니들이 ‘그린 카’를 알아? 친환경 미래형 자동차로 본격 세대 교체세계 자동차업계 기술개발에 박차…
영화 ‘지구가 멈추는 날’에 하이브리드 카(car) 혼다 시빅이 등장한다. 007도 하이브리드 카를 탄다. 22번째 작품 ‘퀀텀 오브 솔러스’에서 제임스 본드는 포드 이스케이프 하이브리드를 탄다. 무단변속기, 1400ℓ 엔진을 장착한 시빅의 연비(燃比·자동차의 단위 연료당 주행거리 비율)는 23.1km. SUV 이스케이프 하이브리드는 15km다.
5월 국내 시장에 선보인 쏘나타 하이브리드는 어떤가. 21km의 연비를 자랑한다. 191마력에 달하는 힘도 훌륭하다. 친환경 분위기가 나는 디자인도 아름답다.
미국에서 출시한 전기자동차(이하 전기차) 쉐보레 볼트는 쏘나타보다 덩치가 작다. 제네랄모터스(GM)의 야심작인 볼트는 최대 주행거리 610km를 자랑한다. 1400ℓ가솔린엔진에 발전기를 달았다. 가정에서 240v 전원으로 4시간이면 충전이 끝나기 때문에 간편하다. 퇴근 후 ‘플러그 인’ 하는 것으로 잠자리에 들기 전 에너지 보충을 끝내는 셈이다. 지난해 12월부터 미국 7개 주에서 볼트를 팔기 시작했다. 올해 말 유럽 시장에 진출한다. 한국GM도 5월에 전기차 크루즈를 선보였다. 이명박 정부의 녹색 성장 정책에 부응하려고 개발한 연구용 전기차다. 1회 충전으로 160km를 달린다. 볼트의 4분의 1 수준이다.
세계 자동차 기업이 그린 카(green car) 개발로 분주하다. 도요타 등 일본 자동차 회사의 하이브리드, GM을 중심으로 한 미국 자동차 회사의 전기차, 유럽 업체의 클린 디젤이 세계 시장을 분할한 가운데 영토를 확장하려고 아우성이다. 한국 시장도 예외가 아니다. 현대자동차(이하 현대차)가 쏘나타 하이브리드를 출시하면서 그린 카 시장이 달아올랐다. 현대차는 혼다 인사이트, 도요타 프리우스와 경쟁한다.
그린 카는 휘발유 자동차보다 비싸다. 당연히 살까 말까 망설일 수밖에 없다. 초기 투자 비용이 커서다. 이런 독자를 위해 지금 시장에 나온 하이브리드에 대한 품평회를 준비했다.
그린 카를 살까, 휘발유차를 살까
사전은 하이브리드를 ‘잡종’ ‘튀기’ ‘혼혈’이라고 설명한다. 도로 위 하이브리드도 똑같다. 한국인, 영국인이 섞인 모델 겸 배우 다니엘 헤니를 떠올리면 된다. 하이브리드는 휘발유를 태워 힘을 내는 내연기관에 전기모터를 함께 앉힌다. 엔진과 모터가 상부상조해 자동차를 밀고 나간다.
하이브리드의 핵심 원리는 ‘버린 에너지를 모아 필요할 때 다시 쓰는 것’이다. 자동차가 감속하면서 공중에 날려 보낸 위치 에너지, 정속 주행하거나 내리막길을 달릴 때 남는 힘을 모아 발전기를 돌린다. 전기를 배터리에 저장한 후 서행이나 급가속 상황에서 전기모터를 돌려 에너지를 절약한다. 신호등을 보면서 가다 서다를 반복해야 하고, 오르막 내리막이 잦은 교통 환경에서 에너지 절약이 가능하다. 서울의 교통 환경이 그렇다.
하이브리드는 구두쇠를 닮았다. 절감하는 에너지가 생각보다 많다. 가솔린엔진만 달린 쏘나타 연비가 13.8km/ℓ. 하이브리드 쏘나타는 7km 남짓을 더 달린다. K5 하이브리드도 연비가 비슷하다. 계산기를 두드려보자. 가솔린 모델, 하이브리드 모델의 가격차가 500만 원. 3~4년 꾸준히 달리면 본전을 뽑는다.
그럼에도 단점이 적지 않다. 21km의 연비는 그야말로 최적 환경에서 나온 수치다. 대도시 도로 주행에서는 이보다 훨씬 낮다. 가솔린 쏘나타도 도심에선 연비가 10km에 못 미친다. 본전을 뽑으려면 단순 계산한 것보다 오래 달려야 한다는 얘기다. 1년 주행거리가 긴 오너드라이버라면 하이브리드를 강력 추천한다. 다만 트렁크가 작다는 점은 고려해야 한다. 트렁크에 실을 수 있는 골프 클럽 수가 일반 차보다 적다.
