전기자 수소차

글쓴이
ourdream
등록일
2022-08-20 11:12
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내년까지 새로운 자동차를 구매할 필요성을 느껴서 최근 전기차와 수소차에 대해서 좀 알아봤습니다.

요즘 전기차가 대체로 잘 나오고 충전소도 꽤 많아졌는데 1, 2개 단점이 생각보다 클 것 같더군요.
첫번째 단점은 충전 시간입니다. 80% 충전하는데 완속 충전을 하게 되면 최소 7~8 시간 이상이고 급속도 1시간은 잡아야 하더군요 (실제는 대부분 급속충전소에서 40분 충전으로 제한) 아파트 등에 마련된 완속 충전기도 점차 전기차가 늘어나면 자리 경쟁이 치열해질 겁니다. 그럼 더 스트레스를 받게 되겠죠. 급속 충전 시간을 줄이려는 기술적 시도들이 진행되고 있지만 10년이 지나도 80% 급속 충전에 20분 이내로 실현될 것 같지는 않습니다. 20분을 초과하는 충전 시간은 기다리기에는 생각보다 긴 시간이죠.

또 하나의 단점은 저온에서 배터리의 효율이 30~40% 줄어드는 것인데 이건 현재 수소연료전지도 비슷하죠. 하지만 수소차는 이 부분을 기술적으로 개선할 여지가 전기차보다는 더 크다고 느꼈습니다. (맞나요?)

그리고 무엇보다도 앞서 말한 전기차의 긴 충전 시간이라는 한계점에 비해 수소차는 몇년 안에 거의 가솔린 주유 시간에 근접할 것이라 봅니다. 문제는 수소 생산 단가 및 인프라인데 수소충전소 건설 단가가 비싸다고 해도 이건 첨단 기술 장벽이라 보기에는 무리가 있죠. 물 전기분해 등의 그린수소보다는 수소를 생산하면서 발생하는 탄소를 포집하는 블루수소쪽으로 가면 수소 생산 단가도 곧 현실적으로 맞춰지리라 봅니다. 

일본, 한국이 수소차 쪽으로는 세계적인 기술 경쟁력을 가지고 있다고 하더군요. 제 생각엔 10년 뒤에는 전 세계적으로 전기차보다는 수소차가 더 대세가 될 것 같단 생각이 드는데 어떻게 생각하시는지요?

  • 빨간거미 ()

    수소는 압축이 필요한데, 충전소에서도 지속적으로 압축으르 해야 하느라 유지비가 많이 든다고 하더군요. LPG도 마찬가지일 것 같은데 어떠려나 싶습니다.

  • 시나브로 ()

    부생수소가 주로 사용되는 현재도 생각보다 연료비가 꽤 들더군요.
    수소차가 많아지면 어쩔수없이 수전해 수소를 사용해야 됩니다.
    CO2 포집해서 해저에 처리하는 방안은 30년 전부터 제안됐지만 아직도 큰 발전이 안보입니다.

    전기차의 충전시간을 20분 이내로 단축하려면 발생되는 열처리가 문제가 됩니다.
    현재 주로 사용되는 PE 분리막은 그 온도를 감당하지 못합니다.
    대안으로 제시되는게 내열성이 대단히 높은 PI(Polyimide) 분리막입니다.

    전기차는 에너지 충전밀도가 높지 못해 주행거리가 항상 문제가 되죠.
    이 문제로 무거운 짐을 싣고 장거리 운행을 주로 하는 대형트럭엔 적합하지 않습니다.

    그래서 결론은 승용차는 전기차가 주종이 될 듯하고, 운송용은 수소차가 대세가 될 것으로 예상합니다.

  • 돌아온백수 ()

    수소차가 연구개발 되던 시기의 수소연료는 H2가 아니고, CH4, NH4 등이라고 할 수 있습니다. 밀도가 차이가 나죠 ? 두 종류를 비교하면, 압축, 운반, 배송 등의 효율이 떨어질 수 밖에 없습니다.

    카본이나 질소가 환경오염물질이 아니라는 쪽으로 방향을 잡아야 하리라 봅니다. C을 고체로 만들면 다이아몬드나 흑연이 되죠. 나노튜브도 만들 수 있고요.

    지금, 물에서 전기분해로 수소를 만들어 쓴다는 만화같은 상상이 현실이 되기를 기다리기 보다는 CH4를 수소와 흑연으로 만드는 다양한 방법들(이미 많이 연구되어 있습니다)을 더 효율적으로 연구하는 것이 시간싸움에서 유리할 수도 있습니다.

    밧데리 차의 한계는 의외로 빨리올지도 모릅니다. 안전성과 효율 (충전시간, 무게, 폐밧데리의 처리 등등)에서 가성비가 없다고 결론이 날 수도 있어요. 수소차에 대한 연구개발에 국가적인 지원을 생각해 볼 때입니다.

