미세먼지, 탈원전, 태양광발전 등이 뉴스의 초점이 되고 일상사의 이야기거리가 된 것은 깨끗한 환경과 지속가능한 에너지를 바라는 사회의 염원이 반영된 까닭이다. 인구가 폭발적으로 증가하고 에너지 사용이 늘면서 인류의 삶의 질이 개선되었지만 부작용으로 환경과 안전 문제가 대두되고, 이에 따라 에너지 기술이 더욱 발전하고 대체 에너지 기술도 다양하게 제시되고 있다. 

산업혁명을 가능하게 한 석탄과 근자의 인류 문명기술과 번영을 가능하게 한 석유는 공해문제의 부작용으로 천덕꾸러기가 되어가고 있다. 온전히 자연자원 그 자체로부터 환경 손상 없이 에너지를 얻는 이상적인 에너지원을 재생에너지, 수소를 사용한 연료전지와 같은 새로운 에너지 기술을 신에너지, 이를 합하여 신재생에너지라 부른다. 태양광과 바람으로 전기를 만들고 지열과 물, 파도에서 에너지를 얻어내는 것은 오랜 기술의 발전으로 말미암아 가능해졌다. 원자력 발전은 대표적인 신에너지기술이지만 방사능 유출과 같은 안전문제에 대한 우려로 조심스러워하고 배척하는 경향도 있다. 이렇듯 신재생에너지를 통한 공해 없는 에너지는 모두의 꿈이 되었다.

그러나, 이상적인 신재생에너지의 실현이 그다지 만만하지만은 않다. 신재생에너지 기술의 성숙, 경제성 확보, 조화로운 사회간접 자본의 확충이 완비되지 않으면 이 또한 부작용으로 공해 못지 않은 문제를 일으킬 수 있다. 바클라프 스밀은 그의 저서 ‘에너지의 신화와 현실’에서 환상에 치우진 에너지 이상주의가 갖는 오류와 위험성을 지적한 바 있다. 십년 가까이 지난 현시점에서도 그의 지적은 유효하다. 탈원전을 계기로 관련 산업기술과 시장이 와해되고 국제경쟁력을 우려하는 목소리가 커지고 태양광시설 보급의 부작용과 비리가 시끄럽고 미세먼지를 이유로 기존 자동차에 대한 규제와 신에너지 자동차의 보급이 주창되지만 자동차산업은 위기에 빠지는 작금의 상황을 목도하면서 그의 예측과 조언을 다시 되뇔 필요가 있다. 신재생에너지의 보급에는 많은 시간이 소요될 것이고 그에 따라 전기차와 같은 새로운 동력원이 시장을 대체하기에는 많은 시간이 필요하다고 예측하면서 기존의 에너지기술의 효율화가 기대 이상의 효과를 낼 것으로 보았던 그의 분석이 우리에게 시사하는 바가 크다. 

자동차 시장과 기술의 전망은 불확실성이 심각한 과도기에 놓여 있다. 정부는 수소시대를 예고하면서 조만간 충전인프라를 포함한 사회간접자본을 마련함과 동시에 수소연료전지 전기자동차 기술을 견인하여 자동차 산업의 격변을 추진하고 있고, 우리나라의 대표 자동차제작사인 현대자동차도 세계 자동차기술의 새 물결의 주인공이 될 포부를 수소연료전지 전기차로 이룩한다는 미래상을 선전하고 있다. 아울러 근자의 기술 발달에 힘입어 배터리 전기자동차의 보급 또한 가속화 하고 있다. 이러한 차세대 신에너지 자동차기술이 탄력을 받는 배경에는 환경 개선의 국가적 의지가 작용하여, 미세먼지 문제 해결을 전제로 청정 환경을 지향하는 사회적 요구와 지구 기후 변화에 대응하는 온실가스의 세계적 규제 추세에 발 맞추는 지속가능한 이상적 시나리오로서의 선언적 의미를 갖는다. 또한 화석연료의 고갈에 대응하는 에너지 자원 안보의 취지도 있다고 볼 수 있다. 

수송부문 에너지기술의 이러한 혁신적 변화를 뒷받침하여 현재 시장의 대부분을 차지하는 가솔린, 디젤 자동차로 대별되는 내연기관 자동차를 감축하거나 퇴출하자는 논의 또한 다양하게 이루어지고 있다. 이는 이미 내연기관차의 감축을 선언한 서구의 나라들의 움직임을 원용한 면도 적지 않다. 

내연기관자동차 퇴출을 선언한 나라 중에 영국, 네덜란드 경우 자체적인 자동차기술이 없어서 산업적인 중요성이 떨어지거나 노르웨이 경우 수력 등 자연자원을 활용한 발전을 하고 프랑스 경우 풍부한 원자력으로 발전을 하여 배터리 전기차 보급에 유리한 등 산업과 시장 환경이 특이하다는 점을 주목할 필요가 있으며, 자동차산업이 기간 산업인 미국, 일본, 독일의 경우 정부 입장에서 대대적으로 내연기관 자동차 감축을 선언하는 데에는 소극적이라는 점도 염두에 두어야 한다. 

