[칼럼] 미래 전기차의 무한 가능성에 주목하다
[칼럼] 미래 전기차의 무한 가능성에 주목하다
  • 신상길 에너지신문 논설위원
  • 승인 2021.01.12 17:03
  • 댓글 0
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신상길 에너지신문 논설위원.
신상길 에너지신문 논설위원.

[에너지신문] 고급전기차(수소연료전지전기차)와 일반전기차(배터리전기)의 차이는 동력공급원이 배터리의존형인지, 내장된 수소연료전지로부터 전력을 공급받는 연료전지형 인지는 아직 명백히 구분되고 있지 않다.

이와 관련되는 사실 규명은 몇몇 전문가의 의견에 의존하고 있지만, 아직까지는 고급과 일반전기차 구분은 가설이라 할 수 있다. 

결론을 낼 수 있는 근거는 없지만 유추해 역추적하면 전기차의 구분을 동력 전달의 효율성과 주행 성능 발전성, 기계적 성능 등 자동차로서의 기능과 자율주행의 정확성 등은 판단기준이 될 수는 없다고 생각한다. 다만 지속적인 안전관리와 믿을 수 없는 출고가격(약 3만달러/대) 등 미래에는 전기차가 기존 내연기관차시장을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

중형 전기자율주행차의 출현은 기계전기공학적인 기술작품이 아닌 자율주행을 가능하게한 통신공학, 전자제어공학, 지형지물 빅데이터이용 원격제어공학 그리고 이들 모든 자료를 행동으로 옮길수 있는 인공지능기술 등을 합한 컴퓨터공학의 생산물이라 할 수 있다.

컴퓨터공학으로 생산보급된 제품을 살펴보면 PC, 워크스테이션(Work-Station), 스마트폰, 업무용 컴퓨터(중형컴퓨터), 대형컴퓨터 등이 있다.

이중 전기차 영역에서 활용가능한 선택은 소형·대형컴퓨터를 제외한 중소형컴퓨터와 워크스테이션(Work-Station)사이에 있는 것 같다.

사람들은 테슬라 중형전기차를 ‘중형컴퓨터를 탑재한 바퀴달린 컴퓨터’라 부른다. 컴퓨터가 탑재된 젼기차는 ‘자율주행’을 의미하며 전기차의 특징은 원격제어식 자율주행이라 할 수 있다. 

현재 시중에 공급되는 자율자행차는 완벽하지 않지만 자율주행으로 가는 과도기적 초보 자율주행과 스마트폰 기능을 보강한 PC형 서비스 운영기능을 가진, 우리가 추구하는 전기자율차인지는 모르겠다.

이러한 중대형 전기차(중대형 승용차, 시내버스, 중형트럭 등)에는 탑재형 중형컴퓨터 대신 본사 대형컴퓨터와 연결고리(원격제어)만 있으면 될 것이다. 미국은 이 분야의 기술인프라가 전 세계적으로 가장 앞서고 있다고 볼 수 있다. 테슬라 중형전기차가 중국에서 대량 생산될 것으로 알러져 있다. 그렇다면 중국의 통신망은 미국과 동일 수준이여야 한다.

전기차는 배터리를 탑재하고 배터리 힘으로 움직이는 운송수단이라고 불러야 한다. 그래서 휘발유 OTTO형 내연기관이나 경유 DIESEL형 내연기관 자동차를 ‘자동차’라 부른다. 반면  전기차는 자동차의 뼈대를 빌러 움직이는 집이라 할 수 있겠다. 이러한 움직이는 집에 수소연료전지 동력원(기관)을 장착하면 다시 ‘자동차’가 된다. 이를 수소연료전지전기차 또는 수소자동차라 한다.

미래 승용차는 전기차가 가장 많이 생산공급될 것이다. 하지만 소형연료전지 개발보급이 성능과 효율, 용량 특히 미연소 수소 최소화 등이 아직까지 해결해야 할 부분이 많다.

연료전지기술에서도 구조설계, 소재, 오퍼레이션 기술 등 과제도 산적해있다. 연료전지 스택은 어떤가? 구조설계와 효률 관계, 생성수배출, 반응열 열교환과 유리 일렉랙트론(전자)의 전달, 흡착, 전환 그리고 양극 전자전달 관계 등 보다 깊은  이론적 사고가 필요하다. 여전히 연구해야 할 부분이 상당히 많다는 것이다.

▲ 현대차그룹의 전기차 전용 플랫폼 E-GMP.
▲ 현대차그룹의 전기차 전용 플랫폼 E-GMP.

특히 연료전지 산소수소 열반응은 연소공학적인 순수 연소가 아니고 연소형태의 이온화반응이기 때문이다. 이온화 반응온도는 약 1100도 정도로 알려저 있다. 이온화온도에 도달하면 반응을 중지시켜야하므로 잉여수소는 산소 질소 그리고 생성수 등과 같이 순조롭게 스택골을  따라 벗어나야 하는 데 여기에는 고도의 기술력이 필요하다.

연료전지 효율을 높일려면 2차 이온화반응을 일으켜 전지의 효율을 높여야 한다. 일부에서는 이온화 전후 반응의 효율 참여 비율을 2:1이 되도록 내부구조를 설계 제작해야한다고 주장한다. 이러한 비율은 열 및 물질밸런스에 근거한 이론적 수치인 것 같다.

아무튼 수소연료전지기술은 △비교적 간단한 분산형 발전기능 제공 △수소대체용 메탄가스의 직접 이온화 매커니즘을 위한 이론적 해설과 표준설정용 검사장비 개발 △메탄 직접이온화 메커니즘 해설, 실험실적 파이롯트 장치개발 △차량 탑재용 소형 수소개질로 장치개발 등 이미 우리 산업체계에 기술적 가능성을 보여주고 있다.

결론적으로 수소연료전지기술은 아직 시작단계며 그 끝은 알 수 없다. 하지만 우리는 이러한 가정을 현실화시킬 인프라를 보유하고 있어 미래 전기차의 가능성이 높다고 할 수 있다.


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