사이다경제

미세먼지 폭격...수소차에 주목하라?

미세먼지가 갈수록 심각해지고 있습니다.

경보 문자가 하루라도 안오면

이상할 정도입니다.

이에 사회 각 분야에서

친환경 이슈가 중요해지고 있으며,

자동차 업계에서는 미세먼지 등의

매연 배출이 없는 '수소차'에 대한

관심과 수요가 늘고 있는데요,

이런 가운데 현대자동차(이하 현대차)의

다소 엽기적인(?)

수소차 마케팅이 화제입니다.

먹는 물까지 만드는
궁극의 친환경성?

현대차는 작년 3월

2세대 수소차 '넥쏘(NEXO)'를 출시했는데요,

지난 1월 현대차가

곧 수소차 넥쏘가 만든 생수를

편의점에서 판매한다는 보도가 나왔습니다.

보도 이후 현대차에서는

아직 확정된 사항이 아니라고

입장을 다시 밝혔는데요,

차에서 나온 물을 생수로 판매하는 게

다소 엽기적이고 꺼림칙하긴 하지만

아이디어 하나는 톡톡 튑니다.

현대차가 수소차에서 만들어진

생수를 판매한다는 것은,

그만큼 수소차가 '궁극의 친환경성'을 지닌

미래 지향적 모델이라는

강한 메시지를 남긴 셈인데요,

수소차의 구조가 어떻길래

달릴 때마다 매연이 아니라

물이 생성되는 걸까요?

수소차와 전기차의 차이?

수소차를 정확히 표현하면

'수소전기차'입니다.

본 바탕은 전기차라는 것이죠.

그럼 일반 전기차와

차이가 무엇이냐고요?

전기차는 전기를 배터리에

직접 충전해서 달리지만,

수소전기차는 수소를 충전한 후

화학 반응을 통해 전기를 발생시켜 달립니다.

전기차는 전기를

한꺼번에 많이 충전해야 하기 때문에

배터리 용량이 중요하지만,

수소차는 수소를 통해

어떻게 전기를 잘 발생시키느냐가 핵심입니다.

수소차 핵심은 '연료전지시스템'

전기를 얼마나 잘 만드냐가

수소차에서 가장 중요하기 때문에,

수소차에 핵심 모듈 중에서

'연료전지시스템'의

원가(전체의 43~66%)가 가장 많이 듭니다.

연료전지시스템은

'연료전지스택'과 '운전장치(또는 주변장치)'로

구분되는데요,

모델마다 다르지만 연료전지스택 원가가

연료전지시스템 원가의

66~78%를 차지하고 있습니다.

스택은 실제 수소가 산소와 만나

화학 반응을 일으켜

전기를 생산하는 발전기입니다.

운전장치는 다시

연료공급시스템, 공기공급시스템,

열관리시스템으로 구성됩니다.

수소차에서
생수는 어떻게 생성될까?

이 연료전지시스템에서

전기가 생성되는 원리는 다음과 같습니다.

먼저 연료공급시스템에서

연료전지스택에 수소를 공급합니다.

수소는

연료전지스택의 음극(-)을 통해 주입되고

촉매와 반응해

'수소이온'과 '전자'로 분리됩니다.

이때 전자는 외부회로를 거쳐

모터를 구동시키는 전류를 생성하고,

수소이온은 고분자전해질(PEM,

Polymer Electrolyte Membrane) 막을 통과해

양극(+)으로 향하고 그곳에서

산소와 결합해 물이 생성됩니다.

현대차의 파격 마케팅인 '넥쏘 워터'는

이렇게 생산되는 것으로,

주변 공기를 빨아들여 전기를 만들고

물만 배출하기 때문에

미세먼지를 제거해줄 것이라

기대하는 이도 많습니다.

투자 관점에서 중요한
연료전지스택 부품들

말이 나온 김에 연료전지스택의 부품을

하나하나 살펴보겠습니다.

투자 관점에서 어떤 부품이 중요한지,

그리고 해당 부품을 생산하는 업체가 어디인지

알고 있다면 나쁠 것이 없습니다.

기체확산층(GDL, Gas Diffusion Layer)은

말 그대로 연료공급시스템에서 주입된 수소와

공기공급시스템을 통해 유입된 산소를

연료전지스택 내에

고르게 확산시켜주는 부품입니다.

수소와 산소가 만나 생성된

물을 배출시키는 역할도 합니다.

이밖에 전기적 화학반응에 의해 생성된

열 제거, 전자가 흐르는

통로 제공 등의 역할도 담당합니다.

GDL을 통해 유입된 기체는

전극(음극과 양극)에 도달합니다.

음극(Cathode)과 양극(Anode)은

PEM을 중앙에 놓고 양 사이드에 있습니다.