신에너지 자동차 기술개발과 시장 확대에 적극적인 중국의 경우도 석유의 부담을 줄이는 한편 미래기술을 선점하겠다는 산업 정책적 차원의 의도가 특이한 경우이다.

 

현재의 내연기관 자동차도 높아진 효율 덕에 연비도 좋아져서 연료 1리터로는 소형차는 웬만하면 오십리 길 20킬로미터를 가고 조건 좋을 때 순간연비는 30킬로미터에 이르며 배터리와 전기모터를 결합한 하이브리드 차량은 이보다 두 배 좋은 값을 달성할 수 있다. 석유를 쓰기 때문에 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물, 미세먼지 등 각종 공해를 일으킨다는 경계를 불러 일으키지만 끊임없는 환경기술 개발을 통하여 서울을 비롯한 대도시에서는 일부 성분의 경우 공기질을 정화할 수 있는 수준까지 깨끗해졌다고 할 정도로 발전하였다. 

우리말로 전지라 불리는 배터리(Battery)는 전기에너지를 저장하여 공급함으로서 각종 이동기기(모바일, Mobile 기기)를 작동하게 하는 상징적 에너지 기기이다. 이동전화, 이동식 컴퓨터, 디지털 카메라, 손전등, 청소기 등 일상용품이나 자동차, 드론에서도 동력원으로 전기 배터리를 사용한다. 배터리에는 한번만 사용하는 1차전지가 있고 다시 충전해서 사용할 수 있는 2차전지가 있다. 납이나 니켈을 사용하던 2차전지가 리튬을 사용하면서 힘과 수명이 획기적으로 증가하게 되어 쓰임새는 더욱 커지고 있다. 자동차의 경우에도 1920년대부터 다양한 전기장치를 위한 배터리가 널리 쓰이기 시작했다, 부품이 전동화 되고 전장품의 용량이 늘어나면서 배터리는 필수적인 부품으로서 성능이 향상되어 왔으며, 출력과 수명이 늘면서 급기야 배터리와 전기모터를 동력원으로 사용하는 순수전기차가 등장하기에 이르러, 특히 공해물질과 이산화탄소와 같은 온실가스를 배출하는 가솔린, 디젤차를 대체하는 친환경자동차로서 각광받고 있다. 

그러나 배터리는 아직 가격이 너무 비싸고 출력 성능과 사용시간에 한계가 있어서 대형차에 사용하기 어려운 단점이 있으며, 배터리에 공급하는 전기를 생산하는 과정에 아직 신재생에너지 비율이 낮아서 원자력발전을 확대하지 않는 한 공해와 온실가스의 생성 지점만 바뀐다는 지적이 있고, 배터리 생산단계에서 만들어지는 온실가스 또한 만만치 한다는 분석도 있다. 배터리 전극에 쓰이는 희귀금속 자원이 일부지역에 국한되어 있어서 공급과 가격의 불안정성도 어려운 점이다. 전기자동차를 2030년에 삼백만대 공급하겠다는 야심찬 계획을 정부가 발표했으나 높은 가격을 충당하기 위한 보조금만 수십조가 소요되어 경제적인 부담이 될 수 있다. 리튬이온 전지는 기존 전지보다 작동 온도영역이 넓어지긴 했으나 여전히 전해질이 새어 나오며 폭발할 위험이 있는 점도 문제이다. 

이를 보완할 수 있는 리튬 폴리머 전지는 가격이 더욱 비싼 어려움이 있다. 배터리의 장점을 최대로 살리되 성능과 용량, 가격의 한계와 문제를 돌파하는 방법으로 충분히 청정화된 내연기관 차에 배터리와 모터를 설치하여, 브레이크나 감속 때 소실되는 동력을 되살려 전기에너지로 활용하는 하이브리드 동력기관이 늘어나고 있다. 작은 내연기관과 배터리를 사용함으로써 연비와 공해를 모두 줄이는 현실적인 대안인 것이다. 안전문제와 전극재료나 전해질 재료 공급 문제를 해결할 수 있는 저렴한 신소재 전고체 배터리 기술이 개발된다면 배터리 전기차는 일거에 대중적인 자동차의 모습으로 거듭 날 것이다. 세상의 모든 기술이 기술적 성숙도와 경제성 그리고 환경친화성 면에서 부침을 겪으며 발전한다. 끊임없는 기술개발이 힘있고 안전하며 값싼 배터리를 사용할 수 있는 먼 길을 열 것이다 

