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  • 18 Feb, 2019
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[최원호의 독일버스이야기 #011] 수소전기버스가 운수회사에 더 적합한 이유

안녕하세요? 버스라이프입니다.
최원호의 독일버스이야기 11번째 이야기입니다.

수소전기버스에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이미 전기버스는 보급 대수가 많이 늘었지만 수소전기버스는 아직 전기버스에 비하면 보급대수가 거의 없다고 봐도 과언이 아닙니다.

배터리전기버스에 비해 수소전기버스가 앞으로는 더 관심을 주목받을 수 있을 것 같습니다.
독일에서 전하는 수소전기버스이야기. 만나보시죠.

상단의 동영상을 클릭하시면 영상 컨텐츠를 볼 수 있습니다.

 

2003년 영국 런던에서 시범운행 되던 벤츠 시타로 연료전지버스

유럽에서 연료전지버스는 상당히 오랜 역사를 가지고 있습니다. 아직까지 대중화되지 못한 이유로는 기술적 한계보다는 가격적인 한계라고 볼 수 있을 것 같습니다. 유럽은 EU에서 공동으로 진행하는 대중교통 프로그램들이 많이 있습니다. 그 프로젝트롤 통해서 친환경 기술도 연구를 하고 새로운 시내버스의 표준사양도 발전시켜 나가고 있습니다.

이미 2000년대 초반에 연료전지버스를 시범운행을 하면서 기술적 검증을 시도하였고 2010년대 들어서면서 한차례 대중화 시도를 하게 됩니다. EU 공동 프로젝트인 ZeEus 프로젝트가 큰 성과를 보였었는데요, 독일 함부르크, 스위스 등에서 연료전지버스를 상업 운행하며 대중화의 가능성을 시도하였습니다.

사진: 스위스 Postauto에서 정식 운행하였던 벤츠 시타로 연료전지버스 / 출처: Postauto.ch 보도자료

이미 기술적 검증을 다 마쳤지만 현재까지 수소연료전지버스가 대중화되지 못한 가장 큰 이유중의 하나는 가격이 비싸다는 점입니다. 우리나라에서는 배터리전기자동차 VS 수소전기자동차의 대결구도로만 접근하는 경향이 있습니다. 전세계적으로 보거나 추세적으로 볼 때에도 A냐 B냐의 대결구도로만 바라보게 되는 경향이 있습니다만, 유럽에서는 수소전기자동차에 대한 준비를 많이 하고 있는 상황입니다.
테슬라로 인해 배터리전기자동차의 시대가 앞당겨지는 바람에 글로벌 제조사들이 한 때 애를 먹기도 했었는데요, 그렇다보니 초기에는 배터리전기차에 집중을 할 수 밖에 없는 상황이었습니다. 배터리전기자동차와 수소전기자동차를 동시에 모두 개발해서는 트렌드 변화의 속도를 따라잡을수가 없어서 우선은 배터리전기차에 집중을 할 수 밖에는 없었습니다.

이러한 현상은 수소전기자동차의 핵심기술을 보유한 일부 글로벌 기업들에게는 상당히 호재가 되었는데요, 후발주자들이 수소전기자동차를 포기하고 배터리전기차에 올인을 하게 되면서 자연스럽게 경쟁구도를 피할 수 있게 되었으며, 상대적으로 개발이 어려운 수소연료전기 기술의 장벽을 세울 수 있게 되었습니다.
이러한 내막을 모른 채 일부에서는 모든 글로벌 제조사가 포기한 수소자동차에 한국이 집중한다며 요란을 많이 떨기도 했습니다.

하지만 유럽에서 수소전기차는 아직 진행중입니다. 한국과 일본이 이 분야에 앞서면서 유럽 제조사들이 아직까지는 숨을 죽인채 물밑에서 칼을 갈고 있는 상황이라 할 수 있겠습니다.

2021년 04월 기준으로 유럽에서는 총 117개의 수소자동차충전소가 있습니다. 그 중에서 가장 많은 충전소를 보유하고 있는 곳이 독일입니다. 이 충전소들은 모두 자가용 수소전기자동차를 충전할 수 있는 충전소들로 충전소 위치도 독일 전국에 고루 분포되어 있으며 충전소 위치도 시내 일반 주유소와 같이 위치해 있어서 휘발유나 디젤자동차의 주유소 방문과 크게 다르지 않습니다.
아직까지는 수소전기자동차가 고가이며, 생산되는 모델도 많지 않기 때문에 대중화되지는 못하고 있습니다. 또한 기술을 보유하지 못한 제조사들이 배터리전기버스에 총력을 기울이면서 수소전기자동차 대중화의 길은 아직도 멀어 보이기도 합니다.

이런 상황이지만 유럽에서는 왜? 수소전기자동차에 여전히 관심을 보이고 있으며, 차량이 생산되지도 않는데 충전소만 잔뜩 지어놨을까요?
해답은 풍력발전에 있습니다. 일찌감치 풍력발전에 많은 투자를 해온 유럽, 특히 독일에서는 풍력발전으로 생산되는 친환경 전기를 안정적으로 공급할 수 있는 솔루션을 찾고 있었습니다. 이제까지는 별도의 배터리시스템을 두고 바람이 많은 날 생산되는 잉여전기를 배터리에 저장해 놨다가 바람이 불지 않는 날 부족한 생산량을 보충하는 방식으로 운영을 해왔는데요, 배터리 냉각에 별도의 에너지를 써야하고 안정성 문제가 끊임없이 제기되었습니다. 배터리의 대안으로 제시된 해법이 바로 수소인데요, 바람이 많이 부는 날 생산된 잉여전기로 수소를 생산해서 보관하고 있다가 바람이 적게부는 날 연료전지를 통해 수소로 다시 전기를 생산하는 방식입니다. 배터리에 비해 저장에너지밀도에 장점이 있으며, 경우에 따라서는 수소를 직접 필요한 곳으로 보내서 2차 사용이 가능하다는 장점이 있습니다. 전기만 판매하던 풍력발전단지에서 향후에는 전기와 수소를 판매할 수 있어서 수익개선측면에도 도움이 될 것으로 보고 있습니다.