그린 카를 타면 지구 환경을 지킨다는 뿌듯함도 느낄 수 있다. 말 그대로 ‘착한’ 쏘나타를 타는 것이다.
클린 디젤은 BMW 이피션트다이내믹스 에디션이 경쟁력을 갖췄다. 연비는 22.2km. 인사이트(23km), 프리우스(29.2km)보다 경쟁력이 떨어지는 것으로 보이지만, 한국은 휘발유보다 경유가 싸다. 게다가 클린 디젤은 하이브리드보다 힘이 좋다. 파워를 중요하게 여긴다면 클린 디젤을 고려해볼 만하다.
01 도요타 프리우스
최고(最古), 최고(最高) 하이브리드다. 1997년 태어났다. 시중에 나온 프리우스는 손자 모델. 3대를 거치는 동안 기술이 농익었다. 디자인에도 친환경 이미지, 공기역학 설계를 담았다. 구석구석 뿌듯한 자동차다. 힘 남을 때 충전하고, 필요할 때 모터 돌리는 알고리즘이 정교하다. 실내는 전자제품을 닮았다. 인테리어도 잡종인 것이다. 계기반에 바늘이 없다. 그래서 깔끔하다. 그래픽으로 정보를 전달한다.
식물 소재로 패널, 시트를 만드는 센스도 잊지 않았다. 사람이 죽으면 흙으로 돌아가듯 자동차가 수명을 다하면 시트, 패널이 자연으로 되돌아간다. 프리우스는 1km를 달리는 데 이산화탄소 80g을 배출한다. 보통 자동차는 이산화탄소 배출량이 1km당 100~200g에 달한다. 이산화탄소는 대표적인 온실가스. 지구를 생각한다는 명분을 내세우지 않더라도 주머니 사정을 고려하면 프리우스가 정답이다. 그럼에도 3세대 프리우스는 출시 초반처럼 팔려나가지 않는다. 비슷한 가격에 독일산 클린 디젤을 살 수 있어서다. 하이브리드, 클린 디젤 사이에서 갈팡질팡하다가 유럽차를 구입하는 이가 많아졌다.
02 렉서스 CT200h
렉서스는 영문, 숫자를 조합한 이름을 갖는다. 영문은 차종, 숫자는 배기량을 가리킨다. LS460은 4600ℓ엔진을 앉힌 세단. LS460에 대문자 L이 붙으면 기사 딸린 차를 타는 ‘사장님’을 위해 자동차 허리길이를 늘인 롱 휠베이스 버전(LS460L)이다. 소문자 h가 붙은 게 하이브리드 모델(LS460h)이다. 도요타는 LS600h, GS450h, RX450h를 출시했다.
최근 CT250h라는 이름의 막내를 내놓았다. CT200h는 도요타 프리우스로 만든 ‘꼬마 렉서스’다. 프리우스보다 고급스럽다. 프리우스에서 비롯했으나 스포츠 해치백으로 진화했다. 핸들을 직각으로 곧추세웠으며, 시트 높이를 낮췄다. 달릴 때 속도감이 느껴지는 설계다. 1800ℓ엔진과 전기모터가 만들어내는 토크가 충분해 가속 능력도 부족하지 않다.
오디오 밑에 달린 다이얼을 스포츠 모드로 바꾸면 숨어 있던 RPM 계기판이 나타나면서 계기반 전체가 빨간색으로 변한다. RPM을 살펴보면서 마음껏 질주해보라는 뜻이다. 그러면서도 렉서스가 자랑하는 조용함을 버리지 않았다. 시속 140km가 넘어도 귀를 기울여야 바람소리가 들린다.
CT200h는 잘 만든 승용차다. 그런데 가격이 실망스럽다. 프리우스보다 400만 원 비싼 4190만 원. 같은 값으로 BMW 1시리즈, 골프 GTD, 볼보 C30을 살 수 있다. 독일산 디젤의 경쟁력이 만만찮다.
03 혼다 인사이트
혹자는 도요타에 프리우스가 있다면 혼다엔 인사이트가 있다고 말한다. 하지만 두 차는 외관은 물론 성격도 다르다. 전기모터만으로 움직이느냐, 그렇지 않느냐로 구분 가능하다. 프리우스는 전기모터만으로 최고시속 45km로 2km를 달릴 수 있다. 인사이트는 전기모터로는 10cm도 움직이지 못한다. 전기모터가 혼자서는 구동하지 않고 엔진을 보조하기만 하는 ‘마일드 하이브리드’ 방식을 사용해서다. 프리우스 방식을 ‘풀 하이브리드’라고 부른다.
