배터리 전기차의 들러리 수소차

연료전지차는 미래의 파워트레인에서 얼마나 기회를 얻을 수 있을까? IDTechEx는 이같은 질문을 던지고, “ 배터리로 할 수 있다면, 이것이 현재 소비자와 환경을 위한 최고의 옵션이고, 배터리는 자동차를 위해 역할을 할 수 있다”라고 답했다. 즉, IDTechEx의 선임기술 분석관이 하고 싶었던 말은, 연료전지차에 대한 것이 아닌, 배터리 전기차의 우위와 자율주행 및 로보택시의 부상으로 향후 20년 동안 배터리 전기차가 글로벌 자동차 시장에 미칠 막대한 영향이었다. 루크 기어 기술분석관과 이야기를 나눴다.

글｜한상민 기자_han@autoelectronics.co.kr



11월, IDTechEx는 루크 기어(Luke Gear) 선임 기술분석관이 연료전지차(FCEV)에 관한 기사를 썼다며, 이것이 오토모티브 일렉트로닉스에 흥미로울 것이라며 알려 왔다(물론 전 세계 미디어에 뿌려진 것이다). IDTechEx의 최신 리포트 ‘Advanced Electric Cars 2020-2040’ 홍보를 위한 이 서신의 헤드라인 중 하나는 ‘코어까지 뒤흔들리고 있는 자동차 산업에서 전기차는 2040년까지 1조 8,000억 달러(2,000조 6,000억 원)까지 성장하는 생명선(In an industry shaken to its core, electric cars are the lifeline growing to $1.8 trillion by 2040)’이었고, 다른 하나는 기사와 관련된 ‘연료전지차의 상업적 실패(Fuel Cell Cars: A Commercial Failure)’였다. 

보고서는 2040년까지 전기차 시장을 예측했는데, 이와 관련 기어 분석관은 향후 20년 동안 FCEV가 지속적으로 상업적 실패를 겪을 것이라고 했다. 연료전지차가 배터리 전기차(BEV)에 도전하기 위해 무배출 장거리 주행을 내세우지만 이를 포함해 많은 약점을 지녔다고 지적했다.
기어 분석관과 서신을 주고받고, 추가 보고서 샘플을 살펴본 후 내린 결론은, ‘연료전지차의 상업적 실패’는 배터리 전기차의 우위와 자율주행 및 로보택시의 부상으로 향후 20년 동안 배터리 전기차가 글로벌 자동차 시장에 미칠 막대한 영향을 강조하기 위한 ‘리포트 홍보’ 미끼였다는 것이었다.

FCEV의 한계  

기어 분석관이 말하는 FCEV의 약점이란, ▶현재 FCEV는 (평균적인 내연기관 대비) 지역에 따라 구매비가 1.6배 이상, 연료비가 최대 3배 이상인 반면, BEV는 전 세계 시장에서 내연기관 차량과 동등한 TCO에 도달 ▶FCEV는 높은 전력과 에너지 하베스팅을 위해 리튬이온 배터리에 의존하면서 비용이 증가 ▶연료전지는 움직이는 부품을 가지고 있어 유지관리 비용이 BEV보다 더 높을 것 ▶배터리는 10년 동안 100만 마일(160만 km)의 수명과 2~4C 충전으로 1,000마일(1,600 km)의 주행거리를 향해 가고 있으며, 연료전지차 가격이 저렴해질 즈음이면 배터리 값은 BEV 보급량에 따라 더욱 내려갈 것 ▶수소를 이용한 마일 당 주행에 있어 FCEV는 열 손실로 효율성이 60%여서 더 많은 에너지가 들고, 청정 수소생산을 위해 그리드에서 전기를 사용(전해조에서 1 kg의 H₂를 생산하려면 54 kWh의 전기가 요구된다)한다는 것 등이다.
 

 

기어 분석관은 “차 자체에 우선 주목한 이유는 연료전지가 마일 당 훨씬 더 많은 에너지를 소비한다는 점을 강조하기 위함”이라며 “때문에, 근본적으로 가능하면 BEV를 사용하는 것이 좋다”고 말했다. 

