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글로벌오토뉴스 채영석 국장은 30년 동안 자동차 전문기자로 활동해 왔으며 인터내셔널 엔진 오브 더 이어, 월드 카 오브 더 이어의 심사위원이다. 골드만 삭스 등 투자은행들과 다른 시각으로 산업 분석을 해 오고 있다. 지금까지 3,000종 이상의 차를 타고 시승기를 쓰고 있으며 세계적인 모터쇼와 기술세미나 등에 참석해 글로벌 차원의 트렌드 분석에 힘을 쏟고 있다. 2013년 골드만 삭스가 유가 200달러 시대를 이야기했을 때 역으로 유가 폭락 가능성이 있다는 칼럼을 쓰기도 했다.

118. 파워트레인의 미래 – 35. 연료전지 전기차, 3두 체제 시작되나?

페이지 정보

글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com) ㅣ 사진 : 원선웅(mono@global-autonews.com)  
승인 2020-06-15 12:01:04

본문

2020년 6월 8일, 토요타가 중국 5개 업체와 연료전지 합작사 설립을 발표하고 6월 9일에는 다임러 트럭 AG가 연료전지 개발 통합회사를 설립했다. 이제 현대차그룹과 더불어 수소 연료전지 전기차 개발은 3두 체제가 형성되고 있는 양상이다. 거기에 부품회사인 보쉬도 연료전지 전기차의 핵심 부품인 스택의 2022년 시장 투입을 선언하고 나서면서 상황이 달라지고 있다. 2019년 5월 <중국이 연료전지 전기차 시장 이끈다>라는 칼럼에서 수소를 사용하기 시작한 역사부터 그때까지의 연료전지 전기차에 관한 전반적인 상황과 중국이 신에너지차 정책으로 연료전지 전기차 시장 확대를 위해 어떤 정책을 펼치고 있는지 등을 정리했다. 여기에서는 최근 현대자동차와 다임러AG, 토요타를 중심으로 한 연료전지 전기차에 대한 전략을 살펴본다.


글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)


배터리 전기차와 연료전지 전기차에 대한 지금까지의 인식은 단거리와 시내 주행은 배터리 전기차가 유리하고 장거리 대형차에는 연료전지 전기차가 더 현실적이라는 것이다. 배터리 전기차는 충전시간이 걸리지만, 연료전지 전기차는 지금의 내연기관과 비슷한 시간에 충전이 가능하기 때문에 소비자들의 입장에서는 사용 편의성면에서 연료전지 전기차가 더 좋을 수 있다는 의견이 지배적이다.

 

지금의 시장 상황은 배터리 전기차에 밀려 연료전지 전기차의 존재감은 약하다. 핵심 부품인 스택이 고가라는 점과 규모의 경제를 확보할 수 있는 시장이 형성되어 있지 않기 때문이다.  현대차그룹과 토요타, 다임러 AG, 혼다 등이 연료전지 전기차 부문에서 나름의 기술력을 축적해 오고 있지만, 실제 시장에서의 판매대수는 아직은 미미하다.

 

하지만 장기적으로는 연료전지 전기차가 더 현실적이라는 의견이 점차 힘을 얻어가고 있다. 중국 전기차 산업의 아버지로 불리는 중국인민정치협의회 완강부회장은 2019년 7월 중국 하이난에서 개최된 신에너지차 개발 국제회의에서 수소 연료전지 개발에 주력해야 한다고 다시 한번 강조했다.

 

그는 배터리 전기차는 항속거리가 짧고 긴 충전시간 때문에 장거리 버스나 택시, 또는 도시 물류 및 장거리 운송에 대한 요구를 충족시킬 수 없다고 말했다. 반면 연료전지 전기차는 장거리 주행을 비롯해 짧은 충전 시간, 유해배기가스 제로 등이 장점으로 앞으로는 이 분야에 집중적으로 투자해야 한다고 주장했다. 이는 중국시장이 연료전지 전기차 시장 확대를 위한 기회가 될 수 있다는 것을 의미한다.


 

현대차는 승용차, 트럭, 청소차, 택시까지 연료전지로

현 시점에서 연료전지 관련 뉴스를 가장 많이 만들고 있는 것은 현대차그룹이다. 현대자동차는 연료전지 전기차인 넥쏘의 올해 국 내 판매 목표를 1만 100대로 설정하고 있다. 현대차는 지난 2013년 세계 최초의 수소전기차인 '투싼ix'를 양산, 판매한 데 이어 2018년 3월 수소전기차 전용 모델 '넥쏘'를 출시했다. 2018년 727대이던 '넥쏘'의 국내 판매량은 2019년 4,194대로 증가했다. 절대 판매 대수는 적지만 최근 들어 정부 차원의 지원과 맞물려 상승세가 두드러진다.