버스는 수소가 답이다?

이 질문에 대해서도 각자 해법이 다르고 의견이 다릅니다만, 현재 기준으로는 수소전기버스가 배터리전기버스에 비해 갖고 있는 장점이 더 큰 것으로 보고 있습니다. 유럽의 시내버스들은 한국과는 다르게 종점과 차고지가 동일하지 않기 때문에 연료보충(디젤주유, 배터리충전 혹은 수소충전)에 대한 문제가 한국과는 다릅니다.
보통 하루 10~15시간 / 200~350km를 주행하는 디젤버스를 대체할 유일한 수단으로는 수소전기버스밖에는 없다고 생각하고 있습니다. 배터리전기버스의 경우는 100km 이내의 단거리 코스에서 오전 운행 후 충전하고 다시 오후 운행하는 방식이 가능합니다. 하지만 기존 디젤버스 대비 하루 운영시킬 수 있는 가용 km가 낮다보니 운영의 효율성이 나오지 않고 있습니다. 디젤버스가 1년에 평균 7만km를 주행하고 있는데, 배터리전기버스의 경우 1년 평균 주행거리가 3만5천km로 디젤버스 대비 절반 수준밖에 미치지 못하고 있습니다.

아무리 친환경이라고 하더라도 디젤버스 대비 50%의 효율만 나온다면 친환경이라 할 수 없으며, 디젤버스 1대를 교체하기 위해선 배터리전기버스 2대가 필요하다고 한다면 운수회사 경영적인 측면에서도 크게 도움이 되지 않습니다. 그래서 끊임없이 회자되고 있는 것이 수소전기버스입니다.

수소전기버스는 기존 디젤버스를 거의 1:1로 대체할 수 있을 것으로 보고 있습니다. 위 표에서는 실제 노선과 배차간격을 고려했을 때 배터리전기버스가 충전을 위해 빠져야 하는 시간을 감안하여 노선에 투입될 버스의 대수를 계산하였습니다. 표에서도 알 수 있듯이 배터리전기버스는 충전을 위해서 몇시간씩 차를 세워놓아야 하기 때문에 유럽 실정에는 수소전기버스가 더 적합하다고 생각하고 있으며 실제 많은 운수회사들이 수소전기버스 양산을 기다리고 있는 상황입니다.

물론 배터리기술이 비약적으로 발전하여 1회 충전으로 300~400km를 운행할 수 있다면 상황을 달라질 수 있습니다만, 수백대의 버스를 운영하는 운수회사의 입장에서는 동시에 수백대의 버스를 충전시킬 수 있는 충전소를 설치하는 것도 상당히 큰 부담이기 때문에, 수소충전소 하나만 설치하는 비용과 수백개의 전기버스 충전기를 설치하는 비용이 차이가 없을 수 있다는 얘기가 됩니다.

우리나라 한국에서는 버스차고지가 곧 버스노선의 종점이며, 차량이 1회 왕복하면 다시 차고지로 돌아오기 때문에 잠깐 잠깐씩 충전을 시킬수가 있어서 배터리전기버스가 적합할 수도 있습니다. 하지만 전세계적으로 보면 수소전기자동차가 각광 받을 수 있는 변곡점이 발생할 것이므로 관련 트렌드를 계속 주시해야 할 것입니다.

왼쪽사진: 현대자동차 수소전기버스

우리나라는 세계적으로 수소자동차기술이 가장 앞서 있다고 해도 과언이 아닙니다. 수소연료전기 원천기술을 보유하고 있는 국가가 한국, 일본, 독일 뿐일 정도로 아무나 못 하는 기술입니다. 미국 자동차 메이커들이 수소전기자동차 대신에 배터리전기자동차에 올인하는 이유가 무엇일까요? 수소기술을 연구하지 않았던 폭스바겐이 왜 배터리전기자동차에 올인하고 있을까요?

그만큼 어려운 기술입니다. 하지만 현대자동차가 해냈고 수소기술에서는 세계를 선도하고 있습니다.
언젠가 독일땅에서 현대자동차 수소전기버스를 볼 수 있는 날을 기대하면서 이 글을 마칠까 합니다.

 

부록
2021년 10대의 수소전기버스가 독일 비스바덴에 도입이 됩니다. 일본 도요타의 연료전지스택을 사용한 차량입니다.

Bus body CAETANO
Length 10.740 mm
Width 2.500 mm
Height 3.458 mm
Doors 2 or 3 doors
Passenger capacity Up to 64 passengers
Engine Siemens permanent-magnet synchronous (180 kW)
Fuel Cell System H2 Tanks - type 4 composite tanks; 5x 312l (max. 37.5kg: 350 bars)
H2 Refuel time - <9 min (estimated)
FC Stack Nominal Power - 60kW (Toyota FC Stack)
Batteries LTO
Charging  CCS Type 2 - AC/DC
Range Up to 400 km
Comsumption From 6 kg/100 km

 

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