FCEV 쪽에서 말하는 일반적인 강점 중 하나는 BEV보다 더 긴 순수 전기 주행거리를 제공할 수 있다는 점이다. 그러나 이것은 리튬이온 배터리에 대한 혁신과 연구 속도로 갈수록 약화되고 있다. 예를 들어, IDTechEx가 언급한 상위 3개 FCEV 모델들은 주행거리 300마일(483 km)의 토요타 미라이, 413마일(664 km)의 현대 넥쏘, 316마일(508 km)의 혼다 클라리스 등이다. 하지만, 지난해 초 테슬라는 루시드 모터스(Lucid Motors)와의 경쟁 속에서 주행거리 400마일(644 km)의 모델 S(EPA)를 공개했고, 루시드는 EPA 500마일(804 km) 이상의 최초 BEV ‘루시드 에어(Lucid Air)’ 세단을 올 초 판매하겠다고 발표했다. 

기어 분석관은 “이런 BEV들은 태양광 지원을 고려하지 않은 모델들인데, 태양광을 이용하는, 올 시판 예정인 라이트이어 원(Lightyear One)의 경우엔 50 kWh 배터리만으로 463마일(753 km) 주행을 달성한다”고 말했다. 

BEV는 주행거리, 주행불안, 충전 인프라 등 보급의 주요 이슈를 극복해가고 있다. FCEV 역시 마찬가지이지만, FCEV는 BEV가 차량의 광범위한 보급, 공유이동성을 위한 무선충전까지 논의되기 시작한 현재에 얼리어댑터를 유혹할 수 있는 충분한 충전 인프라 조차 마련하지 못하고 있는 상황이다. 게다가 수소 충전소는 BEV를 위한 급속 충전기보다 훨씬 높은 전개 비용이 요구되고, 위험시설로 기피되고 있다. 
 

IDTechEx는 FCEV의 짧은 충전시간도 큰 장점이 되지 않는다고 본다. 기어 분석관은 “FCEV는 충전시간이 좋은 장점이고 BEV의 충전은 느리지만, 차를 사용하는 방식에서 사회적 변화가 있을 것”이라며 “BEV의 충전은 결코 지금의 내연기관 주유와 같은 식으로 가지 않을 것이고 주유소 모델도 될 수 없지만, 소비자들이 스마트폰에 적응한 것처럼 언제 그리고 어떻게 충전해야 하는지에 대해 적응하고 더 많은 계획을 세울 것”이라고 전망했다.  

30~45분 사이 충전이 비용과 환경적 측면에서 사회적으로 용인되고 실행가능하게 될 것이며, 차량은 대부분 하루에 몇 시간만 운행하게 될 것이다. 기어 분석관은 “FCEV 충전 인프라 문제는 수소 비용을 포함해 매우 비싸고, 시간적 편의란 장점을 일부 가져온다고 해도 이 문제는 당분간 지속될 것”이라고 예상했다. 
지속가능성 요구

한편, 유럽에서 논의되고 있는 LCA(Life Cycle Assessment)는 전기차 신화를 허상으로 만들지도 모른다는 우려를 자아내고 있다. 이는 BEV가 전기 생성 과정까지 포함한 웰투휠에서 여전히 내연기관 대비 배출이 적지만 배터리 생산 및 폐기 과정 등을 포함한 총체적인 LCA 기준에서는 별 차이가 없기 때문이다. 그러나 미래에 LCA 규제가 도입되더라도 그 즈음 신재생에너지 인프라와 배터리 리사이클 시스템의 구축, 특히 각국 시정부의 도시 환경개선 의지의 영향으로 이는 장애가 되지 않을 가능성이 높다. 게다가 독일 OEM은 이미 전기차 중심 탄소중립 생산에 대한 대책을 과감하게 실행 중이다.

