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한국 수소승용차 점유율 세계 1위, 기뻐만 할 수 없는 이유

현재 세계적으로 지구온난화에 대한 중요성이 높아지면서 세계 각국은 이산화탄소 감축을 위한 노력을 기울이고 있다. 특히 IPCC(기후변화에 대한 정부간 협의체)에 따르면 2017년 수송부문이 차지하는 이산화탄소 배출 비중은 전체의 13%로 전체 3번째로 많은 이산화탄소를 발생시켰다고 밝혔다. 따라서 세계 각국은 내연기관자동차의 이산화탄소 배출 규제 등을 통해 자동차 기업들에게 압력을 가하고 있으며, 이에 대응하여 세계 주요 자동차 업계는 EV(전기차)에 대한 투자를 활발히 진행 중이다. 우선, 전기차의 종류에 대해서 설명하자면, BEV(배터리 전기자동차)는 EV(전기차)의 한 종류로 전기를 생산하고 저장할 때 배터리를 사용하는 자동차이며, 수소연료 전기자동차

[자료1.해외 주요시장 브랜드 국적별 승용차 판매 현황©18기 김도희 ]출처 :한국자동차 산업협회

(FCEV)는 EV(전기차)의 한종류로 전기를 생산하고 저장할 때 배터리가 아닌 수소연료전지를 사용한다. 이하 기사에서는 배터리 전기차는 BEV, 수소전기차는 FCEV로 소개하며 이를 상용차와 승용차로 나누기 위해 FCEV(상용)과 FCEV(승용)으로 구분하여 설명하도록 하겠다.
세계적으로 BEV는 FCEV에 비해서 인프라 공급이 많으며, BEV보급 역시 FCEV에 보다 더 많이 이뤄지고 있다. 그렇다면 수소 충전소를 뒷받침할 수 있는(생산, 저장, 운송) 기본적인 인프라는 무엇이고 현재는 어떤 상황인가? 본 기사는 환경규제에 대응한 해외와 국내의 FCEV 산업에 대한 국내, 외적 전략 차이를 분석하고 한국의 FCEV전략을 점검을 해보겠다.

 

1) 주요3국(중국, 미국, EU) 자동차 규제 현황: 점점 기준이 높아지는 자동차 평균 온실가스

2019년 세계 10대 자동차 생산국 현황을 보면, 중국, EU, 미국이 자동차 시장의 성격을 자동차 규정하는 힘을 가진다는 것을 알 수 있고, 세국가의 자동차 정책을 유심히 볼 필요가 있다.
새롭게 출범한 EU 집행위는 유럽의 기후변화 로드맵인 유럽 그린딜을 발표하여 EU 역내 탄소 배출량을 1990년 대비 절반 이상(50-55%)감축을 선포하였고, 이에 따라 자동차 부문의 2030년 CO2 감축 목표는 기존의 EU 감축 목표에 따라 60g/km 수준으로 확정상태이다. 또한, 미국에서는 트럼프 행정부의 기업평균연비 제도 완화에 대해 캘리포니아 주 정부는 내연기관만으로 구동되는 차와 기존 배

자료2.국가별 자동차 온실가스 배출량 규제기준]출처:경기산업

출가스 규제를 인정하지 않는 자동차 제조사의 차는 구매하지 않겠다고 밝혔다. 중국정부는 25년까지 연간 신차 판매 중 전기차 비중을 25%로 설정하여, 2019년부터는 BEV와 FCEV를 포함한 EV 할당제(quota)를 실시하였다. 따라서 완성차 기업별 중국에서 판매되는 차량 총량 중 약 5퍼센트를 EV로 해야 하고, 해를 거듭할수록 비율을 높일 예정이다.

위와 같은 정책뿐만 아니라 보다 직접적인 규제 수단인 ‘자동차 평균 온실가스·연비 제도’의 규제 또한 높아지고 있다. 이 제도는 개별 제작사에서 해당년도에 판매되는 차량의 온실가스 배출량과 연비 실적의 평균치를 정부가 제시한 기준에 맞춰 관리하는 제도인데, 미국, 유럽, 중국의 각 국가별 자동차 온실가스 배출량 규제 기준을 살펴보면 유럽은 20년까지 93g/km, 미국은 113g/km, 중국은 110g/km를 목표로 하고 있으며, 자동차 기업들은 이 기준에 부합하지 못하게 되면 과징금을 부과받는다.