  • 댓글의 댓글 시나브로 ()

    액화가 가능한 잇점이 있는 천연가스를 이용해서 수소를 만들 때는 CO, CO2 불순물을 극히 낮은 농도로 낮추어야 합니다.
    연료전지에 사용되는 백금촉매에 배위결합을 해서 촉매성능을 크게 저하시키거든요.

    이런 촉매 피독 문제가 해결되더라도 천연가스의 매장량이 한계가 있기 때문에 한동안 천연가스 개질 방식이 사용되다 결국은 수전해 수소를 사용하는 시대로 갈 수 밖에 없을 거에요.

  • 댓글의 댓글 시나브로 ()

    아, 돌백님 글을 다시 보니까 CH4 개질할 때 수증기나 CO2를 사용하지 않는 방법을 의미하시는 거군요.
    이런 방법이 상업적으로 개발된다면 촉매피독 문제는 피할 수 있겠네요.

  • 댓글의 댓글 빨간거미 ()

    지금 수소에 대한 이슈는 남는 전기를 수소라는 저장 및 전달 수단으로 변환하는데 있지요?
    그 경우에도 CH4, NH4로 만드는게 나은 건가요?

  • 시나브로 ()

    목공님, 정성스런 글에 감사드립니다.

    하이브리드 나 전기차 사용하면서 절약한 유지비가 결국은 배터리 교체비용으로 나가게 된다는 얘기도 자주 들었지만, 요즘은 배터리 수명이 꽤나 길어서 30만 킬로까지 교체없이 탈 수 있다고 하더군요.
    어찌됐든 온난화 문제로 이차전지가 되든 연료전지가 되든 전기차로 갈 수 밖에 없는 상황이죠.

    장거리 운송에 사용되는 대형 트레일러는 확실히 배터리의 부피가 문제로 작용될 수 밖에 없을거에요.
    차량크기를 무시하고 배터리 팩을 아무리 크게 늘려서 해결하더라도 결국 도로는 기존의 것을 사용해야 되니까 운행에 문제가 될 것 같거든요.

    그리고 지금은 세금이 면제되기 때문에 전기요금이 적게 나오지만, 앞으로는 유류세를 대체하기 위해 세금이 꽤 부과될 겁니다.
    이 게 전기차 시장으로의 전환을 막는 요인이 되지는 않더라도 전환속도에는 영향을 줄 겁니다.

  • 댓글의 댓글 묵공 ()

    대형 트럭(혹은 트레일러)만이 전기차냐 수소차냐 논쟁이 남아 있는 부분인데, 이것도 조만간 전기트럭으로 정리될 것 같습니다. 테슬라가 15톤급 Semi 전기트럭을 내년에 선보일 예정인데, 800km 주행거리에 30분에 80%(640km) 충전속도입니다. 연비는 마일당 2kWh로서 1MWh 용량의 배터리를 탑재할 예정입니다. 그러니까 급속충전시 소요전력이 2MW나 되는 것인데, 현재 전력전자기술로 충분히 가능합니다.

    이게 시장에 출시되면 겨우 이의 2배인 30톤급까지도 전기트럭이 잠식할 것이라는 것은 예상하기 어렵지 않습니다. 아인시타인이 설파했듯이 진리는 단순하고, 단순한 것은 아름답죠. 전기와 배터리의 단순함을 수소와 연료전지의 복잡함이 당해내지 못한 것이라고 봐야합니다. 이런 면에서 과학기술은 미래와 시장을 예측하는 데 있어서 통찰력과 지혜를 줍니다.

  • 묵공 ()

    제 글의 수치를 업데이트 하여 다시 올립니다.

    <전기차와 수소차>
    제가 아는 범위 내에서 의견 드려보겠습니다. 개인적으로, 저는 5년째 전기차를 타고 다니고 있습니다.

    결론적으로, 승용차에서는 배터리전기차(이하 '전기차')가 수소차를 밀어내고 주류가 될 것으로 봅니다. 작년에 전 세계 전기차 판매량은 473만대, 수소차는 1.55만대였습니다. 305배 차이입니다. 수소차 판매의 절반은 한국이 차지했는데, 막대한 수소차 지원정책 때문입니다. 반면에 전기차는 정부 보조금 지원을 철폐하더라도 시장에서 내연기관차와 경쟁을 하는 수준이 되었습니다. 매년 판매량도 거의 2배씩 성장하고 있습니다. 그래서 미국의 바이든이 2030년이면 미국의 신차에서 전기차가 50% 비중을 차지하게 하겠다면서 자동차용 배터리와 전기차 공장에 대한 투자를 대대적으로 하고 있습니다. 이번에 통과된 지원법으로 재생에너지와 전기차 등에 470조원의 투자가 이뤄질 예정입니다. 한국 등에게는 미국내 공장 건설투자를 약속받았고요.

