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테슬라 등 BEV와 PHEV 판매율 '뚝' 수소차로 대체되나

안전과 효율 잡은 고체수소저장소재, 글로벌 기업 연구개발 중

테슬라 등 BEV와 PHEV 판매율 '뚝' 수소차로 대체되나 - 다아라매거진 기술이슈

전기차 산업의 성장세가 주춤해지면서 수소차가 수혜를 입고 있다. 신재생에너지 전문 조사기관 SNE리서치는 2019년 8월 글로벌 전기차 탑재 배터리 사용량이 2017년 1월 이후 처음으로 감소했다고 밝혔다.

지난해 8월 세계 각국에 차량 등록된 전기차의 배터리 에너지 총량은 7.1GWh로 전년 동월 대비 10.0% 하락했다. 가장 큰 감소 추세를 보인 지역은 중국시장이다.

SNE리서치 조사결과, 8월 중국에 차량 등록된 전기차의 배터리 에너지 총량은 4.4GWh로 전년 대비 30.7% 줄었다. CATL을 제외한 대부분의 중국 배터리 업체들이 부진한 실적을 보였다. BYD는 가장 큰 감소폭(61.1%)을 기록하면서 전체 시장 침체를 주도했으며, AESC도 사용량이 소폭 감소했다. 이 외에 Guoxuan과 Great Power도 감소세를 면치 못했다.

사정은 미국도 마찬가지다. 미국의 배터리 사용량은 1.5GWh로 전년도보다 2.8% 감소했다. 경기침체 등으로 인해 테슬라를 중심으로 한 BEV와 PHEV 판매율이 크게 감소한 탓이다. 전문가들은 정부의 보조금 축소 등으로 인한 각국의 전기차 판매량 급감 때문으로 해석하고 있다.

국내에서도 한국전력이 전기차 충전 요금을 비롯한 전기요금 할인 제도 폐지를 언급하는 등 전기차 구매보조금 축소를 예고하고 있어 전기차 시장을 향한 우려 섞인 소리도 나오고 있다. 전기차 시장의 양대 산맥이라 할 수 있는 중국과 미국의 이 같은 침체로, 수소차 산업이 주목받고 있다. 일각에서는 수소차 상용화의 안정적인 기반 구축에는 몇 가지 넘어야 할 과제가 있다고 지적하고 있다.

가장 큰 문제는 안전성이다. 정부는 올해 초 ‘수소경제 활성화 계획’을 발표하는 동시에 수소에너지 안전성을 재차 강조했다. 하지만 지난 5월 강원도 강릉시 강릉과학단지에서 발생한 수소탱크 폭발 사고는 수소산업의 안전성 논란이 불거지는 기폭제로 작용했다.

정부 측 말을 빌리면, "강릉 수소탱크는 수소를 얻어내는 연구시설에서 일어난 것으로, 상용화된 수소충전소와는 다른 시설"이라고 했다. 실제로 지난해 11월 6일 강릉경찰서는 수소탱크 폭발사고는 수소탱크 및 버퍼탱크 내부로 산소가 폭발범위(6% 이상) 이상 유입된 상태에서 정전기 불꽃 등이 유입됐기 때문이라고 분석했다.

이 같은 정부 발표에도, 업계의 시선은 불안으로 가득하다. 실제로 일부 지역에서 수소생산기지가 해당 주민들의 거센 반발로 보류되고 있다는 언론 보도가 나오고 있다.

결국, 수소저장방식의 안전성에 업계는 주목하고 있다. 현재 수소저장방식으로 가장 상용화돼 있는 것은 바로 고압수소저장방식과 액화수소저장방식이다. 고압수소저장방식은 수소를 기체 상태로 초고압 탱크에 저장하는 방식이다. 하지만 이러한 고압수소저장방식은 저장밀도가 낮아 많은 양의 수소를 저장할 수 없을뿐더러 150 기압 정도의 고압을 견뎌낼 수 있는 압력장비가 필요하며, 충격에 취약하다는 단점이 있다.