그렇더라도 인사이트가 프리우스보다 못한 것은 결코 아니다. 마일드 하이브리드가 가진 특장을 잘 살렸다. 가볍고, 경쾌하다. 풀 하이브리드에 앉히는 배터리는 덩치가 크다. 전기모터도 마찬가지. 인사이트에 장착한 배터리와 모터는 덩치가 작다. 그만큼 효율성이 높다. 차체도 가볍다. 보닛 아래 89마력을 내는 1300ℓ엔진이 자리 잡았는데, 무게가 1240kg. 프리우스보다 150kg 가볍다. 차제가 가벼우면 잘 나가고, 잘 서고, 잘 돌고, 연료를 덜 먹는다. 경제운전 십계명 중 첫 번째가 트렁크 잡동사니부터 치우라는 것 아닌가. 인사이트 연비는 23km. 프리우스에 못 미친다. 값은 700만 원 싸다.
04 BMW 7시리즈 하이브리드
일본이 하이브리드를 연구할 때, BMW는 수소자동차(이하 수소차)를 연구했다. 휘발유가 아닌 수소를 태우는 ‘무공해 7시리즈’가 그것이다. 이 녀석이 한국에서 시범 주행을 한 적이 있는데, 성능이 나쁘지 않았다. 기술적 난제는 수소를 어떻게 저장하느냐다. 수소차를 만들었을지언정 수소 충전소가 없다. 자동차는 있는데, 주유소가 없는 격. 무공해 7 시리즈 상용화는 현재 기술로는 한참을 기다려야 할 듯하다.
미래 기술을 연구하는 듯하던 BMW가 최근 하이브리드를 들고 나타났다. BMW는 효율성을 강조한다. 그러면서도 다이내믹한 자동차를 추구한다. 메인 슬로건은 ‘이피션트 다이내믹스(Efficient Dynamics)’. 작은 차에는 무거운 배터리나 전기모터를 장착하지 않는다. 5시리즈 이하 자동차는 클린 디젤 엔진이 효율적이라고 여긴다. BMW 하이브리드는 7시리즈와 섹시한 X6에서만 맛볼 수 있다.
그런데 이 두 녀석에게 적용한 하이브리드 방식이 다르다. 여유 공간이 상대적으로 적고, 무게 배분이 예민한 7시리즈는 마일드 하이브리드 시스템을 앉혔다. 파워가 필요한 X6에는 풀 하이브리드 방식을 적용했다. 7시리즈 하이브리드 가격은 1억9860만 원. 가격이 부담스럽지만 매력 또한 적지 않다. 750i 가격인데도 전기모터 덕분에 파워가 더해져 760i처럼 잘 나간다.
05 벤츠 S400 하이브리드
한국엔 잘 알려지지 않았지만 메르세데스-벤츠에도 하이브리드가 있다. “우리도 만든다”는 게 메르세데스-벤츠가 할 수 있는 얘기의 전부다. 벤츠 S클래스에 하이브리드를 장착한 녀석이 딱 하나 있을 뿐 내세울 만한 특징이 없어서다. S400 하이브리드를 대표하는 말은 ‘겸손한 하이브리드’.
보통의 하이브리드 카는 배터리를 트렁크에 넣어 적재 공간을 잡아먹는다. 메르세데스-벤츠 하이브리드는 엔진룸에 집어넣었다. 트렁크 공간이 그대로다. 엉덩이에 붙은 엠블럼을 가리면 하이브리드 카인지 모를 수도 있다. 메르세데스-벤츠 하이브리드는 별로 설명할 게 없다. 연비가 약간 좋아지고, 배기가스도 약간 깨끗해지고, 가속력도 약간 좋아진 겸손한 자동차라는 말 외엔.
판매가는 1억6790만 원. 한 단계 아래인 S350에 없는 편의 장치를 달아 값을 올렸다. 실제로 몰아보면 ‘역시 벤츠!’라는 생각이 절로 든다. 메르세데스-벤츠는 예나 지금이나 하이브리드에 관심을 크게 두지 않는다. 하이브리드는 전기차로 가는 과도기적 형태일 뿐, 구조 자체에 결함을 가진 기술이라 여긴다. 그래서 전기차, 수소차 개발에 역량을 집중한다.
06 포르쉐 카이엔S 하이브리드
으르렁거리는 스포츠카만 만들던 포르쉐가 2002년 결이 다른 자동차를 내놓았다. 덩치 큰 SUV 카이엔을 출시한 것. 말도 많고 탈도 많았지만 카이엔은 포르쉐의 효자로 떠올랐다. 포르쉐가 만든 자동차 중 이윤을 가장 많이 낸다. 세월이 흘러 2010년, 뉴 카이엔이 세상에 나왔다. 포르쉐는 뉴 카이엔을 출시하면서 하이브리드 모델을 추가했다. 자동차는 짜릿해야 한다면서 배기량을 늘리고 터보엔진을 개발해온 포르쉐로서는 이율배반적 시도다.