예를 들어, BMW는 노스볼트와 20억 유로 규모의 배터리 공급 계약을 맺었다. 이처럼 OEM은 전기차에 들어가는 배터리의 지속가능성 요구를 줄기차게 공급사에 요구하고 있고, 이들은 이에 맞춰 전력 소스 중 신재생에너지 비중을 높이고 있다. 또 탄소중립적인 자체 배터리 셀 생산에 나서고 있다. 결정적으로 무배출, 나아가 내연기관 판매 금지를 요구하는 도시들도 점차 늘고 있다.  

기어 분석관은 “대부분 OEM은 BEV에 초점을 맞추고 있다. 예를 들어, 토요타의 경우 2019년 여름 미디어 행사에서 ‘우리는 BEV에 우선 중점을 두고 있지 않으며, 수소연료전지 전략을 포기하지도 않는다’고 말했지만, 토요타는 2021년 리프레시될 미라이와 FCEV Lexus 등의 계획과 달리, 2020년대 초 10개의 BEV 모델을 중국을 시작으로 전 세계에 출시할 것이라고 밝혔다. BMW도 FCEV에 대한 계획을 갖고는 있지만 2025년 이후로 계획하고 있다”고 말했다.
 
장거리 수송

그러면 OEM은 왜 연료전지에 관심을 갖는 것일까. IDTechEx는 아직 오프로드, 해양, 장거리 트럭 운송과 같은 강력한 장거리 애플리케이션에서 FCEV가 제외되지 않았기 때문이라고 말한다. 문제는 승용차에 비해 이들 모두 상대적으로 물량이 적은 시장이어서 비용을 빨리 줄이기 위해 고전할 수밖에 없다는 것이다. 

반대로 중소형 트럭을 이용하는 지역배송이든 복합항만 안팎의 드레이지(drayage)와 같은 운송에 이용되는 트럭 등 다양한 용도에서 전기트럭은 상업적으로 매력적인 솔루션으로 인식되고 있고 장거리 영역에도 노크하고 있다. 

기어 분석관은 “수소가 유일한 옵션은 아니다. 대체 저탄소 연료도 옵션이다. 장거리 운송에서 가장 실행 가능한 솔루션으로 떠오르는 연료전지가 승자가 될 것이고 다른 부문의 인프라 개발 및 비용 절감에 도움이 될 것이지만 승용차에 비해 상대적으로 적은 규모의 시장이기 때문에 제한적일 것이다. 게다가 테슬라 세미와 같은 경쟁이 남아있다. 시간이 말해 줄 것이다”고 전망했다.

FCEV는 이 영역에서 배터리 트럭을 제거할, 예를 들어, 대용량 에너지(1 MWh 이상)를 몇 분 안에 재충전해야 하는 식의 매우 구체적인 요구조건을 충족해야만 한다. 유럽에서 국경을 넘는 도로 화물운송의 평균거리는 약 600 km다. 적재량에 따라 장거리 트럭의 표준 운행거리는 약 800~1000 km다. 운행거리 연장은 장거리 트럭의 도전과제이자 새로운 트럭 파워트레인의 도전과제다. 적재량과 주행거리가 매우 중요하고, 적재중량은 최대 주행거리를 크게 좌우한다. 지금까지 현대차, 토요타, 다임러-볼보, GM 등이 수소트럭 개발에 적극적이다.

IDTechEx는 FCEV가 수소경제 확대 전략으로 특정 국가에서 더 보급될 것이지만, 이는 전 세계적인 추세가 아니며 지역적인 고립이 될 것이라고 전망했다. 특히 스타트업들이 순수하게 BEV에 초점을 맞추고, BEV의 기준을 더 높게 설정함에 따라 전통적인 자동차 회사들에게 이같은 무배출 차량 개발 부담을 더하고 있다고 강조했다.   

IDTechEx는 “전기차의 10년과 FCEV의 10년(토요타 미라이는 단지 5년째 시판 중)을 비교할 수는 없다. 하지만, 향후 10년 후 BEV가 세계 자동차 시장의 20%(대략)를 차지하는 동안 FCEV는 여전히 0.5%를 훨씬 밑돌 것으로 보인다”고 전망했다.  

 

---

AEM_Automotive Electronics Magazine