(유럽, CO2기준 미달성량(g)×95유로, 2019년 이후)/(미국, 연비기준 미달성량(1km/l) x 130$) 하지만 여기서 중요한 점은 내연기관차의 온실가스 배출 한계는 80g/km 내외로 유럽이 ‘25년 CO2 75g/km 규제를 하게 된다면 EV의 보급은 필수적일수밖에 없다. 따라서 자동차 업계는 심화되는 각국의 연비 규제에 따라 EV산업의 투자하며 대응하고 있다.

영국의 국제 통신사인 로이터는 2019년 1월 29개 자동차 기업의 BEV 투자 현황을 분석하는 기사에서 29개 기업이 총 3,000억 달러의 투자를 계획하고 있다고 보고했다. 다음은 주요 국가들의 자동차 규제에 따른 자동차시장의 대응을 살펴보겠다.

 

2) 세계 자동차 시장 대응: 29개 기업 총 3000억 달 러 투자, FCEV보다는 BEV에 주력하는 추세

2019년 세계 자동차 판매 업체별 순위를 들여다 보면 폭스바겐과 도요타, 닛산이 전체 자동차 판매 점유율을 40%이상을 차지하고 있다. 따라서 각국의 환경규제에 따른 주요 자동차회사들의 BEV 투자 현황을 살펴보겠다.

[자료3.2019년 세계 자동차 업체별 판매량 및 점유율]출처: 꿈꾸는섬

로이터에 따르면 2019년 EV에 가장 많은 투자를 한 회사는 폭스바겐으로 91억 달러를 투자했다. 특히 배터리 전기 자동차에 있어서는 57억 달러를 투자했는데, 폭스바겐은 25년까지 전체 판매량의 25퍼센트에 해당하는 수치를 BEV모델과 하이브리드 모델의 생산을 목표로 제시했다. (25년까지 BEV모델 50개, 하이브리드 모델 30개 1백만대 생산목표.) 도요타는 2019년 1월 파나소닉과 BEV용 배터리 생산을 위해 직원 3,500명 규모의 조인트벤처 설립을 합의하고, 2018년 도요타가 중국공장에 BEV와 PHEV(플러그인 하이브리드) 양산설비를 구축했다.

폭스바겐 대표 디스가 25년까지 FCEV를 생산하는 일을 없을 거라고 말했지만, 다임러 벤츠는 FCEV에 관심을 가지고 있었다. 하지만 다임러의 대표회사인 스마트의 경우 20년부터 BEV만 생산하고 있고, 테슬라와의 BEV공동모델을 생산하는 협상을 시작하는 행보를 보이고있으며, 특히 2019 전체 BEV 투자액의 71.4%를 배터리 산업에 투자하는 것으로 나타났다.

이외에도 나머지 26개 기업의 2019년 EV 투자 현황을 분석해봤을 때 대부분 기업의 투자 방
향은 FCEV보다는 배터리 산업과 BEV 산업에 집중되고 있었다.

 

3) 국제 자동차 규제에 대한 국내 자동차 업계의 대응: 현대차의 전기자동차 시장 점유율 증가, 정부는 “수소경제 로드맵”을 통해 미래의 FCEV 시장 선점 공략

특히 유럽의 수출도가 높은 한국 또한 유럽의 25년 온실가스 75g/km이하 규제에 대한 대안이 필요하다. 현대차는 ‘2019 지속가능성 보고서'에서 2025년까지 BEV 중심의 라인업을 확대함으로써 환경차 (하이브리드와, 플러그인 하이브리드, BEV, FCEV)를 그룹사 기준 167만대 판매한다는 계획이다.