    원리적으로도 전기차는 충방전 효율이 90~95%이상이라 효율이 아주 높지만, 수소는 전기분해방식의 그린수소의 경우 현재는 수소생산과 연료전지발전에 각각 50% 내외 효율로서 전체적으로는 25% 수준에 불과합니다. 앞으로 기술발전으로 성능이 개선되어도 각각 70%내외, 전체적으로는 50% 수준입니다. 당분간은 경제성이나 대량생산 측면에서 천연가스 개질수소와 정유과정의 부생수소에 주로 의존할 수밖에 없는데, 그래도 여전히 전기에 비해 단가가 현저하게 비싸고 아직 경제성과 기술성이 현저히 부족한 CCUS에 의존해야 합니다. 장차 천연가스는 탄소나노튜브와 수소로 직접분해해서 사용하는 것이 더 경제적입니다. 이렇게 생산된 수소는 수소차보다는 그린철강과 그린정유 등 산업분야에서 귀하게 사용되는 것이 더 탄소중립에 기여도 하고 글로벌 밸류체인에 부합합니다.

    자동차로 국한해서 보자면 전기차를 수소차가 따라오기는 어려울 것으로 보입니다. 특히 승용차 부문은 지난 15년간 수소차가 먼저 시장에 나왔지만 성공을 하지 못했고, 전기차가 역사적으로야 140년전에 나왔지만 뒤늦게 최근에 시장에서 친환경차의 주류가 되고 있는 상황입니다. 트럭도 주력인 1톤이 수년 전에 나와서 각광을 받고 있고, 현재는 4톤까지 전기트럭이 나왔는데, 장차 20~30톤급 트레일러까지로 전기차가 확대되지 않으리라는 보장은 없습니다. 15톤급인 테슬라의 Semi 전기트럭이 예정대로 내년에 출시되면 시장 판도변화가 예상됩니다. 농기계, 이동형 작업기계 등도 전기차가 급속히 시장을 넓혀가고 있습니다. 다만, 선박과 비행기는 아직 전기선박과 전기비행기가 근해와 800km 근거리에 적용되는 수준인데, 배터리기술의 발달로 2,000~3,000km 중거리까지 배터리비행기가 대체하게 되면 시장변화가 올 것입니다. 장거리 선박/비행기/트레일러의 경우 수소나 바이오연료가 더 유리할 수 있습니다. 이런 곳에 수소의 용도를 찾는 것이 더 전략적으로 유리한 선택일 것입니다. 수소 승용차는 실패한 전략입니다.

    전기차가 내연기관차와의 경쟁에서도 주류가 될 것으로 보이는 이유는 다음과 같습니다.

    첫째는 친환경성입니다. 전기생산에서도 세계적으로 현재는 30%가 재생에너지이고, 2050년이면 90%정도가 재생에너지가 될 전망입니다. 송전효율도 한국은 96%, 여타국들도 70~95%, 사용효율도 90%로, 모든 주기에서 내연기관과 수소차에 비해 2~5배 정도 효율이 높습니다. 이는 추가적으로 탄소배출을 감소시켜주기 때문에 탄소배출이 세금이 되고 무역장벽이 되는 앞으로의 자동차 시장에서는 강점일 수밖에 없습니다.

    둘째는 전기차의 편의성입니다. 충전은 현재 국내에서도 20분이면 80%, 5분이면 20%정도 충전하여 120km를 주행하는 것이 나옵니다. 이는 수년 내에 2배 정도 속도가 개선될 것으로 보입니다. 주행거리는 500km 넘는 보급형이 출시되고 있고 800~1,000km도 고급 사양에서 가능합니다. 이제 더이상 주행거리는 전기차의 단점이 아닙니다. 충전시간도 배터리 수명차원에서 급속충전을 자제하는 것이 좋을 뿐이지, 10분정도 휴게소에서 충전하여 240km를 더 갈 수 있고, 출발시에 완충하면 500km를 갈 수 있기 때문에 미국같은 곳에서도 이제는 전기차가 세컨드카가 아니라 프라이머리카로 사용됩니다.