이를 해결하기 위해 개발된 것이 바로 액화수소 저장방식이다. 액화수소 저장방식은 쉽게 말해 수소를 액체로 변환하는 것이다. 액체는 기체보다 부피가 더 작다. 수소를 액체화시키면 종래의 고압수소저장방식보다 더 많은 수소를 저장할 수 있다.

국내에서는 두산중공업이 경남 창원시에 국내 최초 액화수소 플랜트를 구축한다는 소식이다. 그러나, 이러한 액화수소 저장방식은 소형화가 어렵고, 다수의 단열설비 등 대규모의 시설 투자가 필요하다. 단순 압축 저장방식에 비해 많은 에너지가 필요해 효율성과 안전성이 염려된다는 의견도 나오고 있다.

미국, 일본 등 에너지선진국은 이미 고체수소저장소재 연구개발 성과
세계의 수소 관련 선진 기업들과 전문가들은 기존의 저장방식의 단점을 해결할 수 있는 방법으로 고체수소저장방식을 연구하고 있다.

고체수소는 수소를 고체로 만드는 것은 아니라, 금속과 수소를 반응시켜 금속에 수소를 저장하는 것이다. 고체수소저장방식은 앞서 언급한 저장방식보다 수소저장밀도가 높고, 고압으로 인한 폭발의 위험성이 없는 것은 물론, 상온에서도 저장할 수 있어 안전성과 효율성 측면에서 높은 평가를 받고 있다.

고체수소저장소재에도 단점은 있다. 고체수소저장소재에 주로 사용하는 백금과 팔라듐은 가격이 비싸 대량생산에 차질을 빚을 수 있다. 그래서 많은 기업들이 경제적인 고체수소저장소재를 만들기 위한 연구에 매진하고 있다.

특허청에 따르면, 금속을 이용한 수소 저장 및 운반 기술 관련 국내 특허 출원 건수가 최근 5년(2014~2018)간 135 건으로 그 이전 5년(2009~2013) 101건에 비해 33% 이상 증가한 것으로 나타났다. 기술 분야별 출원동향 중 고체수소저장 및 운반 기술이 226 건, 약 95.8%으로 가장 높은 비중을 차지했다.

국내의 경우, (주)EG가 세계 최초로 차량 탑재용 고체수소저장소재를 상용화 한다는 목표로 지난 2015년부터 고체수소저장소재 개발 관련 국책과제를 수행했고, 이듬해에는 한국과학기술연구원(KIST)과 함께 차량용 고용량 고체수소저장소재 (소듐알라네이트, NaAlH4) 합성에 성공했다.

EG 관계자는 "고체수소저장소재를 이용한 수소저장기술의 상용화는 기존 기체 및 액체 저장방식보다 훨씬 효율적인 공간 활용성을 가져온다"며, "뿐만 아니라 고밀도의 수소를 저장하는 한편, 가격 절감 및 안전성 향상 효과를 볼 수 있을 것"이라고 말했다.

종합 전자 화학 소재 전문 기업 알이피(구 사명: 리켐)의 자회사 한국고체수소는 수소저장합금 생산을 위해 핵심 설비인 진공유도용해로(VIM, Vacuum Induction Melting)를 설치하고, 수소저장합금 대량 생산 준비에 본격적으로 나섰다.

한국에너지재료(KEM)는 미래창조과학부 산하 고효율수소에너지 제조 저장 이용기술개발 사업단에서 한국에너지기술연구원과 고용량 티타늄계 수소저장합금 대량 제조 기술을 공동 개발했다. 수급이 어려운 희토류가 아닌 티타늄을 사용해 저렴한 가격에 보급함으로써 수소에너지 사업의 단점을 극복했다. 리켐은 최근 KEM과 합작법인 한국고체수소를 통해 수소사업에 진출한다.
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