눈에 띄는 것은 현대차의 FCEV비전이다. 현대차는 수소 연료 중심의 친환경 사회 구현을 강조
며, FCEV를 연간 50만 대 판매, 수소연료전지시스템 70만 기 생산하겠다는 계획을 밝혔다.

자료4..2018 KEY PERFORMEANCE INDICATORS]출처:테크월드뉴스
[자료5.누적 수소모빌리티 목표량]출처:산업통산자원부

정부 또한 수소 강자국가로의 도약을 목표로 ‘수소경제 로드맵’을 통해 FCEV 시장을 적극적으로 지원하고 있다. 로드맵에서는 2040년까지 수소차 620만대 이상 보급을 목표로 설정했고, 그중 상용차(택시, 버스, 트럭)의 생산은 내수 포함 30만대, 수소승용차는 590만대를 보급할 예정이다. 또한, 정부는 수소충전소도 22년까지 310개소로 늘리겠다고 하였으며, 환경부에서는 이를 위한 수소충전소 팀까지 꾸려졌다. 이렇듯 한국은 BEV에 대한 투자도 있지만, 정부의 수소차 보급 및 인프라에 대한 지원으로 수소차, 특히 수소승용차의 투자가 많은 것으로 보인다.

 

4) FCEV선도국으로 가기 위한 산: 진짜 친환경 수소그린수소

FCEV(승용)를 우리 일상생활과 밀접하게 만들기 위해서는 여전히 넘어야 되는 산이 많다. 우선 현재 FCEV에 사용되는 수소가 기존에 목적에 정확히 맞게 만들어지고 있는지 확인해봐야 한다. 기본적으로 BEV와 FCEV는 ZEV(zero-emission vehicle)라고 하여 오염물질이 없어야 하는 차량으로 정의 된다. 하지만 FCEV의 수소가 오히려 오염물질이 더 많이 나온다고 한다면 FCEV(승용)으로서의 가치는 더욱 떨어지게 되는 것이다. 하지만 우리나라의 주된 수소 추출 방식은 부생수소와 추출수소 방식이다.

현재 다양한 수소생산 방식들 중 대표적인 세 개의 방식은 석유 화학 및 제철 공정에서 나오는 부생 수소, 석탄이나 천연 가스등 화석연료에서 생성되는 추출수소, 재생에너지를 이용하여 물의 전기 분해를 통해 얻는 수전해 수소가 있다. 이 중 우리가 필요로 하는 진짜 친환경 수소 즉 그린수소는 수전해 수소가 될 것이다. 하지만 아직 국내에서의 그린수소는 1kg당 평균 10~15달러 수준으로 추출수소보다 5배가량 비싼 가격을 맴돌고 있다. 반면에 덴마크, 독일, 일본의 경우 그린수소를 위한 단지 조성 그에 맞는 그린수소 생태계 구축을 공고히 해 나가며 가격을
낮추기 위한 강력한 노력이 보인다.

2020년 6월 독일은 국가수소전략을 통해서도 더욱 강력하고 알찬 그린수소를 위한 정책이 필요하다는 것이 시사하며 더욱 싸고 경쟁력 있는 그린수소를 만들기 위한 경쟁이 치열해질 것으로 보여진다. 이미 1kg당 4000원의 그린수소를 만드는 독일을 보며 수소로드맵에서 목표하는 FCEV(승용) 시장을 만들기 위해서는 더 확실하고 일관성 있는 그린수소를 위한 생태계를
위해 고민해봐야 하지 않을까 한다.

물론 한국만의 방법으로 깨끗한 수소를 생산할 수 있는 방식을 모색하는 것을 확인 할 수 있다. ‘수소산업 생태계 경쟁력 강화방안’에 따르면 올해 4월 효성중공업과 린데의 MOU체결을 통해 22년까지 액화수소공장 건립에 3,000억원을 투자하는 등 가능한 범위 내에서의 수소생산에도 관심이 집중된다.

