BMW 하이드로젠 7, 미래형 친환경 자동차를 대변한다.

김 필 수 (대림대학 자동차공학과 교수)

수소에너지는 인류의 에너지를 해결할 수 있는 궁극적인 해결책으로 누구나 인정하고 있다. 최근 차세대 친환경 차량으로 하이브리드, 전기 자동차를 비롯하여 각종 대체연료를 이용한 방식이 제시되고 있고 연구되고 있으나 수소에너지를 이용한 차량 개발이 최종적인 차량이 될 것이라는 의견에는 이견이 없는 듯하다. 문제는 수소에너지를 얼마나 효율적으로 안전하게 이용하는가 이다. 특히 가장 대표적인 이용방법인 자동차에의 적용은 기대효과가 가장 크다고 할 수 있을 것이다.

수소에너지를 이용하는 방법은 크게 두 가지로 양분된다. 우선 기존의 가솔린 엔진을 개선하여 수소에너지를 직접 연소시켜 에너지를 얻는 방법이다. 기존의 엔진을 활용한다는 측면에서 바람직한 방법이나 연소조건은 물론이고 저장방법 및 공급방법 등 해결하여야 할 과제가 한 두가지가 아니다.

두 번째 방법은 연료전지를 이용하는 방법이다. 수소와 산소를 결합시켜 이 때 발생하는 전기에너지로 모터를 돌려 구동력을 얻는 방법이다. 기존의 전기자동차와 다른 것은 사용되는 전기에너지를 차량 내에서 연료전지를 통하여 직접 발전한다는 것이다. 역시 어려운 점이 역시 한 두가지가 아니다. 전기발생 부분인 연료전지 스택의 개발도 어렵지만 필요한 에너지를 손쉽게 발생시킨다는 것도 보통 어려운 일이 아니다. 이 외에도 무수히 많은 문제점을 해결하여야 한다.

상기한 두 가지 방법 모두 비용적인 측면에서 천문학적인 비용이 수반되는 것은 물론이고 설사 경제적인 양산차가 개발되더라도 수소충전소 등 인프라 구축이 만만치가 않다는 것도 해결하여야 할 과제이다. 더욱이 수소발생방법, 수소저장방법 등 수만 가지의 해결책이 나와야 상용화가 가능한 일이다.

세계 각국에서는 천문학적인 연구비를 투자하여 수십 년동안 수소를 이용한 자동차를 개발하면서 시험차량은 물론 효율적인 인프라 구축방법에 대해서도 노력을 게을리 하지 않았다. 10년 후의 가능성을 보고 상용화를 언급하고 있으나 10년이 지난 지금에도 앞으로 계속 10년 후를 언급하고 있다는 것이다. 그 만큼 상용화의 어려움을 토로하는 경우라고 말할 수 있을 것이다.

이러한 어려운 과업을 수행 중 괄목할만한 가시적인 성과가 나왔다. 바로 ‘BMW 하이드로젠7’이다. 물론 수소 이용 시 배기가스가 전혀 없는 완전한 친환경 무공해 차량으로 가솔린과 수소를 겸용하는 수소엔진 자동차이다. 독일에서 100대 정도가 제작되어 세계 유명 인사를 대상으로 리스 형태로 운행되고 있고 현재에도 세계 각국을 다니면서 시승행사를 하고 있다. 우선 컨셉트카나 시험차가 아닌 상용모델로서의 생산에 의미 부여를 먼저 하고 싶다.

상용모델은 일반 차량과 마찬가지로 안전도 측면에서 모든 사항이 보장되어야 하고 운전특성 또한 일반 차량과 차이가 없어야 한다. 한 예로 전기모터와 엔진을 병용하는 하이브리드 차량의 경우 초기 상용모델에는 에너지 변환 충격이나 각종 소음 등 일반 차량과는 차이가 많은 운전특성을 나타내어 상당히 많은 문제점이 제기되었다. 지금의 하이브리드 차량이 나오기까지 수많은 시행착오를 겪었다는 뜻이기도 하다.

