배터리 vs. 수소연료전지

 

닛산 리프(2010년)와 테슬라 Model S(2012년)가 출시된 이후, 배터리 구동 전기 자동차(BEV)는 자동차 산업의 주요 초점이 되었다.

이러한 구조적 변화는 놀라운 속도로 진행되고 있다. 중국에서는 전년도의 100만 대에서 증가하여 2021년 300만 대의 BEV가 판매되었다. 한편, 미국에서는 판매 가능한 차종의 수가 2024년까지 두 배가 될 것으로 예상된다.

하지만, 국제 에너지 기구는 세계 기후 목표를 달성하기 위해 자동차 산업이 연간 30배 더 많은 광물을 필요로 할 것이라고 주장한다. 많은 사람들은 이것이 공급에 부담을 줄 수 있다고 우려한다.

"이 데이터는 세계의 강화된 기후 목표와 중요한 광물의 가용성 사이의 서서히 다가오는 불일치를 보여줍니다."
- 파티흐 비롤, IEA

다행스럽게도, BEV가 운송수단의 탈탄소를 위한 유일한 해결책은 아니다. 이 인포그래픽에서, 우리는 연료전지 자동차(FCEV)가 어떻게 작동하는지 설명한다.

 

수소연료전지는 어떻게 작동할까?

FCEV는 배기가스를 배출하지 않는 (환경적 생산 비용을 제외한) 전기자동차의 한 종류이다. 가장 큰 차이점은 BEV는 전기를 저장하기 위한 대용량 배터리를 포함하고 있는 반면, FCEV는 수소연료전지를 사용하여 자체적으로 전기를 생성한다는 것이다.

BEV 주요 부품	FCEV 주요 부품
배터리	배터리
차량 탑재 충전기	수소연료 탱크
전기 모터	연료전지 스택
	전기 모터
	배기관

주요 FCEV 구성 요소의 기능을 살펴보자.

배터리

첫 번째는 전기 모터에 전력을 공급하기 위해 전기를 저장하는 리튬이온 배터리이다. FCEV에서 배터리는 주 전원이 아니기 때문에 더 작다. 일반적인 맥락에서, Model S 플라이드는 7,920개의 리튬이온 전지를 포함하고 있고, 도요타 미라이 FCEV는 330개를 포함하고 있다.

수소연료 탱크

FCEV는 수소를 가스 형태로 저장하는 연료 탱크를 가지고 있다. 액체 수소는 극저온(-150°C 또는 -238°F)이 필요하기 때문에 사용할 수 없다. 수소연료전지를 위해 산소와 함께 수소 가스가 투입된다.

연료전지 스택 및 모터

연료전지는 전기를 생산하기 위해 수소 가스를 사용한다. 이 과정을 일반 용어로 설명하자면, 수소 가스는 전지를 통과하여 양성자(H+)와 전자(e-)로 나뉜다.

양성자는 액체 또는 젤(겔) 물질인 전해질을 통과한다. 전자는 전해질을 통과할 수 없기 때문에 대신 외부 경로를 사용한다. 이렇게 모터에 전원을 공급하기 위한 전류가 생성된다.

배기관

연료전지의 과정이 끝나면 전자와 양성자가 만나서 산소와 결합한다. 이로써 화학반응을 일으켜 물(H2O)을 생성하고, 이 물은 배기관 밖으로 배출된다.

 

어떤 기술이 우세한가?

아래 표에서 볼 수 있듯이, 대부분의 자동차 회사는 초점을 BEV로 옮겼다. BEV 그룹에서 눈에 띄게 빠진 것은 세계 최대의 자동차 회사인 도요타이다.

 

수소연료전지는 테슬라 최고경영자(CEO) 일론 머스크와 폭스바겐 최고경영자(CEO) 헤르베르트 디에스 등 업계 저명인사들로부터 비판을 받았다.

친환경 수소는 철강, 화학, 항공 등에 필요하며 자동차에 활용되어서는 안 됩니다. 너무 비싸고 비효율적이며 느리고 출시 및 이동 수단으로는 어렵습니다.
- 헤르베르트 디에스, 폭스바겐 그룹 CEO

도요타와 현대 두 회사 모두 연료전지 개발에 계속 투자하며 반대편에 서 있다. 그러나 이들의 차이점은 현대(및 자매 브랜드 기아)가 계속해서 여러 BEV를 출시했다는 점이다.

이것은 프리우스와 같은 하이브리드 차량을 개척한 도요타의 놀라운 실수이다. 이 성공 후에 BEV가 자연스러운 다음 단계가 될 것이라고 생각하는 것이 타당하다. 와이어드의 보도에 따르면, 도요타는 대부분의 업계가 다른 방향으로 움직이고 있다는 사실을 무시한 채 모든 칩을 수소 개발에 두었다. 실수를 깨닫고 시간을 벌어야 하는 이 회사는 EV 채택에 반대하는 로비에 의존했다.

패자에 직면한 도요타는 대부분의 대기업이 잘못된 게임을 하고 있을 때 발견되는 하는 일을 하고 있습니다. 판도를 바꾸기 위해 싸우고 있는 것입니다.
- 와이어드

도요타는 테슬라가 Model S를 출시한 지 10년 이상 지난 2023년에 최초의 BEV인 bZ4X 크로스오버를 출시할 것으로 예상된다.

 

연료전지 채택에 대한 과제

FCEV의 광범위한 채택을 가로막는 몇 가지 과제가 있다.

하나는 차량 성능이지만 차이는 미미하다. 최대 주행거리 측면에서 최고의 FCEV(도요타 미라이)는 402 마일로 EPA 등급을 받은 반면 최고의 BEV(루시드 에어)는 505 마일을 받았다.

두 가지 더 큰 문제는 1) 수소의 효율성 문제와 2) 매우 제한된 수의 충전소이다. 미국 에너지부에 따르면, 캘리포니아에 47개, 하와이에 1개 등 전국에 48개의 수소충전소가 있을 뿐이다.

반대로 BEV는 미국 전역에 49,210개의 충전소가 있으며, 가정에서도 충전이 가능하다. 바이든 행정부가 충전 네트워크를 확장하기 위해 50억 달러를 할당했기 때문에 이 숫자는 분명 증가할 것이다.

 

 

 

출처 :  Visual Capitalist