    수소차는 충전소가 25~30억원 듭니다. 전기차 0.1~0.3억원과 비교도 안 되게 비쌉니다. 전기차는 가정에서도 완속으로 충전할 수 있습니다. 저도 집에서 충전해서 쓴 적이 있습니다. 퇴근후 8~10시간 정도 충전하면 완충됩니다. 충전시간도 수소차의 경우 준비시간이 있어서 1~3분이 아니라 5~10분, 대기시간까지 고려하면 1시간도 걸립니다. 충전소를 안전거리 등을 고려해서 아무 곳에나 설치할 수 없고 비싸서 자주 설치할 수 없어서 그렇습니다. 전기차와는 접근성이 비교가 안 됩니다. 아파트 등에는 전기차 충전시설 설치가 의무화되어서 앞으로 더욱 편해질 것입니다. 지금도 크게 불편하지 않습니다. 전국에 주유소보다 전기차 충전소가 현재도 10배나 많은데, 앞으로 몇 배는 더 많아집니다.

    셋째는 경제성입니다. 전기차는 km당 에너지도 적게 들지만 전기요금도 가솔린에 비해서 4~10배 정도 쌉니다. 고장도 훨씬 안 나고 주기적으로 교체해줄 것도 거의 없어서 정비유지비용이 아주 적게 듭니다. 제 경우에는 1/10도 안 되는 것 같습니다. 5년간 1번 사소한 고장(냉각 밸브 교체)으로 정비를 받은게 전부입니다. 전기차 단가의 1/2~1/4정도를 차지하는 배터리도 지난 10년간 시장가격이 1/10이 됐습니다. 아직은 동급 내연기관차보다 초기 구입비가 많지만 조만간 더 싸질 가능성이 큽니다.

    이 외에도 전 세계 15억대의 자동차가 전기차로 바뀌면 리튬 매장량을 초과한다든가, 미세먼지와 온실가스 배출이 전기차가 더 많다든가 하는 여러 주장들이 있었지만 모두 사실이 아닙니다. 리튬은 이미 더 이상 부족한 자원이 아니게 되었고,  오히려 니켈, 크롬과 같은 희귀광물이 현재는 더 부족한 상황이나, 이도 시장경제 원리에 따라 조만간 해결될 것으로 봅니다. 워낙 에너지전환과 탄소중립경제가 급격히 진행되면서 성장통이 그린플레이션으로 나타난 것입니다.

    참고바랍니다.

  • 돌아온백수 ()

    애구... 전기차와 밧데리차를 혼돈, 혼용해서 생각하면, 혼란만 가중되죠.
    모터냐 엔진이냐로 먼저 구분해두고, 생각을 시작해야겠죠.

    친환경이냐 아니냐는 또 다른 얘기입니다.
    이건 아주 복잡한 토론으로, 구체적인 경계를 정하지 않으면, 토론을 시작하지 않는 것 보다 못해요. 태양아래에 새것은 없다는 식으로 막가파식 (트럼프와 푸틴 스러운) 전개를 좋아하시는 분들은 오히려 재미가 없을듯...

    하여튼... 북유럽에서는 재생에너지로 생산한 전기를 수소로 저장하자는 제안이 동의를 많이 얻고 있다고 하구요. 그쪽으로 연구개발이 활발하다고 전해지고 있습니다.

    밧데리는 에너지를 저장하는 장치로 방전 속도가 빠르면, 폭탄이 됩니다. 휘발유나 수소도 마찬가지 에너지 저장으로 볼 수 있고요, 대신 공기중에서 증발과 확산이 빨리 진행되어서, 폭발할 위험이 상대적으로 적다고 볼 수 있죠.

    수소를 대표로 하는 연료전지의 가격은 규모의 경제가 이루어지면, 충분히 가성비를 이루어 낼걸로 봅니다. 사실 연구하시는 분들은 크게 고민 안하는 부분이기도 하구요.

    폐기물이라는 측면에서 밧데리와 수소 연료전지를 비교한다면, 당연히 수소 쪽이 폐기물이나 비용이 적겠지요.

  • 댓글의 댓글 시나브로 ()

    여기 계신분들은 모두 배터리 전기로 운행되는 차를 전기차로 부르잖아요.
    이 토론에서 내연기관을 동반하는 하이브리드와 혼동하는 경우는 안보입니다.

    풍력과 태양광으로 대표되는 재생에너지는 전기생산이 4계절 24시간 안정적이지 않기 때문에 에너지를 배터리(ESS)나 수소로 저장하는 것인데, 저장밀도가 수소가 높으니까 그 방향으로 추진하는 것이죠.
    여기서는 한 국가에서 사용되는 전체 전기에 대해 다루는 것이 아니고, 운송수단에 국한해서 미래를 예측해 보는 것이고요.

    풍력발전 여건이 좋은 북유럽은 수소로 저장해서 연료전지를 이용하는 시스템으로 방향이 잡힐 가능성이 크기 때문에 수소차가 대세가 될 공산이 충분히 큽니다.
    몇 년전 에기원에서 주최한 워크샵에서 이 부분에 대한 발표가 있었는데 공감이 되더군요.
    북유럽을 제외한 다른 곳은 전기차와 수소차가 공존하는 곳도 있을 것 같고(미국, 캐나다), 전기차가 대세가 되는 곳(대부분의 국가)도 있을 것으로 저는 예상합니다.