수소경제에 대한 관심과 기대가 크다. 수소경제란 수소가 주요 연료가 되어 청정한 에너지를 생산하는 미래의 경제를 의미한다. 정부는 올해 초에 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표하고, 장기적으로 수소의 생산 및 저장, 운반, 사용에 이르는 인프라를 구축하고 수소연료전지를 중심으로 수소경제를 추진하고 있다. 화석연료를 대신하여 수소를 사용함으로써 수입 에너지 자원을 대체하여 국가경제의 부담을 줄이고 대기질 개선을 이룰 수 있으며 이산화탄소를 만들지 않는 깨끗한 환경을 구현하여 기후변화 협상에도 쉽게 대응할 수 있다. 수소연료전지란 수소와 산소를 반응시켜 전기를 생산하는 에너지변환장치로서 환경에 해가 없는 잠재력을 가지고 있다. 고갈되지 않는 에너지원인 수소는 물을 분해하면 얻을 수 있어서 공기 중의 산소와 함께 사용하면 가장 구하기 쉬운 에너지원이 되는 것이다. 이에 따라 세계 각국에서는 수소 에너지의 개발에 힘을 쏟아 수소 연료 개발을 위한 사업과 연료전지 자동차 개발에 나서고 있다. 지속가능한 미래를 실현할 에너지전환의 핵심으로 등장하고 있는 연료전지기술은 관련산업의 육성으로 세계경제의 성장동력으로 주목받고 있다. 정부가 인공지능과 빅데이터와 함께 3대 전략산업의 하나로서 수소경제를 선정한 것은 이러한 세계적 흐름의 선도적 역할을 하겠다는 것이다. 다행히 우리나라는 수소연료전지차 및 연료전지발전 분야에서 세계 최고 수준의 기술을 보유하고 있어서 수소경제 실현과 글로벌 리더로서의 잠재력을 가지고 있다. ‘수소경제 활성화 로드맵’은 2040년에 연료전지차 620만대, 수소충전소 1200개, 연료전지 발전 15기가와트(GW) 달성의 목표를 제시하고 있다.

그러나 핑크빛 꿈을 이루기 위하여 해결할 과제는 수없이 많다. 수소를 만드는 일부터 만만치 않다. 신재생에너지가 경제적으로 충분한 양의 전기를 생산하기 전에는 수소생산 공정에서 발생하는 공해와 이산화탄소 발생이 또다른 오염원이 될 수 있다. 연료전지에서는 수소와 산소가 만나서 반응하게 하는 정밀 기술을 통하여 만드는 연료전지 스택을 첩첩이 겹쳐 만들다 보면 무거워지고, 촉매로 주로 백금을 사용하는 데 이 비용이 너무 높아 가격이 천정부지로 오를 수 있다. 

2000년대 초 미국 정부가 수소시대를 선언하며 야단을 피우고 시장전망 회사들이 곧 연료전지차의 시대가 열릴 것이라고 호들갑을 떨던 시절이 역사에 묻힌 이유이다. 국제에너지기구도 2060년까지 연료전지 자동차가 주력이 되기 어려울 것으로 전망하고 있다. 그만큼 풀어야 할 과제도 많고 환상적인 꿈을 이루기 어렵다는 것을 시사한. 그래도 지금까지 연료전지의 성능 개선과 가격 하락을 이룬 것처럼 끊임없는 기술개발이 혁명적인 전기를 마련하여 수소경제의 미래를 열 수 있을 것이다. 신념을 가지고 경제성과 실용성을 이룰 때까지 어떠한 난관에도 굴하지 않고 일관된 노력을 기울이면 언젠가 수소의 시대가 올 수 있다.

이렇듯 주요연료원인 석유가 언제 소진될지 모른다는 불안감과 온실가스인 이산화탄소를 배출한다는 이유로 자동차의 대체 동력원 개발이 중요한 과제로 대두되고 있다. 그래서 배터리전기차나 수소연료전지전기차가 미래의 자동차로 떠오르고 있고, 차량 단위의 공해가 없다 하여 친환경자동차라도 불리며 각국이 기술개발과 보급을 장려하고 있다. 한편으로 현재의 가솔린, 디젤차로 대별되는 내연기관 자동차는 저탄소 연료 혹은 무탄소 연료를 사용하는 기술개발이 선진국을 중심으로 가속화되고 있다. 그러나 이 중 어느 것도 뚜렷한 대안이 되기에는 풀어야 할 과제가 많다. 배터리의 경제성과 재료 공급의 불안을 해소할 새로운 기술과 재료의 개발이 필요할 뿐만 아니라 전기공급을 신재생에너지로 대체하기 위한 시간과 기술의 한계를 아직 가늠하기 어렵고, 공해없는 수소생산 시나리오가 명확하지 않고 높은 가격을 해소하기 위한 획기적인 돌파기술과 시간이 필요하다는 점에서 아직도 갈 길이 멀다 하겠다. 각개 에너지기술의 적합성을 평가하기 위해서는 단편적이고 감상적인 환경문제 뿐만 아니라 종합적인 환경성, 기술의 완성도, 경제성, 에너지 안보 등을 전반적으로 분석하여야 한다.

결국 미래의 자동차는 청정연료를 사용하거나 하이브리화된 내연기관차, 신재생에너지로 만들어진 전기로 가동되는 경제적인 배터리전기차, 지속가능한 수소생산을 전제로 경쟁력 있는 수소연료전지전기차가 서로 경쟁하고 보완하며 발전하는 양상을 보일 것이다. 특정 자동차가 미래의 대안이라고 확언하는 것 자체가 기술개발을 저해하는 패착이 될 수 있다. 주제의 제한 없는 무한 경쟁의 기술개발이 내일의 자동차산업을 주도할 방법이다.