한국정부는 재생에너지를 연계한 대규모 수전해 그린수소 생산도 본격화가 전망되나 국내 수요량을 충당하기에는 부족하기에 원활한 수소 공급(연료전지,산업용 포함)을 위해 해외 그린수소 도입 필요하다고 밝혔다. 따라서 블루수소에 대한 관심도 높아졌는데, 블루수소란 LNG와 이산화탄소포집설비를 이용하여 생산되는 수소로 탄소배출을 최소화하는 수소생산방식이다.

자료6.수소공급 및 가격 계획 표]출처:한국가스신문

5) FCEV(승용)를 위한 중요한 인프라: 저장, 수송, 충전 인프라의 필요성

생산단계에서 기존에 목표하던 실제 친환경 FCEV(승용)를 위한 정책이 확고해지는 만큼 중요한 것은 실제 FCEV(승용)를 이용하는 시장 참여자들을 위한 인프라이다. 우선 짧게 수소 저장 방법에 대해서 소개하고자 한다. 수소 저장 방법은 다양하지만 고압으로 저장탱크에 저장하는 기체수소저장, 금속 하이드라이드와 탄소 나노 구조물로 저장하는 고체 저장, 수소를 액화하여 액체상태로 저장하는 액체수소저장 형태가 있다. 이중 기체수소의 부피를 약 1/800으로 감소시키고 동일한 압력에서 기체수소 대비 800배의 체적에너지 밀도를 가지고 있는 액체수소 저장장치가 주력 기술로 사용해야한다고 한다.

이러한 효율성 외에도 대기압에서 저장할 수 있으며 저장용기의 안전성 부분에서도 폭발 위험성이 낮다는 것에 있어 높은 안전성이 보장 된다. 저장을 넘어 수소 충전소 인프라와 가장 밀접하게 필요한 인프라는 만들어진 수소를 수송하는 방식이다.

낮은 가격에 안전한 방법으로 수소를 수송했을 때 자연스럽게 충전소 인프라가 쫓아올 수 있을 것이다. 최근 가장 집중적으로 이용하려고 하는 운송 기술은 수소파이프라인을 이용하는 방식과 튜브 트레일러를 이용하는 방식이다. 수소 파이프라인의 경우 배관망을 이용하여 빠르고 자유롭게 수소를 이동시킬 수 있으며 파이프라인이 들어갈 수 없는 곳에는 튜브 트레일러
형식으로 압축된 수소를 트럭을 통해서 이동하는 방식이다. 하지만 현재 여전히 수소를 위한 파이프라인은 부족하며 수소 튜브트레인을 통한 이동은 높은 가격으로 인해 충전소를 설치하는 입장에서는 쉬이 선택하기는 어려운 방법이다. 일본 같은 경우는 도시가스 파이프라인을 이용하여 수소 이동시키는 배관시스템을 이용하고 있지만, 현재 우리나라의 도시가스는 수소가스 압력을 견딜 수 없고, 수소취성에 대한 대비가 없기 때문에 수소 인프라에 대한 대대적인 투자가 필요하다.

물론 한국정부는 최근 수소경제 로드맵과 함께 파이프라인과 튜브트럭의 규제철회 노력과 수소가격을 줄이고자하며 원활한 수소 인프라 구축에 대한 움직임을 보인다. 하지만 지금보다 더욱 확실한 세밀한 방향성 제시가 필요하다. 그린수소와 마찬가지로 조금 더 직접적인 파이프라인 구축에 대한 방향성이 제시되어야 넓은 범위의 수소 이용이 가능하게 될 것이다. 현재 수소경제 활성화 로드맵에서는 수소 저장, 운송 관련하여 안정적이고 경제성 있는 수소 유통체계 확립을 목표를 확립한 수준에 그쳤다.

수소경제활성화로드맵에 따르면 향후 고압기체 저장과 관련된 규제를 완화하고 안전성·경제성
이 우수한 수소 액화·액상 저장기술개발에 주목해야 한다는 내용과 함께 수소 수요 증가에 맞춰 고압기체수소 튜브 트레일러 경량화를 통해 운송비를 절감하고, 장기적으로 전국을 연결하는 수소 주 파이프라인을 건설할 계획이다. 하지만 현재 가시적인 성과를 보이진 못하고 있는 것이 실정이다.