    폐기물은 양극재 재활용이 활발히 연구되기 있기 때문에, 해결이 가능하다고 봅니다.

  • 댓글의 댓글 묵공 ()

    1. 독일 등 유럽에서 전기를 분해하여 수소를 얻는 그린수소에 대한 개발이 활발합니다. 세계적으로 가장 앞서 있습니다. 최근에 독일에서는 1GW급의 그린수소 실증사업을 시작했습니다. 이렇게 생산된 수소는 온실가스 배출을 하지 않고 얻어진 것이기 때문에 전기차에 비해 경쟁력을 이미 상실한 수소자동차에 쓰이는 것보다는 그린철강 등 보다 부가가치가 높은 곳에 사용될 것으로 보입니다. 탄소중립의 5대분야인 발전, 산업, 수송, 건물, 환경 중에서 그린수소는 다른 대안이 있는 발전(재생에너지)이나 수송(전기차), 건물(지열-히트펌프)보다는 적절한 대안이 없는 산업분야가 주된 분야로 보입니다. 수송 중에서는 장거리 선박/비행기가 그린수소(암모니아 포함)의 적용분야로 보입니다.

    2.드론에 장착된 배터리가 지상에 충돌하여 자연발화해서 화재가 발생한 것을 직접 목격하고 처리한 적이 있습니다. 이 때 보니까 아크 방전과 소음이 발생하고 불꽃이 일고 가까이에 불똥이 튀기도 하지만 파편이 멀리 나가는 폭발현상은 없었습니다. 다른 배터리 화재사례를 조사해봐도 폭발이라고 볼 만큼의 파편이 발생하지는 않고, 급속한 연소 정도로 보는 것이 적절한 것 같습니다. 에너지밀도가 배터리는 휘발유에 비해 30배 정도 낮습니다. 이게 운송면에서는 단점이기도 한데, 그만큼 폭발위험은 낮다고도 해석할 수 있습니다.

    3. 수소연료전지가 20여년 전에 많은 주목을 받았고, 이에 기반하여 수소차와 수소연료전지 사업이 일본, 한국, 유럽 등에서 많이 추진되었습니다. 하지만, 가정용 수소연료전지 보급사업의 경우 모두 크게 실패하여 더이상 비즈니스 모델로 발전한 사례를 찾기가 힘듭니다. 수소차는 앞에서도 언급했듯이 전 세계 주요 자동차업계가 30여종의 수소차를 개발하여 선보였으나 모두 전기차에 밀려서 사업을 접고 있는 상황입니다.

    4. 수소연료전지가 사업성을 잃은 큰 이유는 백금촉매제 때문입니다. 여러 대안 소재가 개발되었지만, 백금만큼 내구성과 효율이 좋은 것이 없어서 지금은 백금사용을 최대한 줄이도록 얇게 하는 쪽으로 기술개발이 진행되는 상황입니다. 그렇다 해도 워낙 비싼 귀금속이라서 단가 하락에는 한계가 있습니다.

    또다른 이유는 매우 순도가 높은 수소와 산소를 필요로 하고, 불순물에 의한 부식과 오염이 심하며, 기체를 원료로 하여 물이라는 액체가 발생하며 겨울철에는 고체가 되는 등 3개의 상을 갖는 시스템이라 관리가 어렵다는 점입니다. 한 개의 상만을 갖는 배터리와는 근본원리상 경쟁이 어려운 것이죠. 장치내에도 펌프와 밸브 등 기계 장치가 복잡하게 많아서 고장도 잦고 정비유지도 어렵습니다. 일본이나 한국에서 가정용 수소연료전지사업이 실패한 가장 큰 이유가 고장이 나면 수리가 어렵다는 것이었습니다.
    차라리 대형 수소연료전지 발전의 경우는 이 문제는 없어서 국내에도 여럿 연료전지발전소가 운영중입니다. 물론 전주기 온실가스 배출이 가스터빈보다도 더 많아서 마냥 확대되기는 어려운 정책적 상황입니다.

  • tSailor ()

    자동차 메이커 중 토요다가 세계 1등을 하면서, 자동차의 종주국 미국이 위협을 느끼고 시장 판갈이를 시도했고, 내연기관차로는 도저히 기존 업체를 따라잡을 수 없었던 중국이 OK하면서, 미중 합작으로 전기차로 자동차 시장 판갈이를 했다고 봅니다.

