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group type fuel electrolyte operating temp. PAFC H 2 phosphoric acid 190 low temp. types high temp. types PEMFC H 2 polymer electrolyte DMFC MeOH polymer electrolyte AFC H 2 KOH MCFC SOFC LNG LPG LNG LPG Lithium or potassium carbonate Yttria -stabilized zirconia 85~ 100 RT~ 130 RT~ 100 600~ 700 700~ 1000 catalyst platinum on PTFE/carbon Pt-Ru or Pt/C Pt-Ru or Pt/C < 표 1> 작동온도에따른연료전지의분류와사용연료, 그특징 application Small Power Plant Electric Powered Vehicles, Residential Power Generation Electric Powered Vehicles, Mobile Electronic Appliances platinum on carbon spacecraft Ni or Ni compound Power Plant Ni/Zirconia cermet Power Plant - 2 -
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1) 물론, 전기자동차를가정용으로양산하려는시도는석유파동이래수차례에걸쳐이루어졌다. 그보다먼옛날인 20 세기초한때자동차의최고속도경쟁에서는전기자동차가가솔린엔진자동차를압도한시절이있었는데, 이를두고기술의사회적구성을강조하는연구자들은전기자동차가기술적으로더우위에있었으나가솔린엔진진영의세력이더강하여이후가솔린엔진자동차의시대를가져왔다고주장하기도한다. 그러나이러한견해는일상용도상의자동차에필요로하는여러요구점을간과하고최고속도라는특정한기술부분만을기준으로삼은오류라고할수있다. FCV 에대해서도마찬가지로, 각각의기술적완성도뿐아니라수요측면까지고려한사회 - 기술체제적접근이필요하다. 2) 니켈카드뮴전지는완전방전하지않고다시충전할경우사용할수있는용량이줄어드는문제가있는데, 이를메모리효과라한다. - 4 -
장점 단점 2 차전지연료전지 시스템이단순하다 에너지효율이높다 부하반응성이비교적좋다 zero-emission 가격이비싸다 전극과전해질이열화되면교체해야한다 긴재충전시간이필요하다 가솔린엔진대비에너지효율이높다 고가촉매등은재활용이가능하다 충전이필요없다 수소사용시 zero-emission 시스템이복잡하고부피가크다 2 차전지대비에너지효율이낮다 < 표 2> 2차전지와연료전지의장단점비교 3) 캘리포니아지역에서연간 4,500 대이상의자동차를판매하는업체는 2003 년부터 ZEV 를의무적으로판매해야한다. 향후의무판매비율은계속높아진다. 03 08 09 11 12 14 15 17 18 10% 11% 12% 14% 16% 4) 2 차전지를이용하는전기자동차에비한다면에너지효율이떨어진다. 이점이일부환경주의자들에게 연료전치자는여전히에너지대량소비적 이라는비판을일으키고있다. 친환경적이라생각되는 FCV 가개발단계에서 SUV 등대형차의형태로보여지고있는것도비판의빌미가될수있다. - 5 -
< 그림 1> GM의 FC car 프레임 skateboard'. < 그림 2> 혼다의 FCX. < 표 3> 혼다 FCX의제원 ( 자료 : 혼다홈페이지 ) 통칭명 FCX 승차정원 4명 최고속도 150km/h 최대출력 80kW(109PS) 최대구동토르크 272N m(27.5kg m) 모터교류동기종류전동기 (Honda제) PEMFC( 고체 연료전지스택 (2기탑재 ) 형식 고분자막형 ) (Honda제) 출력 86kW 종류 압축수소가스 연료 저장방식 고압수소탱크 (350기압) 용량 156.6L 치수 ( 전체길이 전폭 전고mm) 4,165 1,760 1,645 에너지저장 울트라캐패시터 (Honda제) 항속거리 (LA4모드) 395km 5) 혼다 FCX 는지방자치단체와수소관련인프라를개발하는회사들에게대여형식으로판매되고있다. - 6 -
점화엔진 압축착화엔진 하이브리드 전기자동차 연료전지차 구동기관 내연기관 내연기관 내연기관 + 모터 모터 모터 연료 휘발유, LNG, LPG 경유 휘발류또는경유 없음 수소 a 연료충진편의성 높음 높음 높음 낮음 ( 가 ) 배기가스공해 중간 높음 b 낮음 없음 거의없음 c 주행성능 ( 가속력, 최고속도 ) 높음 다소높음 다소낮음 다소낮음 다소낮음 주행거리 (1회) 600 km 이상 600 km 이상 600 km 이상 < 200 km < 400 km 거주성 높음 높음 높음 다소낮음 d 다소낮음 d 정숙성 높음 다소낮음 높음 매우높음 매우높음 사고시안전성 높음 높음 다소낮음 e 다소낮음 e 낮음 f 기술적성숙성 높음 높음 상용화됨 g 높음 낮음 사회적수용성 높음 다소높음 높음 높음 알수없음 운행경제성 다소높음 높음 높음 h 높음 알수없음 제조비용 / 예상소비자가격 낮음 다소낮음 다소높음 높음 매우높음 i < 표 4> 여러종류의자동차특징비교 a 개질기를사용하는경우메탄올, 가솔린, LNG 등 ( 가 ) 현재로서는일반소비자가수소충전하는것은불가능함. 개질기를사용하는경우편의성높음 b 경유승용차에대한환경기준이점차높아지면서공해배출량은감소중이며연비가높은것을감안할때저공해로볼수있으나미세먼지와주행조건, 운행기간에따른변화를고려해야함 c 수소를사용할경우전혀없음 d 2차전지를비롯한시스템의부피및에어컨디셔너의출력문제 e 고전압을사용하므로스파크에의한화재, 2차전지의폭발, 구조상의난점등이존재함 f 전기자동차의문제에추가하여수소저장용기 ( 초고압수소봄베또는액화수소통 ) 의문제 g 도요타프리우스, 혼다시빅하이브리드, 인사이트등 h 2차전지의수명, 비이상적인실주행조건, 에어컨가동등에의해하이브리드시스템의경제성에의문을제기하는견해도존재 i 대량생산을통해현재의하이브리드카수준으로낮출수있을것으로전망됨 - 7 -
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S 전기자동차의장점을모두가지며충전시간없음 배기가스가거의없음 O 유가의지속적상승 CO 2 배출규제확대 강화 기술적난점해결 수소경제조기구축 W 기술적발전이더딤 수소공급인프라가없음 T 생산원가저감이어려울수있음 수소저장에대한대중수용성검증안됨 수소대량생산가능여부불확실 전기자동차의획기적발전 < 표 5> FCV 에대한 SWOT 분석 - 11 -
6) BBC 뉴스, 2005 년 3 월 16 일자. - 12 -
7) 아이슬란드가풍부한지열에너지를바탕으로수소경제를구축할첫국가로예상되고있으나, 인구 30 만에불과한 1 차, 3 차산업국과우리나라또는기존선진국들의상황은분명히다를것이다. - 13 -
8) SMR 방법으로대량생산된수소의경우 CO 2 회수비용을제외하면기가주울 (GJ) 당가격이 $5.97 로계산되었는데, 유가는 1 GJ 당 $14 정도이다. 상온전기분해의경우 SMR 의 10 배가량의비용이든다. 수소는생산이후가압저장에추가비용이소요된다.(G. Padro, 1999) - 14 -
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