카이엔 하이브리드는 풀 하이브리드 방식. 시속 45km까지 전기모터로 달릴 수 있다. 333마력, 최대토크 45kg·m, 연비 12.1km. 전기모터가 내는 소리는 여름 밤 모기가 내는 소리를 닮았다. 윙윙~. 모기 소리 내는 포르쉐가 어색하다. 포르쉐 처지에선 겸연쩍은 자동차다. 그럼에도 카이엔S 하이브리드의 시장 반응은 나쁘지 않다. 포르쉐를 타면서도 정숙함, 경제성을 누리고자 하는 이가 적지 않은 듯하다. 가격은 1억2000만 원.
07 쏘나타, K5 하이브리드
현대·기아차 하이브리드는 한국 그린 카의 역사 그 자체다. 1995년부터 하이브리드를 만들더니, 독자 기술을 개발하면서 올해 ‘세계가 반할 만한 차’를 내놓았다. 쏘나타 하이브리드, K5 하이브리드가 그것이다. 현대·기아차는 2009년 LPI 하이브리드를 개발해 아반떼, 포르테에 집어넣었다. LPG 엔진을 기본으로 삼았다는 게 이 두 녀석의 특징. LPG 엔진을 깔끔하게 만드는 노하우를 바탕으로 시스템을 개발한 것. 그러나 아반떼 하이브리드, 포르테 하이브리드는 성공하지 못했다. LPG가 효율이 떨어지는 연료인 데다, 툭 하면 시동이 꺼졌다.
쏘나타와 K5는 풀 하이브리드를 장착했다. 이로써 전기모터를 돌려 스르륵 움직이는 한국산 자동차가 도심을 질주하기 시작했다. 직렬 4기통 150마력 엔진에 41마력 전기모터를 갖춰 시스템 완성도도 높다. 1990년대부터 하이브리드 카를 팔아온 혼다를 기술력에서 제친 것으로도 보인다. 현대·기아차가 하이브리드 기술에서 거장 격인 도요타를 긴장케 하는 기술력을 확보한 셈이다. 21km의 연비뿐 아니라, 최고 191마력의 파워도 훌륭하다. 쏘나타, K5 하이브리드의 특장은 현실적인 곳에 있다. 시중에 나온 하이브리드 카 중 가장 저렴하다.
차세대 친환경 ‘그린 카’ 최후 승자 놓고 총력전
자동차에 쓸 석유가 얼마 남지 않았다. 혹자는 앞으로 40년만 쓰면 바닥난다 말하고, 누구는 60년은 너끈하다고 주장한다. 그러나 화석연료 생산이 정점을 찍고 하강한다는 데 이견은 없다. 사정이 이렇다 보니 자동차 업체는 기름 덜 먹는 자동차를 앞다퉈 연구하고 있다. 연료를 조금씩 태우는 희박 연소 기술, 연료를 연료실에 직접 분사하는 방식, 압축한 공기를 사용하는 터보 시스템 같은 처방이 쏟아져 나왔다.
이런 기술을 한 단계 뛰어넘는 친환경 자동차 개발도 활발하다. 그러나 그 개발 방법은 자동차 선진국마다 조금씩 다르다. 유럽은 클린 디젤엔진으로, 일본은 엔진 옆구리에 전기모터를 붙이는 방법으로, 미국은 전기자동차(이하 전기차)를 만들어 연료를 아끼고 환경을 보전하는 방법으로 개발에 나섰다.
이 가운데 기선을 제압한 것은 일본 자동차 회사 도요타다. 1990년대 중반 하이브리드 기술을 발표한 것. 엔진 옆에 전기모터를 붙여 연료 절감을 꾀한다는 게 도요타 기술의 핵심이다. 마침내 도요타는 1997년 하이브리드 자동차 프리우스를 세상에 내놓았다.
유럽 업체도 하이브리드차 출시
하지만 자동차 업체의 반응은 싸늘했다. 유럽 업체들은 “차는 1대인데, 동력원이 2개”라면서 “비효율의 극치”라고 꼬집었다. 배터리 내구성을 의심하는 저널리스트가 적지 않았고, 배터리의 중금속 오염을 걱정하는 이도 있었다. 그럼에도 프리우스는 굳세게 달렸다. 누가 뭐래도 당시 출시된 자동차 가운데 휘발유가 가장 적게 들고, 배기가스도 깨끗했기 때문이다.
할리우드 배우 레오나르도 디카프리오 같은 셀러브리티가 환경을 생각하는 실용적인 자동차를 타기 시작하고 원유값도 오르면서 프리우스가 인기를 끌었다. 이후 몇몇 자동차 회사가 도요타를 따라 하기 시작했다. 한국에서도 하이브리드 자동차가 등장했고, 한때 “설계 자체가 비효율을 상징한다”고 비웃던 유럽 자동차 업체도 하이브리드 자동차를 세상에 내놓았다.