    환경적인 측면에서 배터리 수요를 폭발시키는 것이 과연 기존 인프라(정유, 자동차 양산 등)를 이용하는 내연기관 자동차를 증산하는 것보다 나은지 의문입니다. 광산 개발, 정제, 폐기물 등 전체 흐름도 차원에서 계산기를 두드린 결과가 궁금합니다.

  • 댓글의 댓글 시나브로 ()

    미중의 자동차산업 열세 뒤집기 전략으로 구조 개편을 시도하는 것이란 얘기가 나오기도 하지만 근본은 지구 온난화 문제가 확실합니다.
    최근의 상황을 봐도 극지방 빙하가 현저히 줄고 있음을 부정할 수 없고, 가뭄과 홍수가 지나치게 많아졌어요.

    온도가 높아지면 시베리아 동토층과 바닷물에 녹아 있는 메탄, CO2의 용존량이 크게 줄어들어 대기층으로 유입되기 때문에 심화속도가 걷잡을 수 없어집니다.

    광산개발은 석유나 천연가스 채굴에 발생되는 것과 큰 차이가 없고, 제련과정의 공해유발도 정유산업 석유화학산업에서 발생되는 공해와 상쇄되는 정도일 겁니다.

    폴리실리콘 제조에 사용되는 전기도 문제가 되는데, 1위 기업인 융기실리콘은 동남아의 수력발전소 전기를 사용하는 정책으로 이런 의심에서 벗어나려는 노력을 하고 있습니다.

  • 댓글의 댓글 tSailor ()

    온난화가 문제라면 자동차 사용 자체를 줄이는 것이 맞습니다. 차 세워두고 버스, 지하철 타는 게 답이죠.

    https://www.pressian.com/pages/articles/2020122909260481279

    에너지믹스가 문제일텐데, 2021년 우리나라 화력발전 비중이 63%입니다. 원전이 27%고요.

  • 돌아온백수 ()

    밧데리를 폐기하는 방법에 대해 심각하게 관심을 보이지 않는것이 과연 타당한지 생각해야합니다. 대용량 밧데리를 안전하게 폐기하는 방법을 제조 생산 단계에서 고안하여 설치하는 것을 법으로 강제할 필요가 있습니다.

    종종 밧데리 자동차의 화재사고가 보도 되고 있는데요. 밧데리 셀에서 단락이 발생하는 경우에, 순간 온도가 900도씨를 넘어가는 방전이 국지적으로 발생합니다. 셀 관리하는 회로가 동작하는 중에도 이런 단락사고를 완벽하게 막을 수는 없습니다.

    그런데, 노후 혹은 폐기 후 방치된 밧데리에서 화재가 발생할 수 있는 가능성을 원천적으로 제거 할 수 있는 장치를 제조 판매후에 고안하는 것은 전혀 합리적이지 못하죠.

    수소 혹은 기타 연료 보충형 연료전지는 연료를 빼버리면 화재 발생 위험을 제거할 수 있습니다.

    수십년 후에 폐밧데리를 땅에 묻을 겁니까? 묻어 버린다고 화재나 폭발가능성을 제거 할 수 있을까요?

  • 댓글의 댓글 묵공 ()

    1. 배터리 폐기는 중요한 문제입니다. 전 주기 환경문제를 고려하지 않고는 대안이 될 수 없지요. 사실은 폐배터리는 소중한 자원이기도 합니다. 양/음극재와 전해질 등을 재활용하는 기술과 산업이 있습니다. 국내에서도 에기평 등이 이 기술개발을 지원합니다. 자동차용 배터리를 곧바로 폐기하기보다는 잔존수명이 많이 남아 있기 때문에 ESS로 활용하는 사업이 추진 중입니다. 이렇게 하여 수명주기가 끝나면 폐자원회수로 들어가는 것입니다.

    2. 전기자동차/ESS 배터리화재는 중요한 문제입니다. 하나의 셀의 단락사고가 수천~수만개의 전체 셀로 확대되는 것은 문제가 있고, 이의 해결책이 다양하게 제시되고 연구개발 되고 있습니다. 회로차단 퓨즈를 설치한다든가, 모듈/랙간 화재분리를 한다든가, 과열/화재감지를 해서 특정셀을 사전에 제거하거나 운용중지한다든가, 화재시 자동소화한다든가, 배터리  건강상태(SOH)를 체크해서 일정상태에 도달하면 사용을 중지한다든가, 셀/모듈/랙간 밸런싱을 제대로 한다든가 하는 방법 등이 채택되거나 연구개발되고 있어서 초기의 화재는 대부분 극복가능합니다. 특히, 전기차 화재는 인명피해와 직결될 수 있어서 중요한데, 현재까지의 통계는 전기차가 하이브리드차보다는 화재율이 10배 이상 낮은 것으로 보고되고 있습니다. 즉, 뉴스가치가 커서 전기차화재가 더 자주 노출되는 것이지, 사실은 기존의 차량들 화재가 훨씬 잦다는 것입니다. 