 

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판매 대수는 아직 적지만 시장 점유율로 보면 2019년 기준 전 세계 연료전지 전기차 판매 중 52.4%가 현대자동차가 주도하는 한국 시장에서 이루어졌고 다음으로 미국이 29.4%, 일본이 9.7%, 유럽이 6.5% 등의 순이다. 미국 시장의 경우 현대 넥쏘와 혼다 클래러티가 리스트에 있어서 업체별 점유율은 약간 차이가 있을 수 있다. 판매 대수는 현대차가 3,666대로 가장 많았고 다음으로 토요타는 2,174대, 혼다 386대 등의 순이었다. 지금까지 누계 판매대수가 가장 많은 것은 토요타로 1만대 수준이다.

 

한국은 세계 최초로 '수소 경제 육성 및 수소 안전관리법'이 제정되는 등 여러 정책적 지원에 힘입어 수소전기차에 대한 관심이 크게 늘고 있다. 물론 그것을 주도하고 있는 것은 현대차그룹으로 글로벌 수소 생태계 리더십 강화를 위해 연료 전기차 및 수소 인프라 확산에 주력하고 있다.

 

현대차는 수소 및 수소 전기차 로드맵인 'FCEV 비전 2030'을 통해 오는 2030년 국내 연 50만 대 규모의 수소 연료전지 전기차 생산체계를 구축할 계획이다. 이를 위해 124개 부품 협력사와 2030년까지 연구개발 및 설비 확대를 위해 총 7조6000억 원을 투입한다는 계획이다.

 

현대차는 2019년 12월 열린 'CEO 인베스터 데이'에서는 오는 2025년까지 수소전기차의 연간 판매량을 11만 대로 늘리겠다는 계획을 밝히며 수소전기차 대중화 및 확산에 대한 의지를 더욱 구체화했다. 더불어 청소트럭 등 수소 상용차와 수소 택시 보급을 위해서도 정부와 지방자치단체 등과 협력하고 있다. 이를 위해 프랑스의 포레시아로부터 1만기의 연료전지 트럭용 수소 저장 탱크를 포함한 수소저장 시스템을 공급받기로 하는 등 상용차 부문에 많은 투자를 하고 있다.

 

2019년 11월 프랑스에서 개최된 국제 상용차 박람회 솔루트렌드에서 현대차 수소 전기 대형 트럭 프로젝트가 2020 올해의 트럭의 혁신상을 받은 것 등으로 대외적으로 실력을 인정받았다.


이를 바탕으로 이스라엘의 스타트업 H2프로와 스웨덴 임택트 코팅스, 스위스 GRZ 테크놀러지스 등에 전략적 투자를 하는 가장 적극적인 행보를 보이고 있다.

 

 

다임러는 미쓰비시 후소를 중심으로

연료전지 트럭에 대해서는 다임러도 2020년대 중반에 양산한다고 발표했다. 다임러는 우선은 배터리 전기 트럭에 주력하고 2030년 이후에는 전기트럭과 연료전지 전기트럭을 같은 수준을 양산한다는 방침이다.

 

다임러 트럭 AG는 올해 4월 볼보 그룹과의 상용차 용 연료 전지 시스템의 개발, 생산 및 상용화를 위한 새로운 합작 회사를 설립하기 위해 계약을 체결했다. Daimler Truck Fuel Cell GmbH & Co. KG는 나중에 이 계획된 합작 투자로 전환하게 된다. 볼보 그룹은 이 목적으로 회사의 지분 50%를 인수하게 된다. 두 회사는 2020년대 후반에 까다로운 장거리 운송을 위해 중장비 연료 전지 상용 차량의 시리즈 생산을 시작할 계획이다.

 

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그리고 2020년 6월 8일에는 연료 전지 시스템 개발의 모든 활동을 통합하기 위해 Daimler Truck Fuel Cell GmbH & Co. KG를 설립했다고 발표했다.

 

다임러 트럭의 연료전지 트럭 개발은 자회사인 미쓰비시 후소트럭이 이끌고 있다. 후소트럭은 2039년까지 일본에 투입하는 모든 트럭과 버스를 이산화탄소를 배출하지 않는 차량으로 할 것이라고 선언했다. 미쓰비시 후소는 2020년 3월 말 BEV와 FCEV를 중심으로 배출가스 제로를 달성한다는 방침을 밝힌 바 있다. 더불어 하이브리드 전기차의 개발을 중단하고 천연가스도 장기적으로는 생산하지 않기로 했다.

 

미쓰비시 후소는 2017년 소형 전기 트럭 e캔터(Canter) 150대 정도를 일본과 유럽, 미국 등에 투입했는데 전기 트럭의 한계를 보였다고 자체적으로 분석하고 있다. 최대 과제는 적재량으로 배터리의 무게로 인해 디젤 트럭보다 최대 400kg이 줄어든다는 것이다.