2019년말 발표한 관계부처 합동 수소 인프라 및 충전소 구축 방안을 통해서는 구축에 대한 추진 계획은 발표되었지만 가시적인 성과는 확인되지 않았으며 수소인프라의 핵심으로 볼 수 있는 수소유통센터에 대한 소식 역시 아직 감감한 상태이다. ‘수소산업 생태계 경쟁력 강화 방안’에 따르면 국내 수소산업 생태계는 2020년 6월 기준 대기업이 주도하는 모빌리티와 발전용 연료전지 부분에서만 기술수준이 높은 상태이다. 수소산업 생태계 전반에 걸친 활성화가 필요한 시점이다.

[자료7.수소산업 생태계 경쟁력 강화 방안]출처:산업통산자원부

대표적으로 수소충전소의 경우, 올해 7월 정부에서 발표된 ‘수소차 수소충전소 추진성과 및 향후계획’에 따르면 2020년 6월 기준 전국 수소충전소 구축현황은 총 40기이며 올해 말까지 60기가 추가로 구축될 예정이지만 여전히 FCEV(승용) 이용자들은 불편함을 호소하는 상황이다. 이에 2019년 한국가스공사, 현대자동차, 효성중공업 등이 참여한 수소충전소 특수목적법인(SPC)인 수소에너지네트워크(하이넷)이 2022년까지 수소충전소 100개소의 구축, 운영계획을 수립하는 등 향후 300개소 이상의 수소충전소가 구축될 예정이다.

 

6) 한국의 FCEV시장 공략, 이대로 괜찮은가? :FCEV(승용)시장의 한계

코로나바이러스 이후 나라별 경기부양책으로 그린딜(Green Deal)이 주목받으며 자동차산업이 큰 주목을 받고 있다. 특히 최근 세계적인 BEV회사 테슬라(TESLR)와 나스닥 상장과 함께 큰 관심을 받은 FCEV(상용) 트럭 제조사 니콜라(NKLA)가 이를 확인시켜 주고 있다. 사람들의 관심을 끌었던 두 기업의 공통점은 친환경차라는 것이다. 국내 자동차산업의 방향성과 함께 2020년 현대자동차의 상반기 국내자동차시장점유율 (수입차 포함) 40.9%를 차지한 현대자동차에 대해 살펴보자. 현대자동차의 경우 투트랙전략을 채택하는 것으로 보인다. 내연기관차의 프리미엄화 그리고 미래를 대비한 친환경차(BEV와 PHEV, FCEV) 모두 한국정부의 지원정책과 더불어 활발하게 판매되고 있다. 기존 내연기관차의 프리미엄화와 함께 현대자동차는 2018년 FCEV(승용) 국산화에 성공하며 출시한 2세대 승용FCEV(승용) 넥쏘를 통해 FCEV(승용) 누적 판매 1만대를 돌파하는 등 FCEV(승용)시장에서 선전하였다.

하지만 2019년 넥쏘 판매량 총 10,017대 중 8,233대(82%)가 국내에서 판매되었다. 이는 FCEV(
승용) 글로벌 시장에서 FCEV(승용)의 입지가 높지 않다는 것을 보여준다. 수소 경제 활성화 로드맵에서는 FCEV(승용)의 핵심부품 기술력이 99% 국산화 됐다는 근거 하에 2022년까지 FCEV(승용)목표량을 누적 6.5만대로 목표했지만 실행가능성에는 비판적인 시각도 존재한다. 또한 세계의 시장 흐름도 FCEV(승용)시장에 대해 비판적인 시각을 비추고 있다. 아우디의 H트론은 현대자동차의 수소연료전지를 장착한 현대차-아우디 FCEV(승용)동맹의 상징으로 꼽혔지만, 아우디는 2022년으로 예정했던 H트론 등 FCEV(승용) 출시 계획을 중단하였다.

