수소 전기차는 미세 먼지를 없애준다!

수소 전기차는 미세 먼지를 없애준다!

 

수소 전기차를 설명하는 가장 대표적인 수식어는 ‘궁극의 친환경차’일 것이다. 배기 가스 대신 순수한 물을 배출하고, 공기 속 미세 먼지를 99.9%까지 제거하는 자동차이기 때문이다. 수소 전기차는 어떻게 이런 일을 가능케 하는 걸까?

 

● 수소 전기차의 핵심, 연료 전지

 

수소 연료 전지는 수소와 산소를 반응시켜 에너지와 물을 생성해내는 구조를 가지고 있다.수소 전기차는 내부에 탑재된 ‘연료 전지’에서 수소와 산소를 활용해 전기 에너지를 생산한다. 연료 전지는 우리가 일반적으로 사용하는 화학 전지 (건전지)와 마찬가지로 반응 물질과 전해질을 사용해 산화 환원 반응을 일으키고, 이 과정에서 발생한 에너지를 전기 에너지로 변환시킨다. 다른 점이 있다면, 화학 전지가 용기 속에 든 반응 물질을 한정적으로 활용하는 것에 비해 연료 전지는 외부에서 끊임없이 반응 물질을 공급해 에너지를 발생시킨다는 것이다. 연료 전지에 사용되는 물질은 기체, 액체, 고체 어느 것이 사용되느냐에 따라 다양한 방식을 갖고 있는데, 대표적인 것이 바로 수소를 연료로 사용하는 연료 전지이다. 수소 전기차에 사용되는 것이 이 방식이다.

 

수소를 사용하는 연료 전지는 수소 탱크에서 공급된 수소와 외부에서 공기 중에서 수집한 산소를 이용해 물과 에너지를 만들어 낸다. 수용액에서 수소와 산소의 전자를 교환하는 방식으로 화학 반응을 일으키는 것이다. 이 과정에서 생성된 물은 외부로 배출되고 에너지는 전기 에너지로 변환돼 모터를 움직이는 데 사용한다. 현대 자동차에서 양산하는 수소 전기차 넥쏘가 현존하는 수소 전기차 중 최장인 609km의 항속 거리를 갖출 수 있었던 이유는 바로 자체 개발한 고성능 연료 전지 시스템을 탑재했기 때문이다. 넥쏘에 적용된 4세대 연료 전지는 에너지를 효율적으로 사용하는 상압 시스템과 고온에서도 안정적으로 연료 전지를 운영할 수 있는 가압 시스템의 장점만 담은 가변압 시스템을 적용해 기존의 수소 전기차와 차별화된 성능을 선보일 수 있었다. 수소 전기차가 상용화될 수 있었던 데는 고성능 연료전지의 개발이 큰 역할을 했다.

 

● 수소차가 공기를 정화하는 원리

 

수소 전기차 넥쏘는 3단계에 걸쳐 공기를 정화하는 시스템을 갖추고 있다. 수소 전기차가 친환경차로 불릴 수 있는 또 하나의 이유는 자동차가 움직일 때 발생하는 부산물이 순수한 물뿐이기 때문이다. 배기 가스를 배출하지 않는 것만으로도 친환경적 자동차라는 것이다. 물론, 전기차도 배기 가스를 배출하지 않는다. 하지만, 수소 전기차가 전기차 보다 더 높은 평가를 받는 것은 공기를 정화하는 역할까지 있기 때문이다.

 

수소 전기차는 연료 전지에서 수소와 반응시킬 산소를 외부 공기로부터 얻는데, 연료 전지의 내구성 확보를 위해서는 순수한 산소가 필요하다. 수소 전기차 넥쏘에는 이를 실현하기 위한 3단계 공기 정화 시스템이 적용되어 있다. 최초로 유입된 공기는 먼지 및 화학 물질을 포집하는 공기 필터를 거치게 되는데, 이 과정에서 초미세 먼지 97% 이상이 제거된다. 두 번째로는 막 가습기 (가습막을 통한 건조 공기 가습)의 표면에서 초미세 먼지가 추가로 제거된다. 마지막으로 연료 전지 스택 내부 미세 기공 구조의 탄소 섬유 종이로 된 기체 확산층 (공기를 연료 전지 셀에 골고루 확산시키는 장치)을 통과하면, 초미세 먼지의 99.9% 이상이 제거된다. 연료 전지에 사용할 청정한 산소를 수집하기 위해 외부의 공기를 정화해서 사용하고 정화된 공기를 다시 배출하는 것이다.

 

● 수소 전기차의 공기 정화 능력은?

 

수소 전기차 넥쏘 1대가 1시간 운행할 경우, 성인 42.6명이 1시간 동안 소비할 수 있는 청정 공기가 생산된다.그렇다면 수소 전기차가 실제 운행하며 정화하는 공기의 양은 얼마나 될까요? 수소 전기차 넥쏘가 1시간 운행시 정화하는 공기의 양은 26.9kg이다. 몸무게 64kg인 성인 1명이 1시간 동안 호흡하는 데 필요한 공기량은 0.63kg이므로 넥쏘가 1시간 동안 운행하며 만들어낸 청정 공기량은 성인 42.6명이 1시간 동안 소비할 수 있는 양이다.

 

서울시에 등록된 311만대의 차량 (2017년 12월 기준) 중에 10만대가 넥쏘라면, 어떤 결과가 나올까요? 10만대의 넥쏘가 승용차 기준 하루 평균 운행 시간인 2시간을 주행하면, 성인 35만 5천명이 24시간 동안 마실 수 있는 공기를 정화하게 된다. 이는 854만명이 한 시간 동안 호흡할 수 있는 공기의 양이다. 현재 서울시 전체 인구의 86%에 해당하는 규모이다.

 

버스나 택시처럼 일반 승용차 보다 주행 거리가 긴 대중 교통 수단이 수소 전기차로 바뀐다면, 그 규모는 더 커질 것이다. 현대 자동차의 실주행 측정치에 따르면, 수소 전기 버스가 1km 주행시 공기를 정화하는 양은 4.863kg이다. 수소 전기 버스가 연간 86,000km를 달린다고 가정한다면, 418,218kg의 공기를 정화하게 된다. 이는 몸무게 64kg 성인 76명이 1년 동안 마실 수 있는 양이다.

 

서울시에서 운행하는 시내 버스 6,951대가 모두 수소 전기 버스로 대체된다면, 53만명이 1년 동안 깨끗한 공기를 마실 수 있게 되는 것이다. 이렇듯 수소 전기차가 가진 공기 정화 능력은 우리가 생각했던 것 보다 매우 우수하다. 수소 전기차가 상용화되고 등록 대수가 늘어나게 되면, 미세 먼지 농도가 높은 날 자동차 운행을 자제하는 현재와 대조적으로 수소 전기차 운행을 적극적으로 독려하는 진풍경이 벌어질 수도 있을 것이다.