 

e캔터의 항속거리는 100km 로 도심 내 정해진 경로를 배송하는 용도로는 충전하지 않고 하루를 사용할 수 있다. 하지만 더욱 장거리를 주행하는 용도로는 부족하다. 그것을 해소하기 위해 배터리를 더 많이 탑재하면 그만큼 적재량은 줄어든다. 그 때문에 최대 적재량을 고려하면 전기 트럭이 사용될 수 있는 항속거리는 200km가 한계라고 분석했다. 200km를 넘는 항속거리를 갖춘 무공해 트럭을 실현하는 것은 연료전지 전기차밖에 없다는 것이다.

 

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이 때문에 미쓰비시 후소는 2020년대 후반 연료전지 트럭을 양산하기로 했다. 차량의 크기 등에 대해서는 검증에 들어갔으며 이를 바탕으로 다임러 그룹은 연료전지 버스를 2022년까지 양산한다는 계획이다. 연료전지 스택과 수소 탱크 등의 주요 부품과 개발 자산은 승용차를 포함해 그룹에서 공용하면서 비용을 저감해 간다는 방침이다.

 

이 외에도 다임러는 독일 내에서 운송회사 SWEG에 연료전지 시스템을 채용한 도시 버스를 개발하기로 합의하기도 했다.

 

 

토요타는 연료전지 시스템 비용 현실화 추구

토요타는 올해 출시를 앞둔 미라이를 통해 한 단계 진보한 연료전지 시스템을 선보인다. 핵심은 연료전지 시스템의 최대 과제인 비용을 기존의 1/2로 줄인다는 것이다. 더 나아가 2025년까지는 1/4로 낮추고 항속거리도 650km에서 850km까지 늘인다는 목표를 설정하고 있다. 그리고 프로젝트의 핵심은 연료전지 스택은 다른 완성차업체를 비롯해 다양한 수요처를 발굴해 공급한다는 방침이다.

 

2014년 토요타가 미라이를 출시했을 당시 연료전지 전기차는 판매되는 만큼 적자가 커진다고 할 정도로 연료전지 시스탬의 비용이 많이 들었다. 일본에서 미라이의 시판 가격은 보조금 적용 후 약 500만엔. 하지만 5년 이상 지난 지금까지 누계 판매대수는 1만대 수준에 머물고 있다.

 

그러나 토요타는 2020년대 전반 연료전지 전기차가 배터리 전기차를 따라잡는 터닝 포인트라는 생각을 하고 있다. 그래서 토요타는 올해 말에 출시할 차세대 미라이의 시판 가격을 기존 모델의 절반으로 떨어트린다는 목표를 설정하고 있다. 그렇게 해서 연료전지 전기차를 수요자들이 부담없이 구입해 운행할 수 있는 자동차로 포지셔닝한다는 것이다.

 

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연료전지 전기차의 가격이 비싼 것은 아직은 규모의 경제를 확보하지 못하고 있기 때문이다. 고가인 퓨얼셀 스택의 가격을 낮추기 위해 일차적으로 어떤 형태로든 사용처를 늘리는 것이다. 다시 말해 미라이 이외의 다양한 영역을 개척해야 한다는 것이다.

 

우선은 연료전지 전기차를 공동 개발하기로 한 BMW로의 공급이다. BMW는 2022년 SUV X5를 베이스로 한 연료전지 전기차를 출시할 계획이다. 이것을 의식해 토요타는 차세대 미라이는 뒷바퀴에 모터를 배치하는 뒷바퀴 굴림방식으로 하기로 했다. 기존 앞바퀴 굴림이 아닌 뒷바퀴 굴림방식 플랫폼 GA-L를 채용한다는 얘기이다. BMW의 X5 연료전지 전기차는 기존 엔진 탑재 공간에 연료전지 스택과 인버터 등을 배치한다.


또 하나는 도시 에너지원이 되는 고정형 연료전지이다. 토요타는 Woven City라고 하는 스마트 시티 건설을 2021년 시작한다. Woven City 건물 옥상에는 태양광 패널을 배치하고 그 전력을 사용해 수소를 제조한다는 계획이다. 무공해로 생산한 수소를 사용하는 연료전지로 발전해 에너지 자급자족을 목표로 하고 있다.

 

하지만 그 정도로는 한계가 있다는 생각으로 토요타도 현대차나 다임러트럭처럼 트럭과 버스 등 상용차가 시장 확대의 관건으로 보고 있다.


후지경제연구소의 조사에 따르면 전 세계 FCEV 시장은 2030년도에 2018년 대비 38.4%인 1조 5,392억엔으로 증가할 것이라고 한다. 여기에는 승용차는 물론이고 버스와 트럭, 포크 리프트 등도 포함된다.