아우디가 지난 5월 낸 ‘2019 지속가능보고서’에 따르면 현대차와의 협약의 추진과제에도 계획변경으로 FCEV(승용)출시를 중단한다는 세부 각주가 붙었다. 이러한 아우디의 행보는 모회사인 폭스바겐의 계획변경이 큰 영향을 주었던 것으로 보인다. 폭스바겐은 지난해 11월 BEV 전환을 결정한다고 밝혔으며 그 근거로 호라바스앤파트너스(Horvath & Partners)가 BEV의 강점을 분석한 ‘자동차 산업 2035-미래에 대한 예측’을 인용한다.

배터리에 저장한 전력으로 전기 모터를 구동하는 BEV는 에너지 손실이 24%에 불과하지만, FCEV(승용)는 전기로 수소를 만들고 수소를 다시 전기로 전환하면서 전체의 70%를 잃고 30%만을 사용하는 데 불과하다고 밝혔다. 실제로 FCEV(승용) 양산에 우위를 지닌 기업은 현대자동차와 도요타가 유일하다. 또한 앞서 언급한 수소 인프라를 구축한 이후 FCEV(승용)시장을 강조해야 되는 것이 아닌지 생각해봐야 할듯하다.

7) 현대자동차의 FCEV(상용)경쟁력과 세계 최초로 양산체제를 갖춘 엑시언트

하지만 우수한 FCEV기술은 상용FCEV에서 빛을 낼 수 있을 것이다. 올해 6월 미래에너지 2020에서 ‘수소 사회의 도래와 모빌리티 혁신’을 주제로 강연한 김세훈 현대자동차 연료전지사업부 전무는 주행 거리와 지정학적 여건에 따라 친환경차의 영역은 나누어질 것이라고 설명했다. 먼저 주행거리에서 일반 승용차의 경우, 주행거리 300~700km까지는 BEV의 시스템비용이 저렴하지만, 이 구간을 넘어설 경우 FCEV의 시스템비용이 더욱 저렴하기 때문이다.

또한 대형상용트럭의 경우 주행거리 50~100km부터 FCEV(상용)가 가격경쟁력을 지닌다. 이에, 현대 자동차는 세계 최초로 FCEV(상용)트럭인 양산체제를 갖추며 “퍼스트무버”로서 면목을 보여준다. 올해 7월 FCEV(상용)트럭 '엑시언트 수소전기트럭'10대를 시작으로 2025년까지 스위스에 엑시언트 1,600대를 수출하게 되었다.

이렇게 FCEV(상용)시장의 주도권을 잡기 시작한 현대자동차는 BEV시장에서도 아이오닉, 코나 등의 모델들을 출시, 친환경차 라인업을 구축하며 국내 BEV시장의 상당수를 차지함과 동시에 폭스바겐을 제치고 세계 톱10에 진입하였다. 추후 현대차는 FCEV(승용)에 대해서는 신차 계획이 없는 반면 BEV는 14종의 신차 계획이 있다고 발표하며 추후 승용차 시장에서는 BEV를 한동안 주력할 것으로 보인다.

자료8.현대자동차 상용FCEV트럭 엑시언트]출처:현대자동차

 

8) FCEV(승용)의 세계 버릴 수는 없다.

지정학적 여건으로 비춰 볼 때, 독일과 같이 신재생에너지발전용량이 큰 국가의 경우 전력공급에 문제가 없기 때문에 BEV의 자유로운 사용이 가능하다. 반면, 한국과 같이 지역별 신재생에너지발전으로 생산된 전력의 품질이 균일하지 않은 국가의 경우, 재생에너지를 통해 저장된 수소에너지를 다시 전기로 전환하여 차량을 위해 사용해야 된다는 비효율이 뒤 따르기 때문에 FCEV(승용)가 유리한 점을 무시할 수만은 없다. 또한 미세먼지로 고통 받는 국가 중 하나로써 추후 양질의 FCEV를 위한 인프라와 함께 탄탄한 승용FCEV 시장을 구축한다면 대기환경도 개
선하며 한국에 맞는 모빌리티솔루션으로써 일석이조의 긍정적인 결과를 만들 수 있을 것이다.

 

R.E.F 14기 윤 재 성
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R.E.F 18기 김 도 희
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