전문가들은 “하이브리드 기술은 전기차로 가는 과도기로서만 의미 있다”고 말한다. 궁극의 자동차는 전기차, 꿈의 자동차는 수소연료전지자동차(이하 수소차)다. 전기차로 바로 갈 수 없는 기술력 탓에 엔진과 전기모터를 함께 쓰는 하이브리드가 득세한다는 것이다. 그들은 “하이브리드는 한마디로 임시 처방전”이라고 주장한다.
일본에서 하이브리드 기술을 개발했을 때 유럽 자동차 회사들은 그들 나름대로 믿는 구석이 있었다. 하이브리드보다 힘 좋고, 기름 덜 먹고, 구조 또한 간단한 클린 디젤엔진 기술을 확보했던 것이다.
지금은 ‘초보 수준’의 그린 카
지금까지 출시한 디젤 자동차 가운데 연비가 가장 좋은 것은 BMW 3시리즈 이피션트다이내믹스 에디션이다. 폭스바겐 제타 1.6 블루모션은 경유 1ℓ로 22.2km를 달릴 수 있다. 혼다 인사이트의 23km, 도요타 하이브리드의 29.2km보다 연비가 나쁘다고 볼 수 있지만, 한국에서는 클린 디젤엔진이 승자로 자리 잡을 가능성이 적지 않다. 휘발유보다 경유가 200원가량 저렴한 데다 경유가 고효율 연료라서 후련한 가속감을 선사하기 때문이다. 전문가들은 “한국처럼 언덕이 많은 도로 환경에서는 가속력 좋은 디젤엔진이 유리하다”고 말한다. 당분간은 클린 디젤엔진이 하이브리드와의 대결에서 승리하리라고 예측하는 전문가가 많다.
클린 디젤엔진을 얘기하면서 검은 연기를 내뿜는 오래된 ‘디젤 트럭’을 떠올리면 곤란하다. 당시 디젤엔진과 지금 디젤엔진은 연료만 같을 뿐, 성격이 완전히 다르기 때문이다. 과거 디젤엔진은 움직임이 둔하고 배기가스가 더러웠지만, 지금 디젤엔진은 터보 기술, 직분사 기술, 고압 분사 기술, 초미립자 필터 기술을 버무려내 날렵하면서도 깨끗하다.
제너럴모터스(GM)는 전기 냄새를 물씬 풍기는 쉐보레 볼트를 내놨다. 볼트는 전기모터의 힘으로 움직이는 순수 전기차로, 전원에 플러그를 꼽아서 충전한다. 한 번 충전하면 70km 정도를 갈 수 있는데, 이는 일반적인 출퇴근 거리가 50km 이하라는 계산을 토대로 한 것이다.
70km 넘게 달려 배터리 힘이 약해지면 자동으로 엔진에 시동이 걸린다. 하지만 이 엔진은 바퀴와 연결된 것이 아니다. 충전을 위한 것으로 ‘엔진’보다 ‘발전기’라고 부르는 것이 적확하다. 발전기라는 이름대로 크기가 모터사이클 엔진처럼 작다. 가속할 때, 감속할 때, 신호대기로 서 있을 때 ‘부아아앙~’ 하면서 배터리를 충전한다. 이런 식으로 충전하면서 달리면 최대 500km까지 갈 수 있다. 기존 자동차가 휘발유를 가득 채웠을 때 달릴 수 있는 주행 거리와 별반 차이가 나지 않는다.
GM은 볼트로 세계 시장을 공략할 계획을 세웠다. 전기 충전방식도 110v, 220v, 240v 등 다양하다. 보닛 속에 달린 소형 발전기에도 휘발유, 경유, 알코올, 바이오디젤 등 다양한 연료를 넣을 수 있다. GM은 조만간 한국 시장에도 볼트를 내놓을 예정이라고 밝혔다. 아파트가 많은 한국 시장은 충전 설비를 공동 비용으로 새로 갖춰야 한다는 점이 한계다.
전기차에 ‘그린 카’라는 이름을 붙이는 데 대한 반론도 적지 않다. 전기 역시 화석연료를 태워 생산하기 때문이다. 단, 전기차가 기존 자동차보다 화석연료를 덜 태우고 환경을 지키는 방법인 것만은 분명하다.
요약하면, 지금 시중에서 팔리는 그린 카는 모두 ‘초보 수준’이다. 디젤엔진이 어떻게 진화할지, 하이브리드가 어떻게 발전할지 예측하긴 어렵다. 다만 궁극적으로 전기차가 승리하리라는 전망은 있지만 반론도 만만찮다. 전기차에 높은 점수를 주는 사람은 전기가 가장 깔끔하고 효율적인 에너지라고 주장한다. 전기차에는 자동차라고 하면 떠오르는 배기음과 석유 냄새가 없다.
