2015 BMW 이노베이션데이에 참가했다. 올 해의 행사는 2015년 7월 3일 프랑스 마르세이유 북쪽에 위치한 BMW의 가장 큰 미라마 프루빙그라운드에서 개최됐다. Next Efficient Dynamics라는 주제로 물분사 가솔린 엔진과 2시리즈 액티브 투어러의 플러그인 하이브리드 시스템, 그리고 BMW의 첫 번째 연료전지 전기차의 프로토타입 등이 공개됐다. 두 번째로 BMW로서는 처음으로 발표한 연료전지 전기차에 관한 내용을 소개한다.

지금 자동차회사들은 각 나라별로 강화되고 있는 배기가스 규제 강화에 대응하는 것이 급선무다. 내연기관의 열 효율 향상만으로는 충족시킬 수 없는 규제 기준이 등장해 있다. 유럽은 2021년에 기업 평균 이산화탄소 배출량을 95g/km까지 낮추어야 한다. 세계 최대 시장인 중국은 2020년에 리터당 20km의 연비를 실현해야 한다. 미국도 2025년에 리터당 23.2km/리터를 충족하지 않으면 안된다. 물론 이 목표치가 반드시 실행될지는 아직 미지수다.

그럼에도 자동차회사들은 우선은 전동화를 통해 해결하고자 하는 움직임을 보이고 있다. 그런데 배터리 전기차의 기술적인 한계 때문에 플러그인 하이브리드가 빠르게 부상하고 있다. 물론 토요타는 여전히 그들의 장기인 HEV에 집중하고 있다. 토요타는 하이브리드 기술 발전을 통해 EMS(Energy MAnagement System)에서 우위에 있다. 연료전지 전기차든 배터리 전기차든 EMS는 핵심 기술 중 하나다.

그런 가운데 현대자동차가 세계 최초로 투싼 연료전지차 시판을 시작했고 토요타도 2014년 말 미라이라는 양산형 연료전지 전기차를 내놓았다. 독일 메이커들은 조금 늦다. 2015년 연료전지차 시판을 예고했던 메르세데스 벤츠는 2016년으로 연기했다. 아우디는 2017년이라고 발표는 했지만 루퍼트 슈타들러는 공개적으로 아직인 시기가 상조라는 의견을 피력했다. 폭스바겐은 아예 수소 역시 완전 무공해가 아니라는 의견을 공개적으로 피력하기 시작했다.

오늘날 수소는 대부분 화석연료를 통해 생산된다. 때문에 배터리 전기차를 위한 전력을 생산하는 것과 마찬가지로 많은 배기가스를 배출한다. 다 아는 내용이지만 그동안 자동차회사들은 공개적으로 그런 말을 하지는 않았다. 폭스바겐이 포문을 연 것이다. 현실적으로 어렵기 때문이다. 그런데도 BMW가 그들의 첫 번째 연료전지 전기차 프로토 타입을 발표했다.

자동차업체들은 배터리 전기차의 보급이 당초 예상보다 부진하자 각국의 배출가스 규제 기준을 충족하기 위해 선택한 것이 플러그인 하이브리드 전기차다. 2018년을 전후 해 미국 캘리포니아의 ZEV 크레딧 기준이 어떻게 바뀔지에 따라 달라지겠지만 당장에는 배터리 전기차가 기대에 미치지 못한다는 판단을 내린 자동차회사들에게 플러그인 하이브리드 전기차로 밀어 붙이고자 하는 형국이다. 캘리포니아 주는 플러그인 하이브리드로 할 것인지 아니면 연료전지 전기차로 할 것인지 안을 놓고 고민 중에 있다. 지금까지는 연료전지 전기차의 가능성이 더 높다는 얘기가 들린다.

자동차회사들은 모든 가능성을 염두에 두고 개발을 하지 않으면 안되는 처지가 되었다. 중국은 아예 신 에너지차의 범주에 배터리 전기차와 플러그인 하이브리드 전기차를 포함하고 있기 때문이다.

이런 상황 때문에 BMW는 2011년 12월 토요타와 친환경차에 관한 기술제휴에 합의하고 2013년 6월 29일에는 양사의 사장들이 직접 만나 앞으로 환경기술의 제휴를 확대하기로 했다. 당시 친환경차의 범위에 대한 논란이 있었으나 지금 확인된 것은 연료전지전기차 개발에 최우선 비중을 두었다는 점이다.

친환경 기술에 관해 각각 세계적인 주도권을 갖고 있는 두 메이커가 제휴함으로써 다른 콘소시엄과 경쟁이 격화될 것이라는 전망을 했었으나 생각보다는 속도가 나지 않고 있다. 기술적인 어려움이 아직은 적지 않다는 것이다.

