구축이 확산되면서 수소전기차 보급 가속화 전망

* 2030년 주요국 수소충전소 구축계획 : 미국 1,200개, 일본 900개, 프랑스 1,100개, 중국 500개, 독일 1,000개, 한국 520

 

② 에너지원별 자동차기술의 장단점 및 해결과제 (한양대학교 이기형 교수)

● 자동차 동력원(내연기관차, 하이브리드차, 전기차, 수소차 등)별 장단점으로 상당기간 시장에서 혼재할 것으로 예상

- 내연기관은 우수한 경제성, 기술완성도로 시장을 주도하고 있으며, 환경성도 대폭 개선되어 2000년 이후 현재까지 미세먼지 배출 90% 이상 감소

- 하이브리드차는 엔진과 전기동력의 효율적 분배로 연비 대폭 향상

- 전기차는 배터리가격이 2010년 대비 2016년까지 70~80%감소하고, 정책적 지원으로 시장 급성장

- 수소전기차는 차량단위의 우수한 환경성과 수소에너지정책 선도 가능

● 자동차 기술의 적합성 판단시 친환경성, 에너지안보, 기술성, 경제성 등 매우 다양한 고려사항 존재

- 현재의 기술과 경제성 등을 고려할 때 당분가 내연기관과 하이브리드 차의 종합적인 적합성이 높음

- 미래 기술진보 상황에 따라 장기적으로 기술적합성은 변화 예상

● 각 동력원별 기술적으로 극복해야 할 과제 존재

- 내연기관 : 배출가스를 획기적 저감하고 효율을 향상시킬 수 있는 혁신적인 친환경 내연기관 개발

- 하이브리드차 : 하이브리드 시스템의 단순화, 가격하락

- 전기차 : 에너지밀도 향상과 희유소재를 대체할 수 있는 신 개념의 배터리 개발, 충전인프라 구축

- 수소전기차 : 차량 가격하락과 충전인프라 구축 필요

● 에너지, 온실가스, 미세먼지, 산업경쟁력 등을 고려한 균형 잡힌 시기별 전략수립 필요

- 단기적으로 경제성과 기술성이 우수한 내연기관차와 하이브리드차의 경쟁력을 확보하면서 장기적으로 혁신적 내연기관차, 전기차, 수소전기차의 돌파기술 개발 및 인프라 구축 정책 추진 필요

 

③ 수소에너지 사회로의 전환을 위한 전략 (에너지경제연구원 김재경 연구위원)

● 수소전기차는 주행과정에서 배기가스로 대기 환경을 오염시키지 않은 무배출 차량(제1종 저공해자동차)이므로 보급정책의 정당성은 분명하다.

● 객관적이면서 공정한 평가를 위해서 수소 생산과정에서의 CO2 배출을 고려하여 “수소경제 활성화 로드맵”에 따라 경유차를 수소전기차로 대체, 보급할 경우 수송부문에서의 CO2 저감효과를 추정했다.

- 수소전기차는 주행과정에서 배출은 없지만, 주행과정에서 소비되는 수소를 생산하는 과정(특히 천연가스 추출 생산과정)에서 일부 CO2가 배출된다.

- 수소전기차로 1km를 주행할 때, 2020년 평균적으로 CO2 73g/km이 배출되며, 2040년에는 24g/km까지 줄어들게 된다.

- 한편 수소전기차로 경유차를 대체하면, 차량 1대당 2020년에는 1년 동안 배출되는 CO2 1.8톤을 줄일 수 있으며, 2040년에는 3.6톤까지 줄일 수 있다.

・ 경유차 1대는 평균적으로 대략 연간 4톤 이상의 CO2를 배출할 것으로 전망되는 반면, 수소전기차 1대의 연간 CO2 배출량은 2020년 2.5톤/년에서 2040년 0.8톤/년으로 약 67% 정도 감소할 것으로 보임.

● 수소경제 활성화 로드맵 누적목표에 따라 수소전기차를 보급할 경우, 2020년에는 1년 동안 배출되는 CO2 3만 톤을 줄일 수 있으며, 2040년에는 약 1천만 톤까지 줄일 수 있다.

● 결국 수소경제 활성화를 위한 수소전기차 보급 확대는 국내 온실가스 저감에 확실하면서도 분명히 기여할 수 있다고 평가된다.

 

④ 수소충전소 기술과 경제성 확보 방안 (한국가스공사 이영철 수석연구원)

● 최근 국내에서의 수소경제에 대한 뜨거운 관심은 매우 고무적이고, 미래에너지로서의 수소에너지는 에너지를 방출하는 과정에서 부산물로 물만 배출하므로 매우 친환경적이며 지속 가능한 청정에너지이다. 특히 수소에너지는 수소연료전지의 보급에 맞추어 그 중요성이 증가하는데, 특히 수소전기차의 보급에 따라 그 필요성이 강조되고 있다.

