전기차와 수소전기차의 차이점에 대해 알아볼까요?

안녕하세요. 메카럽입니다.

이번 포스팅에서 다룰 주제는 전기차와 수소전기차의 차이점에 대해 알아보고자 합니다.

 

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◇ 전기차의 개요

 

전기차의 작동원리

≫ 전기차는 고전압 배터리에서 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 차량으로 화석연료를 전혀 사용하지 않는 무공해 차량입니다.

▷ 내연기관차와 달리 엔진이 없이 배터리와 모터만으로 차량 구동이 이루어집니다.

▷ 엔진이 없으므로 대기오염물질과 온실가스를 배출하지 않습니다.

▷ 배터리 용량에 따라 주행가능 거리에 차이가 있습니다.

 

전기차 내부구조

≫ CHARGER

외부 전력 공급을 통한 충전이 필요하며 급속충전기는 50kW급으로 완전 방전상태에서 80%충전까지 30분이 소요되고, 완속충전기는 약 6~7kW급으로 완전 방전상태에서 완전충전까지 4~5시간이 소요됩니다.

≫ EVSE

이 기술은 주차 중인 전기자동차의 인포테인먼트 기기와 스마트기기를 네트워크를 통해 연결하여 원격지에서 전기자동차의 충전 및 각종 상황을 모니터링 할 수 있는 편리한 방법을 제시하고 있습니다.

≫ PRA

구동스위치와 배터리를 연결하며 전기를 흐르게 혹은 차단시키는 기능을 합니다.

≫ EPCU

구동모터의 속도를 제어하는 장치입니다.

≫ BATTERY

전기에너지 저장 및 공급장치로 무게는 최대한 가볍게 고용량 배터리를 사용하는 것이 중요합니다.

내연기관 엔진없이 충전된 배터리에서 공급되는 전기에너지만을 동력원으로 전기모터를 구동하며 회생제동 기능을 이용한 운행 중 배터리 충전으로 제동 횟수가 많은 도심에서 에너지 효율성 극대화가 됩니다.

≫ MOTOR

배터리에서 발생된 전기를 토크로 변환하는 장치로 소음이 없고 조용한 것이 특징입니다.

 

전기차 특징

≫ 친환경적

주행시 화석연료를 사용하지 않아 CO2나 NOx를 배출하지 않으며 엔진 소음이 적고, 진동이 적습니다.

≫ 경제적

전기모터로만 구동할 경우 운행비용이 가장 저렴하고, 심야 전기를 이용할 경우 비용을 더 낮출 수 있어 차량 수명이 상대적으로 긴 것이 특징입니다.

≫ 안전성

사고시 폭발의 위험성이 적습니다.

≫ 편의성

심야 전력으로 자택에서 충전 가능하고 기어를 바꿔줄 필요가 없어 운전 조작이 간편합니다.

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◇ 수소 전기차의 개요

수소전기차는 수소와 공기중의 산소를 직접 반응시켜 전기를 생산하는 연료전지를 이용하는 자동차로서 물 이외의 배출가스를 발생시키지 않기 때문에 각종 유해 물질이나 온실가스에 의한 환경피해를 해결할 수 있는 환경친화적 자동차입니다.

 

수소전기차의 구동원리

수소가 연료전지에 공급되면 전자와 수소이온으로 분리되고 이 때 발생한 전자들은 외부 회로로 전달되어 연료전지 자동차의 모터를 구성하는 동력원인 전기에너지로 사용됩니다. 또한 수소에서 분리된 수소이온들은 전해질 막을 통과해 막 반대편의 연료전지에 공급된 공기중의 산소와 반응하여 물을 생성하게 됩니다. 이 때 생성된 물은 수소전기차의 유일한 배출물로서 남은 공기와 함께 대기 중으로 배출됩니다.

 

≫ 수소탱크

충전소에서 충전한 수소를 고압(700bar)으로 저장합니다.

≫ 연료전지

수소와 산소를 화학반응시켜 전기를 생산합니다.

≫ 배터리

연료전지에서 생산된 전기를 저장합니다.

≫ 모터

배터리에 저장된 전기를 이용하여 자동차 바퀴를 구동합니다.

 

수소전기차와 전기차의 차이점

출처 : 현대자동차그룹 홈페이지

수소전기차는 수소와 공기 중 산소를 전기화학반응 통해 생성된 전기를 동력으로 활용하고, 전기차는 전기를 배터리에 저장하고 저장된 전기를 동력으로 활용합니다. 하이브리드차는 엔진과 배터리를 동력으로 활용하는 차량입니다. 수소전기차는 빠른 충전 시간(3~5분)과 장거리 특성, 더 많은 탑재량을 요구하는 차량(트럭, 버스 등)에 가장 적합합니다. 특히, 수소전기차는 유해배출가스가 없으며, 부가적으로 공기 정화 효과까지 있어 친환경에 가장 부합하는 차량입니다.

 

수소전기차의 공기정화기능

미래 자동차 산업의 중심에 서게될 친환경차로 뛰어난 친환경성과 미세먼지 저감효과로 그 핵심은 수소전기차가 될 것으로 전망됩니다.