    3. 수소차가 전기차보다 더 안전한가에 대해서는 논란이 많습니다. 수소탱크는 고압과 안전을 고려하여 특수제작되어 매우 고가입니다. 사고시 탱크가 파손되면 수소가 빠져나가기 때문에 폭발할 위험은 거의 없습니다만, 화재 위험성까지 없는 것은 아닙니다. 또한, 터널이나 가정 주차장 등 폐쇄된 곳에서 수소가 누출되거나 충돌사고가 나면 수소가 특정 공간에 갇히게 되므로 폭발사고로 이어질 수 있습니다. 강릉수소폭발사고 현장을 자세히 보고 대책을 강구해본 경험에 비춰볼 때 수소폭발은 전기차 화재(폭발이 아님)와는 비교할 수 없을 정도로 큰 인명사고를 가져올 수 있습니다. 수소충전소의 안전도 가스충전소보다는 더 엄격하게 관리되어야 합니다. 도심에 수소충전소를 두기 힘든 이유입니다. 반면에 전기충전소는 이러한 설치장소의 제약을 받지 않습니다.

  • 댓글의 댓글 돌아온백수 ()

    먼저, 좋은 말씀 많이 해주셔서 너무 감사드리고요...

    3번에 대해서...
    LNG, LPG 를 생산, 유통하여 세계적인 연료로 사용한지가 꽤 오래되었습니다. 에너지밀도로 따진다면, 수소보다 높고, 종종 주거지역에서 폭발사고가 보도 되기는 합니다만, 사용시에 이득과 위험을 비교할때 위험은 감수할 만 하다고 인정되고 있다고 봐야죠. 이러한 기체 기반의 연료의 사용은 용인될 수 있는 수준의 위험이라고 봅니다.

    ESS로 밧데리 사용연한을 연장하다가 분해하여 재활용하는 아이디어는 화재위험은 더 커지는 문제를 해결해야 실현 가능하리라 봅니다. 실제로 국내에서 ESS 화재사고가 보고 된 적이 있습니다.

    그리고, ESS 가 분산형 그리드에서 필수적인 기술이라고 본다면, ESS 전용 밧데리 구조를 고안해야 한다고 생각합니다. 굳이 에너지 밀도를 높힐 당위성이 부족하죠. 일론머스크 등의 목소리 큰 사람들이 밧데리 자동차를 가정용 ESS로 쓰자는 주장을 합니다만. 분산형 그리드를 구현한다면, 마을 단위에 공유형 저렴한 ESS (무게를 고려하지 않은) 보급하는 것이 더 합리적이라고 봅니다.

  • 댓글의 댓글 묵공 ()

    저야말로 평시에 돌백님에게 배우는 게 더 많습니다.
    어제 밤에는 꿈에도 '돌백님'의 유명한 글이라고 해서 세계적인 장소에 게시된 것을 봤습니다. ^^

    1. 수소는 여러모로 천연가스(LNG, LPG)와는 판이하게 다른 특징을 갖습니다.
    그 중 하나가 자연폭발성입니다. 온도와 압력에 따라 달라지지만 대체로 수소에 산소가 4%이상 함유되면 저절로 폭발합니다. 천연가스에는 발생하지 않는 현상입니다. 또한 단위 질량당 열량이 수소가 몇 배 높습니다. 수소가스가 배관 등의 틈새로 샐 경우에는 공기에 노출되면서 자연발화하여, 야간에 보면 불꽃이 일어나는 경우가 잦습니다. 이로인해 국부가열이 되어 결국 폭발로 이어지기도 합니다.

    그리고 수소는 우주에서 가장 질량이 작은 물질이기 때문에 상온에서도 속력이 높습니다. 그래서 헬륨이나 다른 기체는 잘 가두는 물질이라도 수소는 빠져나가는 문제가 있습니다. 수소탱크가 일반 가스탱크로는 안 되고 특별히 탄소나노튜브 등 고가의 재질로 특수처리하여 밀봉해야 하는 이유가 여기에 있습니다. 또한, 금속에도 수소분자가 침투를 하여 금속의 강도가 낮아져서 부스러지는 취성이 있습니다.

    이런 수소의 특수성으로 인해 일반 가스와는 다른 안전규정을 적용해야 합니다. 이게 수소 상용화를 막는 중요한 이유기도 하고요. 그래서 수소보다는 암모니아(NH3)가 대안으로 제시되기도 합니다. 암모니아는 탄소가 없기 때문에 연소과정에서 온실가스를 배출하지 않습니다. 다만, 암모니아의 독성과 낮은 에너지밀도가 극복과제이기도 합니다.