현 시점에서 연료전지에 대해서는 물론 다임러 그룹이 가장 적극적이고 기술적으로는 토요타가 5,630개 특허를 공개하겠다고 나설 정도에 달해 있다. 그에 비해 BMW는 수소엔진차에 더 비중을 두어 왔다. 지금의 상황에서는 BMW와 토요타가 한 그룹이 되고 다임러를 중심으로 한 르노닛산간의 콘소시엄이 있고 GM은 아직까지는 제휴 관계를 확대하지 않고 있다. 혼다와 현대기아차 그룹은 독자적인 행보를 하고 있다.

BMW도 연료전지차에 대한 연구는 1980년부터 시작했다. 1990년을 전후해 수소 엔진차의 가능성에 무게를 두고 개발했고 2006년에는 7시리즈를 베이스로 하는 수소 엔진차 프로토타입 모델을 개발해 전 세계를 돌며 시승회를 개최하기도 했다. 기자는 1991년 독일 뮌헨의 BMW 연구개발센터에서의 수소엔진차 개발 발표회부터 2006년 서울에서의 시승까지 그 흐름을 쫓아왔다.

그런 BMW가 지금은 단거리 시내 주행은 배터리 전기차로, 장거리 주행은 연료전지 전기차로 해야 한다는 세계적인 로드맵을 따르고 있다. 수년 전과 다른 점은 플러그인 하이브리드 전기차도 연료전지 전기차와 같은 반열에 놓고 있다는 것이다.

연료전지 전기차를 위한 BMW와 토요타의 협력은 기술 개발을 분담하는 것에서 시작한다. 연료전지 스택과 EV 시스템, 배터리는 토요타가, 퓨얼셀 스택 하우징과 수소 탱크는 BMW 가 개발을 담당한다. 그 중 수소 탱크 부문에서 BMW 가 지금까지의 통상적인 것과는 다른 새로운 방식을 개발했다. 당장에 적용보다는 미래 기술로 분류하는 이 기술은 극저온압축 수소 탱크다.

BMW는 수소 에너지를 사용할 경우 주유기 한대로 하루 10만 km를 주행할 수 있는 연료를 충전할 수 있다는 점을 장점으로 내 세우고 있다. 그런데 오늘날 사용되고 있는 700바의 압축 수소 탱크(CgH2)는 그 절반인 5만 km 밖에 달리지 못한다.

BMW가 이번에 선 보인 연료전지 시스템을 위한 수소 저장 탱크는 영하 220°C 극저온형 압축탱크(CcH2)다. 연료전지 스택 자체의 성능은 200hp(150kQ)로 같다. 하지만 충전할 수 있는 수소의 용량이 토요타 등이 사용하는 700바의 기존 압축 수소 탱크는 4.5kg을 저장할 수 있는데 반해 300바의 BMW 극저온형은 7.1kg을 저장할 수 있다.

당연히 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리가 450km와 700km로 크게 차이가 난다. 이런 차이는 기존 CgH2는 밀도가 40g/리터인데 비해 CcH2는 70g/리터에 달하는데 기인한다. 이 길다란 원통형 수소 저장 탱크는 뒷바퀴 굴림 방식 차의 드라이브 트레인이 지나가는 차체 아래쪽에 탑재된다. 용량은 두 배 정도이면서 150kg의 중량과 크기는 700바형과 같다. 이 저장탱크에 충전될 수소의 생산은 화석연료가 아닌 재생에너지를 통해서 한다는 것이 BMW의 정책이다.

BMW는 친환경차 모델을 개발할 때도 다이나믹(Dynamic)이라는 DNA를 결코 포기 하지 않는다. 이산화탄소 배출 제로는 물론이고 BMW 고유의 기동성과 역동성, 높은 에너지 효율성을 양립시킨다는 컨셉을 채택하고 있다는 것이다. 연료전지 전기차 역시 주행은 전기모터로 한다. BMW eDrive 전기 모터는 파워 전달과 역동성을 중시하는 타입으로 i8을 통해 입증됐다. 파워 일렉트로닉스와 고전압 배터리, 그리고 BMW 그룹의 eDrive 기술에 기반한 지능형 에너지 관리 시스템의 기술이 이미 축적되어 있다는 것이다.
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수소 연료전지 기술은 이미 검증된 eDrive 기술을 탑재하고 있는BMW i 모델 및 미래에 생산될 BMW브랜드의 시리즈 양산 모델에 추가 옵션이 될 수 있다. 이 연료전지 기술을 통해, 저장 탱크의 수소 가스가 전력과 수증기로 변환하며 구동력을 발휘한다. 당연히 수소 연료전지 전기차도 이피션트다이내믹스 컨셉에 따라 개발된다. 크게는 BMW 그룹의 비전인 이피션트다이내믹스의 장기 전략 추진 중에 수소 연료전지 구동기술이 추가됐다는 얘기이다. 그것을 종합해 보면 다음과 같이 요약할 수 있다.