음극은

수소가 주입되기 때문에 연료극,

양극은 산소가 주입되기 때문에

공기극이라고도 합니다.

양쪽의 극엔 화학적 반응을 통해

기체를 분리시키는

촉매(Catalyst)가 발라져 있습니다.

현재 촉매로 사용되고 있는 소재는

백금(Pt, Platinum)입니다.

백금은 자신은 변하지 않고 다른 물질에

화학 반응을 유발하는 성질을 갖고 있습니다.

참고로 음극, 양극, 그리고 그 사이에 위치한

PEM을 붙여 하나의 셀을 이루는데

이것을 막전극접합체(MEA:

Membrane Electricity Assembly)라고 부릅니다.

하나의 MEA는

약 0.7V의 전기를 발생시키며,

수백 개의 MEA를 접합해야만

수소차 모터를 구동시킬 수 있는

전기를 생성할 수 있습니다.

현재 현대차 2세대 수소차에는

MEA가 440개나 접합돼있다고 합니다.

스택(Stack)의 사전적 의미는

'무더기, 많음, 다량'인데

MEA 수백 개를 묶어놨다고 해서

연료전지스택이라고 부르는 것입니다.

마지막 용어는 가스켓(Gasket)인데요,

가스켓은 MEA와 분리판 사이에서

산소와 수소의 누출을 방지하는 역할을 합니다. 

진짜 돈 되는 곳은?

앞서 언급했듯이 연료전지시스템은

전체 수소차 원가의

43~66%를 차지하는 핵심 모듈입니다.

현재 현대차의 넥쏘는

8,000만 원을 호가하는 비싼 차량인데

모두 연료전지시스템 때문이죠.

(나머지는 수소저장장치를 제외하고

기존 차량 부품과 유사)

하지만 향후

기술개발 및 대량생산 체제로 들어가면

원가가 빠르게 절감돼

수소차의 경제성이 생길 수 있을 전망입니다.

미국 에너지부(DOE,

Department of Energy)에 따르면,

수소차 1,000대 생산 기준 스택의

생산원가는 12,000달러가 넘지만

50만 대를 생산할 경우

2,199달러에 불과할 것으로 보입니다.

이처럼 연료전지시스템은

기존 산업에 없던 핵심 부품인데다,

기술개발 및 대량생산에 따라

판매량(Q)이 추가로 늘어날 수 있는 부분이라

투자 관점에서 주목할 필요가 있습니다.

관련 기업들

수소차 부품은 현재 95%가량

국산화가 진행되었는데요,

유독 PEM만 해외 의존도가 높습니다.

PEM은 미국의 'Gore'사가

글로벌 시장을 독점하고 있습니다.

국내에서는 '코오롱인더스트리'가

2016년 Gore사로부터 기술 도입을 했으며,

'코멤텍(비상장)'과 '시노펙스'도

국책기술개발 과제를 통해

국산화를 시도하고 있습니다. 

이밖에 연료전지시스템 관련 기업으로

'한온시스템, 우리산업, 세종공업,

지엠비코리아' 등이 대표적입니다.

'한온시스템'은 대표적인

전기차, 수소차 수혜주인데요,

주인이 바뀌기 전 사명은 '한라공조'로

과거 사명처럼 지금도 공조시스템을 만듭니다.

내연기관차에서

전기차, 수소차로 바뀌는 과정에서

공조시스템의 비중은 크게 증가합니다.

열원이 부족한 전기동력차에는

별도의 전기에너지가 필요하기 때문입니다.

'우리산업'은 연료전지시스템과 관련해

COD 히터를 생산합니다.

COD는 겨울철에

냉각수를 빠르게 가열해

스택의 냉간시동능력을 향상해줍니다.

또한 시동이 꺼진 상태에서

잔류 전기를 소진시켜

스택의 내구성 향샹을 돕습니다.

'세종공업'은 연료저지스택에서

수소의 누수를 감지하는 센서,

양극에서 음극으로 넘어온 수분을

외부로 배출하는 워터트랩을 생산합니다.

'지엠비코리아'는

전동식 워터 펌프(EWP,

Electric Water Pump)를 생산하는데,

내연기관 차량에서는 엔진의 동력을 이용해

냉각수를 순환시키는 역할을 했습니다.

그런데 전기차나 수소차에선

전장부품, 배터리, 연료전지스택에서 발생하는

열을 관리하는 용도로 쓰입니다.

지금까지 환경 문제가 심각해지면서

주목받는 수소차에서 중요한 내용을

자세히 알아보았는데요,

다음 시간에는 나머지 수소차 부품이나,

전기차와 수소차의 장단점에 대해

더 자세히 알아보겠습니다.