    수소는 생산과정의 낮은 효율과 비환경성, 높은 비용, 저장, 운송, 사용의 높은 난이도 때문에 과연 수소경제가 순수 수소로 가능할까에 대한 의문을 야기합니다. 이보다는 그린 암모니아나 그린 메탄, 그린 에탄올 등 수소계열의 타 화합물이 더 큰 시장을 형성하지 않을까 보는 전문가들이 많습니다.

    2. ESS에 대한 지적 중 고가 경량의 자동차용 배터리에 비해 저가로 부피와 무게의 제한이 거의 없는 ESS용 배터리를 고려해야 한다는 부분은 전적으로 동감입니다. 실제로 ESS용으로 리튬배터리가 아니라 용융형 나트륨배터리나 바나듐배터리가 대안으로 고려됩니다. 훨씬 가격도 싸고 대량생산과 대용량 전기저장에 유리하기 때문입니다.

  • 댓글의 댓글 tSailor ()

    수소가스는 이미 많은 화공 공정에서 사용되고 있습니다. 수소가 위험한 가스임은 부인할 수 없지만, 인류가 이를 안전하게 다루는 방법을 많이 터득한 상태라고 말할 수 있습니다.

    수소탱크는 타입1에서 타입4까지 발전해왔고, 플라스틱과 탄소섬유를 이용하여 무게도 많이 줄여서 넥쏘 등에 적용되고 있습니다.

    수소 캐리어로서 암모니아나 다른 유기용매 등을 이용하여 기존 석유 연료처럼 다루는 연구들도 많이 진행되고 있습니다. 촉매를 이용하여 수소를 넣다 뺐다 하면서 사용하게 되면 운송도 기존 시스템을 이용할 수 있습니다. 이게 실현된다면 고압용기가 필요 없겠죠.

    댓글을 쓰게 된 가장 큰 이유는 암모니아인데요, 그린 암모니아, 가난한 부자처럼 형용 모순으로 보입니다. 암모니아 합성 공정은 고온 고압이고, 수득률도 낮아 엄청난 에너지를 소모합니다. 전세계 에너지의 2%를 하버보슈법이 잡아먹는다고 하는데, 어떻게 그린을 붙일 수 있는지 의문입니다. 메탄 에탄올도 사용하고 나오는 이산화탄소를 포집해야 그린이 아닌 블루를 붙일 수 있지 않을까 싶습니다.

    전고체전지가 상용화되면 폭발의 위험을 확실히 줄일 수 있을 것이라 기대됩니다. 재활용에 대한 연구와 상용화도 많이 진행되고 있고요. 20년 전 회사에서 리튬이온배터리 만들던 선배들이 휴대폰 배터리는 수류탄이라고 생각해도 된다고 한 것에 비하면 그간 안전성도 많이 보강되었고, 앞으로도 더 발전할 것이라 생각됩니다.

  • 댓글의 댓글 묵공 ()

    그린 암모니아는 기본적으로 그린수소로 합성한 것이거나 직접 전기분해에 의해 암모니아를 생성한 것입니다. 국내에서는 에너지기술연구원이 직접 전기분해로 그린 암모니아를 고효율로 하고 있습니다. 블루 암모니아나 블루 수소는 CCUS의 기술적, 지리적 문제 때문에 실용화에 많은 장애가 있다고 봅니다.

  • tatsache ()

    위에 전문적인 이야기는 충분히 논의된 것 같아 더이상 언급하는 것을 의미가 없을 것 같고 현실적인 이야기를 간단히 하겠습니다.

    저는 아직 시기상조라고 봅니다. 폭발과 같은 극단적인 사례말고도 AS 등이 AS가 뒤따라오지 못하고 있습니다. 저도 전기차를 소유하고 있지만 올해 2월에 배터리 리콜한다고 충전량을 80%제한을 걸어놨는데 배터리 수급이 안되서 계속 기다리고 있습니다. 이미 배터리 교환한 차들도 출력감소 문제가 발생해서 재X1입고, 재X2입고, 재X3입고를 한 사례가 인터넷에서 검색될 정도입니다. 한~두대서 문제가 발생하는 것이 아닌데 대책은 없고 무조건 배터리부터 교체하고 있는 상황이라고 하더군요. 아직 제차는 문제가 하지만 향후 어떻게 될지 몰라 불안하더군요. 게다가 저번주에 동종의 차가 불이 났다고 뉴스에 났습니다.

    차의 활용목적과 주변 환경을 여러모로 검토하신 후에 전기차이든 수소차이든 선택하시기 바랍니다. 생업을 위해 차가 필요하신 분들에게는 아직 엔진차 혹은 하이브리드차가 매우 현실적이라고 봅니다.

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