‘부우우웅’거리며 가슴을 뭉클하게 하던 배기음을 내지 않는 자동차를 상상해보라. 뭔가 옆구리가 허전하지 않나. 이런 이유 때문에 전기스포츠카 업체인 미국 테슬라는 인공적으로 배기음을 들려주는 스피커를 자동차에 달았다. 모기 소리를 내며 질주하던 전기스포츠카에 휘발유 엔진이 내는 소리를 집어넣은 것이다. 포르쉐 GT 배기음, 람보르기니 무르시엘라고 배기음 등 취향대로 골라 즐길 수 있다.
자동차 전문가들은 그린 카 종결자가 수소차라는 데 이견이 없다. 그러나 수소차는 먼 미래의 얘기다. 폭발에도 안전한 수소탱크 개발 등 넘어야 할 산이 많기 때문이다. 하이브리드 자동차가 수소차로 넘어가기 전 과도기에 잠시 유행할 것이라는 당초 예상을 깨고 장수하는 이유다.
식물성 원료에서 추출…72%가 수입이라 고민
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폐식용유나 쌀겨에서 추출한 식물성 기름에 알코올과 촉매제인 수산화나트륨을 섞은 뒤 80℃ 고온에서 가열하자, 맑고 투명한 액체 상태의 바이오디젤이 분리된다. 바이오디젤은 이름 그대로 식물성 기름을 원료로 만든 바이오 연료다. 분자 내 산소를 포함한 친환경 연료로 각광받는다. 이런 이유로 독일에선 1990년대부터 자동차용 경유에 바이오디젤의 혼합 사용을 의무화했다.
우리나라도 2012년부터 2%의 바이오디젤 혼합을 의무화하도록 법제화(Renewable Fuel Standard ·RFS)를 추진했다. 정부는 지난해 제2차 바이오디젤 중장기보급계획에서 단기적으로 동물성 바이오디젤의 상용화, 폐식용유 수거율 확대, 해외 농장 개척을 추진하고, 장기적으로 차세대 바이오디젤 연료를 개발하는 데 필요한 연구개발(R&D) 투자를 확대하겠다고 밝혔다.
하지만 정부로선 바이오디젤의 원료 대부분을 외국에서 수입하는 현실이 고민거리다. 현재 바이오디젤 원료의 수입률은 72%에 달한다. ‘에너지 자립화’라는 취지에 어긋난다는 비판에 식량 자원을 에너지로 사용한다는 지적까지 더해지면서 정부의 고민이 커졌다. 동물성 유지를 사용하자는 주장을 제기하는 사람도 있고, 실제 정부안에서도 대안으로 제시하지만, 사료값 인상이라는 예기치 못한 결과를 가져올 수 있다는 반론도 만만찮다.
현재 주유소에서 일반 경유를 넣으면 그 속에 바이오디젤 2%가 섞여 있다. 애초 정부는 2020년까지 혼합 비율을 해마다 0.5%씩 늘려 BD7(혼합율 7%)을 달성할 계획이었다. 하지만 원료 수급, 면세를 이유로 잠정 유보한 상태. 2012년에 RFS를 시행하더라도 현재 수준인 2%를 유지할 가능성이 높다.
한편 바이오디젤 사업에 대기업과 정유 계열사가 속속 참여했다. 현재 SK케미칼과 GS바이오에 이어 삼성석유화학도 출사표를 낸 상황이다. 특히 정유사들은 “바이오디젤 혼합 비율만큼 경유 판매에서 손해를 본다”며 적극적인 모습을 보이고 있다.
연료전지 내구성, 인프라 구축은 숙제
“수소연료전지자동차의 청사진을 제시했다.”
3월 31일 경기 일산시 킨텍스에서 열린 ‘2011 서울 모터쇼’에서 연료전지 중형 세단 콘셉트카인 ‘블루스퀘어(Blue², HND-6)’를 선보인 현대자동차(이하 현대차) 관계자는 이렇게 자평했다. 2011 서울 모터쇼는 친환경차의 경연이라고 할 만큼 하이브리드차, 전기자동차(이하 전기차) 등 다양한 종류의 친환경차를 선보였다.
그중 단연 눈길을 끈 것은 수소연료전지자동차(이하 수소차)였다. 블루스퀘어는 현대차의 친환경 브랜드 ‘블루드라이브’에서 자연을 의미하는 ‘블루’를 따고, 여기에 수소를 의미하는 ‘H2’의 숫자 ‘2’를 조합해 이름 지었다. 현대차 관계자는 “수소차가 더는 꿈이 아닌, 현실로 실현될 수 있음을 보여줬다”고 강조했다.
고갈 우려 없는 무궁무진한 자원
수소차는 그야말로 친환경차의 종결자로 평가받는다. ‘환경’과 ‘효율’이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있어 ‘꿈의 자동차’라는 애칭까지 얻었다. 현재 미국이 수소차 상용화를 선도하는 가운데 현대·기아차, 제너럴모터스(GM), 도요타 등 세계적인 자동차 업체가 수소차 시장을 선점하려고 치열한 경쟁을 벌인다(상자기사 참조).