이번 수소자동차의 경우 우리나라에서의 시승행사를 통해 시승해 본 결과 일반 차량과는 전혀 차이를 못 느낄 정도로 완성도가 높았다는 것이다. 가솔린과 수소를 병용하면서 나름대로 고민의 흔적이 역역한 것도 느낄 수가 있었다. 가솔린으로 500km 주행, 수소로 200km 주행은 수소 충전의 어려움과 수소탱크의 차량 내의 탑재 한계 등 여러 요소를 고민하여 도출시킨 결과일 것이다.

트렁크 룸의 수소 연료탱크에서 엔진룸으로 공급하는 라인 역시 어느 부위로 할 것인가도 매우 중요한 요소였을 것이다. 브레이크 라인같이 차량 바닥으로 할 경우 상황에 따라 충격으로 인한 라인 파열은 심각한 문제를 일으킬 것이고 탑승객이 머무는 승객 룸 역시 필수적으로 피해야 하는 영역이다. 결국 지붕의 사이드 라인을 활용하여 파이프를 설치하였고 측면 충돌 등 외부 충격에 대비하여 사이드패널 등을 탄소섬유로 보강하여 설치하였다. 역시 가장 훌륭한 대안이라고 판단된다.

이 수소차량은 일반 운전과 다를 바가 없다. 오직 다른 것은 운전대에 H2라는 스위치가 하나 더 있다는 것이다. 또한 사용연료와 연료량을 알려주는 게이지가 계기판에 붙어있다는 것이다. H2 스위치를 누르면 수소를 사용하고 한번 더 누르면 다시 가솔린이 사용된다는 것이다. 그것도 운행 중 편한 대로 사용연료를 선택할 수 있다.

운전자가 가장 효율적으로 운전하는 방법을 고민한 결과이다. 연료전환 시 충격의 정도나 특별한 소음이 없는 것도 매우 훌륭한 결과라고 판단된다. 엔진룸에서의 연료의 종류에 따라 연소온도나 조건이 매우 상이한데도 불구하고 세밀한 제어를 통하여 완벽에 가깝게 구현한 것은 그 동안의 연구가 헛되지 않았음을 확인할 수 있다. 세계 각국에서의 시승행사를 원만히 하기 위하여 이동 충전소 시스템을 개발하여 함께 보급하는 것도 훌륭한 배려일 것이다.

그 밖에도 차량 내에 탑재되어 있는 액화수소 연료탱크나 공급체계, 각종 제어시스템 등 상용모델을 위한 각종 노하우가 숨어있음을 확인할 수 있다. 물론 수소충전 시 안전한 주입방법에 이르기까지 모든 과정이 포함되어 있다. 그러나 이러한 모든 시스템은 차량에 녹아있는 구성부분일 뿐 일반 운전자들은 편하게 일반 차량과 다름없이 운전할 수 있다는 것이다. BMW의 노하우와 함께 프리미엄 차량의 운전감각을 그대로 느끼면서........

세계 각국에서 리스 형태로 운영되면서 200만km 이상의 실제 데이터를 얻으면서 특별한 문제없이 운영하고 있는 것도 신뢰할 수 있는 가장 중요한 요소일 것이다.

앞으로 해결하여야 할 부분도 많을 것이다. 지금의 한정된 액화수소 탱크에서 수소흡장합금이나 탄소나노튜브를 이용한 저장 방법의 도출, 충돌 사고 등 더욱 더 안전한 시스템의 개발, 안전하고 간편한 수소충전소의 개발, 그리고 무엇보다 중요한 경제적이고 누구나 이용할 수 있는 저렴한 수소차의 공급, 물론 국가적인 차원에서 수소의 발생방법도 화석연료가 아닌 ‘물’ 등 완전 무공해 상태에서 만들어야 진정한 무공해 자동차가 될 것이다.

앞으로의 절차나 고민은 더욱 많아질 것이다. 그러나 이 차량이 갖고 있는 노하우는 상당한 의미를 가질 것이다. 궁극적인 수소에너지를 이용한 최초의 상용모델로서의 입지를 단단히 할 것이다. 두세 단계를 거치면 완전한 상용모델과 다원화 모델이 완성될 것이고 또 한번의 커다란 도약을 이룰 것이다.
‘BMW 하이드로젠7’을 보면서 앞으로 10년 후 수소자동차가 등장하리란 꿈을 꾸는 것도 이젠 허상은 아니라는 확신을 갖게 된다.