이에 대해 BMW 측은 구동 시스템을 최대한으로 다양하게 구비할 수 있어 새로운 차량 컨셉과 고객의 요구, 세계 각국의 법적 규제를 유연하게 충족시킬 수 있다고 설명하고 있다. 하지만 역으로 말하면 그만큼 개발에 대한 부담이 크다는 얘기이기도 하다. 이는 BMW만의 문제가 아니다. 양산과 프리미엄 구분없이 전 세계 모든 자동차회사들이 풀어야 할 숙제이다. 전 지구적 중장기 도전 과제인 연료 소비 및 이산화탄소 배출 감소를 위해서다.

BMW가 2015 이노베이션데이를 통해 선 보인 5시리즈 GT를 베이스로 한 수소 연료전지차 프로토타입의 스티어링 휠을 잠깐 잡아 볼 수 있었다. BMW는 이런 기술 워크샵 행사를 대부분 주행 시험장에서 한다. 실차 개발에 사용되는 다양한 조건의 트랙에서 직접 경험해 보라는 의미이다. 이 역시 브랜드의 성격을 잘 보여 주는 내용이다.

5시리즈 GT 베이스의 연료전지 전기차는 계기판이 약간 다를 뿐이다. 시동 버튼을 누르면 READY라는 글자가 뜨는 것이 아니라 계기판에 아예 READY라는 글자가 새겨져 있어 바늘이 그 부분으로 이동한다. 전기모터로 구동되기 때문에 가속 페달을 밟고 발진하는 상황에서의 느낌은 배터리 전기차나 플러그인 하이브리드 전기차 등과 같다.

다른 점은 차 앞쪽에 탑재된 연료전지 스택과 리어 액슬에 탑재된 전기모터로부터 각각 다른 사운드가 들린다는 점이다. 발진 초기에 배터리 전력량이 충분하면 그냥 배터리 전기 특유의 낮은 냉장고 소음이 들린다. 하지만 진행되면서 가속을 하면 앞쪽에서 '쎄~~~엥'하는 날카로운 금속음이 실내로 들어온다. 연료전지 스택에서 발전을 하며 나는 소리이다. 오늘날 극도로 조용한 가솔린 엔진은 물론이고 디젤 엔진의 사운드보다 더 크게 느낄 수 있다. 처음 접하는 것이기 때문이다.

그 사운드가 일정하게 들리는 것이 아니라 가속 상황에 따라 달라진다. 풀 가속을 하면 경우에 따라서는 미세하게 멈칫하는 반응을 보이기도 한다. 시험용 차이기 때문에 완전한 상태가 아니라는 점을 감안해야 한다.

재미있는 것은 시승 도중 파워가 갑자기 떨어지며 속도를 낼 수 없었다는 점이다. 동승석의 엔지니어가 차를 세운 상태에서 앞 시트 뒤쪽에 있는 파워 플러그를 뺐다가 다시 꼽아 재 부팅을 해야 했다. 이는 컴퓨터가 다운됐을 때 다시 부팅하는 것과 같은 과정이다. 이 상황은 센터페시아의 모니터를 통해 확인이 된다. 토요타의 연료전지 스택을 사용하고 BMW의 e드라이브를 사용한 시험용차이지만 이런 일은 발생할 수밖에 없다. 이런 상황에서 수집된 데이터 역시 컴퓨터에 기록되어 개발에 반영된다. 

2015 이노베이션데이의 주제 Next Efficient Dynamics 라는 주제가 말해 주듯이 이 기술은 미래를 위해 개발되고 있는 내용이다. 이번 워크샵은 BMW가 수소 연료전지 전기차 개발에 본격적으로 뛰어 들었다는 것을 밝히는데 의미가 있다. 그러면서도 극저온 수소저장탱크라는 혁신적인 기술을 통해 이 분야에서 역시 BMW의 잠재력이 크다는 것을 과시하고 있다. 그 기술은 BMW 가 오랫동안 수소 엔진차를 개발하는 과정에서 축적된 것이다.

BMW는 수소 연료전지 전기차의 출시를 2020년 이후로 잡고 있다. 기술적인 숙성에 필요한 시간이라기보다는 시장을 보는 눈에 차이가 있다는 것을 감지할 수 있다. 아우디의 루퍼트 슈타들러가 말했던 것처럼 BMW도 연료전지 전기차의 상용화에는 아직 시간이 필요하다는 생각을 갖고 있다는 얘기이다.