수소차, 위험하지 않을까?

수소전기차라고 부르는 이유

우리가 수소차라고 부르는 수소전기차도 사실은 전기차의 한 종류이다. 현재 상용화된 전기차는 배터리를 이용한 차량인데, 수소전기차(FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle)는 수소 연료탱크와 배터리가 함께 있는 전기차라고 생각하면 된다. 연료전지에서 전기를 발생시키고 이 전기를 이용하여 동력을 발생시킨다. 사실 두 차량 모두 엔진이 필요 없고, 공해를 배출하지 않는 친환경적인 차량이다.

두 차량의 차이는 전기를 생산하는 방식이다. 전기차는 전기를 외부에서 충전하여 전기를 저장하고, 수소전기차는 연료로 수소를 사용해서 연료전지에서 전기를 생산하는 방식을 가지고 있다.

 

수소차 충전 스테이션의 모습

부품을 살펴보자

 

① 수소탱크

수소 충전 스테이션에서 충전 받은 수소를 고압(700bar)으로 저장하는 역할을 한다. 내피는 수소의 투과를 최소화하는 얇은 폴리아미드 라이너(나일론 소재)이며, 외피는 20~25mm 탄소섬유 강화플라스틱(탄소섬유 + 에폭시 소재)으로 만들어져 있어서 크랙이 발생하는 경우라도 탱크가 폭발하지 않고 찢어지는 특성을 가진다. 만약을 대비해 안전을 위한 조치이다.

② 연료전지

연료전지 내에는 촉매 역할을 하는 백금이 있어서 수소를 전자와 수소 이온으로 분리하는 역할을 한다. 즉, 수소와 산소를 화학 반응시켜 전기를 생산하는 역할을 한다.

③ 배터리와 모터

연료전지에서 생산된 전기를 배터리에 저장하고, 모터는 배터리에 저장된 전기를 이용하여 차량의 바퀴를 구동하는 역할을 한다.

 

 

수소전기차의 원리

가. 수소전기차가 작동하는 원리를 살펴보자

우리가 알고 있기로는 물이 전기분해에 의해 수소와 산소로 나눠지는 것으로 배웠다. 그런데 수소전기차는 이 과정을 거꾸로 실현한 것이라고 생각하면 된다. 수소가 연료전지에 공급되면 연료전지에 들어있는 백금이 촉매 역할을 해서 수소를 전자와 수소이온으로 분리시킨다.

이때 발생한 전자들은 외부 회로로 전달되어 자동차의 모터를 구동하는 전기 에너지로 사용된다. 그리고 수소 이온들은 전해질 막을 통과하여 막 반대편의 연료전지에 공급된 공기 중의 산소와 반응하여 물이 형성된다. 이때 생성된 물은 남은 공기와 함께 수증기로 대기에 배출된다. 이를 화학식으로 표현하면 다음과 같다.

연료인 수소의 변화 ; 2H2 → 4H+ + 4e-

산소의 변화 : O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

 

나. 수소는 어떻게 얻는가?

당연히 물에서 직접 수소를 얻는 법이 가장 좋지만, 그렇게 하면 생산량이 너무 적다. 그러므로 현재는 천연가스나 가솔린을 만드는 과정에서 생긴 부산물 가스에서 수소를 분리하여 별도로 저장하였다가 사용한다.

수소전기차의 장점과 단점을 살펴보자.

가. 수소전기차 장점

수소전기차는 전기차와의 가장 큰 차이점으로 장거리 주행을 들고 있다. 수소 1kg으로 100km 주행이 가능하며 5Kg 정도를 충전하면 통산 600km 정도의 주행이 가능한 특징을 가지고 있다. 화석 연료 자동차가 1리터를 주유하여 10km ~ 15Km 임을 감안했을 때 약 4배 ~ 6배 수준의 연비를 가진다고 생각하면 된다.

또한 전기차에 비해 짧은 충전 시간이 특징이다. 전기차는 보통 30분 이상의 시간이 걸리는 반면, 수소차는 5분 ~ 15분 이내의 충전시간을 가지고 있어서 강점으로 꼽힌다. 전기차와 같이 친환경임을 강조한다. 수소를 연료로 사용해 발생한 전기로 차량을 구동하므로 배기가스를 전혀 배출하지 않고, 도리어 공기 중의 오염물질을 정화하여 물로 배출하는 특징이 있다.

 

나. 수소전기차의 단점

연료전지를 구성하는 비용이 비싸다. 연료전지에서 수소와 산소의 화학반응을 일으키는 촉매로 비싼 백금이 사용되기 때문이다. 차량 가격이 비싼 원인 중 하나이다.

또한, 수소를 충전하는 수소 충전 스테이션 건설비가 비싸다. 그리고 아직은 수소전기차량의 보급률이 높지 않아 각 지역마다 수소 충전 스테이션을 건설하지 않았기 때문에 차량의 소유자들이 수소 충전 스테이션이 설치되어 있는 먼 거리까지 이동해야 하는 수고스러움을 감당해야 한다.

 

수소전기차 모습(출처 : 기계치와 함께하는 슬기로운 기계생활 블로그)

수소전기차 위험하지는 않을까?

대부분 사람들의 걱정 중의 하나가 수소전기차가 사고로 인해 수소 탱크의 파열, 그리고 수소가 새거나 화재가 발생하는 것에 대한 염려이다.

전문가들의 말에 따르면 그럴 염려는 없다고 한다. 일단 수소는 가볍고 공기와 잘 섞이므로 사고가 나면 즉시 공기 중으로 날아가 버리는 특징이 있으므로 화재가 발생할 시간적 여유가 존재하지 않는다. 화재로 수소탱크 주변의 온도가 과도하게 오르면 안전밸브를 통해 수소를 강제적으로 방출하기 때문에 수소가 가득 찬 탱크가 폭발하지 않는다. 수소 탱크는 탄소섬유 강화플라스틱으로 만들어져 있어 터지는 것이 아니라 탱크의 외피가 찢어지는 특성을 갖는다.

최근 원전 문제 때문에 삼중수소가 화제가 되었던 적이 있다. 수소 폭탄에 중수소와 삼중수소가 사용되며, 수소차는 수소 분자가 사용되어 작동 원리가 다르다. 또한, 수소폭탄에 사용되는 중수소와 삼중수소는 자연 상태에서는 존재하기 어렵다. 전문가들은 수소폭탄처럼 폭발력을 내려면 1억도 이상의 엄청난 온도가 필요한 것이므로 수소전기차가 잠재적인 수소 폭탄이 아니냐는 걱정은 하지 않아도 된다고 말하고 있다.

 

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

끝까지 읽어 주셔서 감사 드립니다.

글 내용 중에 제가 잘못 생각하고 있는 부분이 있거나,

더 좋은 의견이 있으시면, 댓글로 저를 일깨워 주시면 감사하겠습니다.