사실 수소로 달리는 친환경차는 1930년대에 처음 등장했다. 독일인 기술자 루돌프 에렌이 화석연료와 수소를 병용할 수 있는 엔진을 개발했던 것. 제2차 세계대전을 겪으면서 수소를 연료로 사용하는 잠수함과 어뢰가 차례로 개발되면서 수소에 대한 연구는 화려하게 꽃피웠다. 하지만 전쟁이 끝남과 동시에 수소의 짧았던 전성기는 막을 내렸다. 수소보다 저렴할 뿐 아니라, 수송도 쉬운 석유시대가 열렸기 때문이다.
자동차 회사들은 가솔린엔진 자동차로 승승장구했지만, 2000년대 들어 위기를 맞았다. 캘리포니아 주를 비롯한 미국의 많은 지역에서 판매 자동차 중 완전 무공해(ZEV) 및 저공해 자동차의 비율을 10%씩 맞추도록 의무화하고, 배기가스 규제도 강화했기 때문. 유럽 역시 지구온난화 방지를 위해 이산화탄소 배출을 규제하기 시작했다. 여기에 석유 고갈에 대한 우려와 가격 불안전성까지 더해져 석유를 대체할 수 있는 에너지 개발이 시급했다.
연료전지자동차 효율 50~60%
이에 사람들은 수소에 다시 관심을 갖기 시작했다. 더구나 수소는 석유, 석탄 같은 화석연료와 달리 고갈 위험성이 없는 무궁무진한 자원이다. 우주의 75%가 수소로 이뤄졌을 정도다. 다만 지구상의 수소는 물(수소+산소의 결합물), 화석연료(수소+탄소의 결합물)처럼 대부분 다른 원소의 화합물 형태로 존재한다.
수소차는 수소를 기본 원료로 사용한다. 원리는 간단하다. 연료전지의 음극을 통해 수소, 양극을 통해 산소를 공급하면 수소와 산소의 이온화 반응으로 전기가 발생한다. 이 전기 힘으로 모터를 돌려 자동차를 구동하는 것이다. 가솔린 내연기관의 경우 이산화탄소와 일산화탄소 등 인체에 유해한 배기가스를 발생시키지만, 연료전지는 반응생성물로 순수한 물을 배출한다. 수소차를 소개하는 행사장에 가보면, 외국 자동차 회사 최고경영자(CEO)가 수소차에서 배출된 물을 마시며 안전함을 과시하는 장면을 곧잘 볼 수 있다.
수소차는 효율 측면에서도 우수성을 자랑한다. 한국가스공사 연구개발원 이영철 수석연구원은 “연료의 화학적 에너지를 전기에너지로 직접 바꾸기 때문에 에너지 효율성이 높다”고 설명했다. 화석연료의 연소 반응으로 작동하는 내연기관차의 효율성은 20~30%에 그치는 반면, 연료전지자동차는 50~60%에 달한다(표1 참조). 현대차의 수소차 블루스퀘어(34.9km/ℓ)와 투싼ix(31km/ℓ)의 연비가 내연기관차보다 2배 이상 좋은 것도 그 때문이다.
그러나 상용화를 위해선 더 많은 시간이 필요하다. 2007년 지식경제부는 ‘한국 수소경제 비전 2030’에서 2013~2020년 시장을 형성(연료전지자동차 5만 대)하고, 2021~2030년 시장을 확대(연료전지자동차 시장점유율 15%)한 다음, 2031~2040년 본격적인 수소 경제로 진입(연료전지자동차 시장점유율 50%)하겠다고 밝혔다. 전문가들도 2015년 이후에나 선진국을 중심으로 상용화가 가능하리라 전망한다.
수소차의 상용화가 늦는 이유는 경제성 때문이다. 일단 수소 자체는 화석연료보다 가격 경쟁력이 있지만, 문제는 수소를 이용해 전기에너지를 발생시키는 연료전지의 경제성이다. 수소차 가격이 내연기관차보다 2배 이상 높으리라 예상하는 이유는 바로 연료전지 전극에 주로 쓰는 귀금속 촉매와 스택을 구성하는 데 쓰는 분리판 때문이다.
한국과학기술원 기계공학과 배중면 교수는 “연료전지는 연료전지 스택 부문만 봐도 전체 자동차 가격보다 비싸다”고 지적했다. 그러나 지식경제부 이원용 연료전지 PD(에너지기술연구원 책임연구원)는 “연료전지 스택에 들어가는 백금 양을 최소화하는 기술을 개발하고, 수십만 때씩 대량 생산한다면 가격을 낮춰 상용화할 수 있다”고 강조했다.