 

이처럼 상용차 업계를 중시하는 것은 상용차 전체의 이산화탄소 배출량의 60%를 대형 트럭이 점하고 있다는 배경이 있다.

 

토요타는 이런 점을 고려해 그룹 내 히노자동차와 연료전지 트럭을 공동으로 개발하고 있다. 차량 총 중량 25톤으로 도시간의 물류에 사용할 수 있도록 600km의 항속거리를 목표로 하고 있다. 이 차에는 미라이의 연료전지 스택 2기를 탑재한다. 여기에 히노가 가진 하이브리드 기술을 응용한 차량 제어기술을 조합한다고 한다.

 

토요타는 소형 연료전지 트럭도 개발해 항속거리 200km의 모델을 세븐일레븐 재팬에 공급했다. 동경 도 등에서 냉장 냉동차량으로 우유 등 신신식품을 운반하는 시험 운행을 진행하고 있다. .(참고 자료: 니케이 오토모티브 2020년 6월호 )

 

 

보쉬, 연료전지 스택 제조에 나선다

대형 부품회사 중에서는 보쉬가 2014년 연료전지 컨트롤 유닛 공개를 시작으로 가장 적극적이다. 보쉬는 2018년 영국 호샴(Horsham)에 본사를 둔 연료전지 기술 전문업체인 세레스 파워(Ceres Power)와 전략적 제휴를 체결해 차세대 고체산화물 연료전지(SOFC) 기술을 개발하고 있다.

 

보쉬는 2019년 5월 결산발표회에서 전동 파워트레인의 미래에 대한 전망을 제시했다. 보쉬는 2022년 말까지 보쉬제 전동 파워트레인이 전 세계에 약 1,400만대에 탑재될 것이라고 밝혔다. 현재의 약 100만대보다 14배가량 늘어난 수치이다. 매출액으로는 2025년에 2018년의 10배에 달하는 50억유로를 목표로 설정하고 있다.

 

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보쉬는 지금의 전동화 프로젝트는 궁극적으로 연료전지 기술의 획기적인 발전을 지원하기 위함이라고 밝혔다. 이를 위해 보쉬는 스웨덴의 연료 전지 스택 제조업체인 파워셀(Powercell)과 제휴했다. 연료전지스택 제조회사로는 캐나다의 발라드가 선구적인 입지를 구축했다. 연료 전지 스택은 연료전지 시스템 가치의2/3에 해당한다는 것이 보쉬 측의 설명이다.

보쉬는 2019년 7월 1억 유로를 투자해 연료전지 전기차 부품의 개발을 시작해 2022년에 양산에 들어간다는 계획도 발표했다. 같은 달 콘티넨탈도 연료전지 전기차 관련 사업 검토에 착수했다.

 

현시점에서 연료전지 전기차의 구도는 아우디가 현대기아차와 협력하기로 했고 BMW는 토요타와 공동으로 개발하고 있다. 연료전지 전기차 개발에 가장 먼저 뛰어든 메르세데스 벤츠도 볼보와 합작사를 설립한다. 혼다도 클래러티 부분 변경 모델을 일본 내에서 일반인 대상 리스 판매를 하는 등 하나둘 라인업이 확대되어가는 양상이다.

 

업계에서는 단거리는 배터리 전기차가 적합하지만, 장거리 주행에는 연료전지 전기차가 훨씬 효율적이라는 의견이 지배적이다. 그 때문에 2020년대 중반경 상용화가 본격화되면 빠른 속도로 배터리 전기차를 능가할 수 있다는 전망이 나오고 있다.

 

시선을 끄는 것은 미·중 무역 분쟁으로 어려움을 겪고 있는 중국 시장을 겨냥해 토요타가 지난 6월 5일 5 개 중국 기업과 베이징에 기반을 둔 합작 회사 유나이티드 퓨얼셀시스템R&D(United Fuel Cell System R&D Company)를 설립한다고 발표한 것이다.

 

이는 중국의 연료전지 전기차 보급 확대 계획이 배경에 있다. 중국은 2025년까지는 50,000대의 수소 연료 전지 차량 및 300개의 수소충전소, 2030년까지는 100만대 수소 연료 전지 차량과 1,000개의 수소충전소를 목표로 하고 있다. 중국은 2019년에 3,018개의 수소 연료 전지 차량을 생산했으며 수소 연료 전지의 설치 용량은 2018년에 비해 140.49% 증가했다.

 

지금 연료전지 전기차의 부상은 배터리 전기차의 한계와도 연결되어 있다. 물론 그 배경에는 갈수록 엄격해지는 각국의 배기가스 규제가 있다. 코로나19는 환경에 대한 새로운 접근을 강요하고 있고 자동차의 배출가스에 대해서도 근본적인 검토를 요구하고 있다. 연료전지 전기차가 새로운 돌파구가 될 수 있을지 궁금하다.

 

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