● 따라서 ‘수소충전소의 기술 및 경제성 확보 방안’이 수소 경제 사회를 조기에 정착하는데 매우 중요한 요소이며, 정부에서도 경제성 있는 수소를 공급하는 방법에 대해서 추출 수소를 조기에 필요한 양을 공급하고 단계적으로 재생에너지에 의한 green 수소를 공급할 계획을 ‘수소경제 활성화 로드맵’에 제시한 바 있다. 그러므로 본 발표에서는 국내외에서 많이 사용하는 ‘수소충전소 경제성 분석 프로그램’을 사용하여 인구 밀집지역인 수도권 지역 등 대도시권역에서 경제성을 확보할 수 있는 추출 수소 공급을 위한 수소충전인프라 구축과 수소공급 방안을 제시하였다.

- 먼저 중대규모 추출 수소 제조 공장을 대도시 주변이나 천연가스 인수기지 등에 설치하여 수소 배관을 통해 수소를 공급하면 저렴한 가격으로 소비자에게 판매할 수 있을 뿐만 아니라 수소충전소도 경제성을 조기에 확보하여 안정적으로 운영이 가능할 것으로 판단된다.

- 특히 이러한 방식은 대도시권 대중교통인 수소버스용 수소 공급으로도 적합하여 활용이 가능하다는 점에서 매우 유용한 방법으로 간주되고 있다. 또한 초기에 중규모 추출수소 제조기를 갖춘 on-site형 수소충전소에서 인근의 패키지형 off-site 타입 수소충전소로 공급을 하는 Mother & Daughter 방식의 수소충전소 구축은 대도시 및 수도권지역에 조기에 많은 수의 수소충전소 확대구축에 기여할 것으로 판단된다.

● 아울러 이러한 분석을 확대하면 현재 정부에서 추진하는 수소충전소 구축 계획에 대해 각 도시별 또는 지역별로 수소충전소 용량, 타입 및 개수를 정확히 예측할 수 있을 것으로 판단되므로 이에 대한 분석을 정부차원의 정책으로 이루어지면 수소경제의 활성화에 기여할 것이다.

 

⑤ 수소차 기술 경쟁력 확보를 위한 과제 및 전망 (서울대학교 김민수 교수)

● 세계적으로 환경에 대한 관심이 증가하고, 환경 규제가 강화됨에 따라 이산화탄소와 같은 온실가스 배출에 대한 규제의 문턱이 높아지고 있다. 이러한 상황에서 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 친환경에너지의 개발은 필수적이다.

● 수소 연료전지는 연소 반응이 아닌 전기화학적 반응으로 에너지를 생산하기 때문에 이산화탄소와 같은 온실가스를 배출하지 않는다. 이러한 이유로 수소 연료전지를 동력원으로 사용하는 수소전기자동차가 미래의 친환경 운송수단으로 각광받고 있다. 그러나 아직 높은 가격으로 인해 보급에 어려움을 겪고 있으며, 수소전기자동차의 보급을 위해서는 차량의 가격을 저감할 수 있는 기술이 필요하다. 그 중 가격 비중이 높은 스택과 수소저장장치에 대한 원가절감 기술 개발이 차량 가격 저감에 큰 역할을 하며, 이러한 가격저감 기술 개발이 수소전기자동차 기술 경쟁력 확보를 위한 가장 큰 과제로 남아있다.

● 수소전기자동차는 기존의 전통적인 기술과 함께 소재 및 전기화학적 기술 등이 융합된 차량으로, 원가를 저감할 수 있는 핵심 기술로는 ‘스택 막전극접합체(MEA) 기술’과 ‘수소저장용기 기술’ 등이 있으며, 차량 보급을 위한 기술로는 ‘연료전지 신뢰성 향상 기술’ 그리고 ‘상용차 관련 기술’ 등이 있다.

● 버스, 트럭과 같은 상용차량 분야는 전기자동차 대비 수소전기자동차가 큰 장점을 보이는 분야이다. 수소전기자동차는 에너지 저장에 유리하여 무거운 배터리의 양을 늘려야 운전거리가 늘어나는 전기자동차와 다르게 수소저장장치의 용량만 늘리면 운전거리가 늘어나는 장점이 있다. 상용차량에 적용하기 위한 수소 연료전지시스템의 개발은 수소전기자동차 시장 확보를 위한 필수적인 기술이다.

● 이러한 가격 저감 및 차량 내구성 증진을 위한 기술 개발이 수소전기자동차의 경쟁력 확보를 위한 과제이며, 가격을 저감할 수 있는 기술이 꾸준히 개발될 것이다. 이러한 기술 개발과 더불어 대량생산으로 인해 수소전기자동차의 가격은 하이브리드 자동차 수준으로 낮아질 것으로 전망하고 있으며, 상용차량 분야에서 높은 점유율을 차지할 것으로 본다.

● 양산물량을 조기에 확보하여 규모의 경제를 달성하면 가격저감, 기술력 향상의 선순환이 가능하다. 국내 수소전기자동차 기술은 세계 최고수준이다. 현대차는 1만대 생산체제를 당초 계획보다 앞당겨 금년중에 조기 구축하는 등 생산체제도 확대할 계획이다. 문제는 충전인프라 구축이다. 정부가 2022년까지 310개소를 구축한다는 수소충전소 구축 로드맵의 이행이 반드시 필요하다. 아니 정부 계획보다 오히려 더 빨리 더 많이 구축되어야 할 것이다.


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