수소 충전 인프라 구축 시급
더 큰 숙제는 내구성 문제다. 수소차 가격이 합리적인 수준으로 내려간다 해도 그 수명이 짧다면 외면받기 십상이다. 현재 수소연료전지의 내구연한은 3~5년. 이원용 책임연구원은 “3년에 한 번씩 엔진을 바꿔야 한다면 누가 수소차를 타겠는가. 수명이 최소 10년은 돼야 한다”며 “가격 상승과 성능 저하 없이 수명을 연장하는 방안을 연구 중”이라고 말했다.
수소 충전 인프라 구축 또한 시급히 해결해야 할 과제다. 초기 수소차는 자동차에 연료변환기를 장착한 뒤 천연가스나 메탄올, 또는 가솔린에서 수소를 추출해 공급하는 방식이었다. 따라서 자동차 뒤편에 메탄올이나 가솔린 탱크와 물탱크를 따로 실은 뒤 연료변환기와 연결해야 했다. 공간을 많이 차지하는 것은 물론, 무게도 무거울 수밖에 없었다. 연료변환기를 따로 두지 않고 수소통을 장착하는 방식이 등장한 것도 이 때문이다.
이제 수소가 떨어지면 수소 충전소에서 충전하면 된다. 휘발유를 주유소에서 공급받는 것과 비슷한 방식이다. 그러다 보니 수소 충전 인프라 구축은 수소차 상용화를 위한 필수조건이 됐다. 하지만 업계에선 “닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐”는 식의 논쟁을 계속한다. 수소차가 없는데 누가 수소 충전소를 만들겠느냐며 먼저 자동차를 만드는 일에 집중해야 한다는 주장과 수소 충전 인프라를 구축해야 수소차를 만들 수 있다는 주장이 대립한다.
이런 상황에서 한국은 올해 말까지 수소 충전소를 기존 8기에서 5기를 추가 설립해 총 13기를 운영할 예정이다. 현대차 연료전지개발1팀 안경기 팀장은 “한국의 수소는 대부분 석유화학 공정의 부산물에서 만들어지는데, 이때 발생하는 수소의 양이 자그마치 연간 10만t”이라며 “이를 잘 활용하면 연간 50만 대의 수소차를 운행할 수 있다”고 설명했다. 정부 역시 3단계에 걸쳐 수소 충전소 보급에 박차를 가한다는 방침을 세웠다.
자동차 업계에선 수소차 보급이 환경뿐 아니라, 국가 경제 에도 크게 기여하리라 기대한다. 2009년 현대·기아차는 ‘연료전지차 보급 사업 효과’ 보고서에서 “2025년까지 연료전지자동차는 12조6396억 원의 생산유발 효과와 15만2938명의 고용창출 효과를 가져올 것”이라고 분석했다. 현대차 관계자는 “계획대로라면 탄소 없는 사회로 본격 진입해 에너지 자립 가능성을 확인하는 한편, (한국이) 세계 최대 규모의 수소차 보급 지역으로 성장해 국가 위상도 높아질 것”이라고 말했다.
미국이 상용화 주도…한·일·유럽 앞서거니 뒤서거니
2010년에 나온 투싼ix는 100kW급 스택, 700바 수소탱크를 탑재해 최고속도 160km와 주행거리 650km 이상을 확보했다. 이 자동차는 2012년부터 3년간 2000대 생산할 계획이다. 현대차 연료전지개발1팀 안병기 팀장은 “현대차의 연료전지자동차는 -20℃ 환경체임버 실험을 통해 성공적인 운행 검증을 거쳤다”고 말했다.
제너럴모터스(GM)는 ‘2005 디트로이트 모터쇼’에서 연료전지 콘셉트카 시퀄의 양산형 모델을 처음 선보인 데 이어, ‘2010 상하이국제박람회’에선 쉐보레 에퀴녹스 수소차를 선보였다. 쉐보레 에퀴녹스는 GM의 4세대 수소연료전지 기술로 개발한 차세대 친환경차로, 수소연료 1회 충전에 최대 320km까지 주행할 수 있다. 최고속도는 160Km/h. GM은 2007년 에퀴녹스 주행 시험인 ‘프로젝트 드라이브 웨이’ 프로그램을 통해 119대의 에퀴녹스 수소차를 운행, 광범위한 자료를 수집했다.
그동안 하이브리드에 치중해온 일본 자동차 업계도 수소차 시장을 선점하려고 발 빠른 행보를 보인다. ‘2010 북미 국제 오토쇼’에 참가한 도요타가 대표적이다. 당시 도요타의 어브 밀러 환경담당 부사장은 “늦어도 2015년까지 수소차를 시장에 내놓을 것”이라면서 “도요타가 내놓을 수소차는 상당한 가격 경쟁력을 갖출 것”이라고 장담했다. 또한 일본의 3대 자동차 업체인 도요타, 혼다, 닛산이 천연가스 및 유통업체 10개사와 2015년까지 수소 충전소를 설립하기로 한 것으로 알려져 수소차 보급 속도는 더 빨라질 전망이다.
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