수소차는 수소와 산소를 전기화학반응시켜 얻는 전기를 통해 움직이는 차량입니다. 따라서 연료전지의 내구 성능 확보를 위해 공기 중 먼지와 CO등 화학 물질을 제거한 후 연료전지에 에너지를 공급하게 됩니다. 이러한 3단계 공기 정화 시스템을 통해 공기 중 초미세먼지의 99.9%를 제거합니다.

세계보건기구에 따르면 몸무게 64kg의 성인 1명이 1시간 동안 호흡하는데 필요한 공기량은 0.63kg입니다.

수소전기차 1만대 운행 시 나무 60만 그루와 같은 수준의 탄소 저감효과가 기대되며 성인 약 4만 9천명에게 필요한 공기가 정화되는 효과로 주행 중 도로 위에서 발생되는 상당량의 미세먼지(타이어, 도로표면 마모 등) 또한 직접 정화하는 효과입니다.

 

전기차 대비 수소전기차의 경제성

실질적인 운행 경제성인 1km 주행 시 소요되는 연료비를 비교해보면, 동급 가솔린 차량 연료비(155원) 대비 디젤 차량의 연료비는 62%, 수소전기차는 54%, 전기차는 36% 수준입니다. 즉, 수소전기차의 운행 경제성은 기존 내연기관 차량보다는 우수하고 전기차보다는 다소 떨어지는 수준입니다. 하지만 현재는 수소 에너지에 대한 초기 시장 형성 단계이고, 추후 공급측면의 규모의 경제 실현, 수소 운송·생산 기술 발전 및 시장 참여자 증가와 함께 수소 가격이 낮아지면서 운행 경제성은 더욱 나아질 것으로 예상됩니다.

 

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마무리

◇ 왜 수소전기차인가?

출처 : 현대자동차그룹 홈페이지

수소전기차를 전기차와 단순히 성능, 경제성 등으로만 비교하는 것은 단편적인 접근입니다. 왜 수소전기차인가를 이야기하기 전에 우선 수소 에너지에 대한 이해가 필요합니다.

현재 전 세계의 화석연료(석유, 천연가스, 석유) 에너지 의존도는 85% 로 절대적입니다. 화석연료가 가지는 효율성에도 불구하고 각종 환경 문제 및 자원 고갈 문제로 각국에서는 탈 화석연료를 위한 움직임이 활발히 일어나고 있습니다. 특히 대부분의 국가에서 태양열이나 풍력과 같은 지속 가능한 친환경 재생에너지의 비중을 늘리고자 합니다. 우리나라 역시 정부는 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20% 까지 늘릴 계획을 가지고 있습니다. 하지만 재생에너지는 자연을 이용한 힘이기에 간헐성, 경직성, 지역 편차라는 근본적인 한계를 가집니다. 즉 잉여 전력 혹은 전력 부족이 필연적으로 발생할 수 밖에 없다는 의미입니다. 이 문제를 해소하기 위해서는 발생한 잉여 전력의 저장·운송이 필요한데 이 과정에서 주목받게 된 것이 바로 수소 에너지입니다.

수소 에너지는 대규모 저장·운송이 용이한 2차 에너지로 물을 전기분해하여 얻을 수 있습니다. 이러한 특징을 활용하면 재생에너지의 잉여 전력을 통해 수소를 생산·저장하였다가 소비지로 운송하여 연료전지를 통해 발전시킬 수 있습니다. 이를 통해 재생에너지가 가지는 한계를 극복하고 안정적이고 효율적으로 전력을 활용할 수 있습니다. (P2G, H-ESS) 즉 재생에너지 확대에 수소 에너지의 ‘에너지 캐리어’ 역할이 필수적인 것입니다.

수소 에너지가 제 역할을 하기 위해서는 연료전지, 수소 생산, 저장, 운송에 대한 기술이 뒷받침되어야 합니다. 그리고 수소전기차가 그 기술 발전의 첨병 역할을 수행할 것으로 보입니다. 우선 가정용, 발전용 연료전지에 비해 수송용 연료전지의 기술 요구 수준이 높기 때문에 수소전기차에서 얻은 혁신 기술이 타 부문으로 이전되어 기술 발전이 이뤄질 것입니다. 또한 수소전기차 보급 확대는 수소 생산, 저장 운송 기술의 발전을 이끌어 전체 수소 에너지 산업 육성의 촉매제로서의 역할을 할 것입니다.

이러한 모든 것을 비추어 볼 때 현재 심각한 환경오염의 주범인 탄소에너지를 하루라도 빨리 퇴출시키고 친환경적인 자동차로 보급이 시급하다고 생각합니다.

 

전기차와 수소전기차를 비교해보았는데요. 현재로써는 전기차든 수소전기차든 빠른 보급이 되었으면 좋겠습니다. 그래도 개인적으로 선택하야 한다면 저는 수소전기차를 선택하고 싶다는 말씀을 드리며 이만 포스팅을 마무리 하도록 하겠습니다.