현대차그룹이 6월20일 ‘현대·기아차’와 폭스바겐그룹의 ‘아우디’가 각 그룹을 대표해 수소전기차 관련 연료전지 기술 파트너십 협약을 체결했다고 밝혔다. 현대자동차그룹은 글로벌 수소전기차 시장의 저변을 확대하고, 확고한 기술 경쟁력을 바탕으로 미래 수소전기차 시장에서의 패권 경쟁을 주도하기 위해서라고 설명했다. 분야를 막론하고 4차 산업혁명과 함께 기술지형이 급속도로 변하고 있다. 이에 세계 각국과 글로벌 기업들의 생존 경쟁이 시작됐다. 자동차 분야도 예외가 아니다. 차세대 에너지로 꼽히는 ‘수소’가 주목받고 있다. 수소전기차와 관련한 글로벌 동향을 살폈다.
분야를 막론하고 4차 산업혁명이 진행되면서 기술 지형이 급속도로 변하고 있는 가운데 세계 각국은 물론 글로벌 기업 간 기술 주도권을 쥐기 위한 경쟁이 치열하다. 자동차 분야도 예외가 아니어서 최근에는 자동차업계라는 구분이 모호할 정도로 국내 대기업은 물론 애플·IBM·구글 등 글
로벌 기업들도 자율주행·스마트카 등 컨셉으로 자동차 분야에 모두 진출해 본격적인 생존 경쟁에 뛰어들었다. 미세먼지 등 갈수록 심각해지는 환경문제에 자동차도 주요 원인으로 떠오르고 있다. 특히 2016년 파리 기후협약을 시작으로 각국은 도심 내 배기량 운행기준을 마련하는 등 자동차업계에 친환경차의 개발과 보급을 부채질하면서 차세대 에너지로 꼽히는 ‘수소’가 큰 주목을 받고 있다.
미세먼지 대책으로까지 거론, 수소전기차
전 세계적으로 온실가스 감축, 에너지 수급 불안, 자원 고갈 문제 등의 해결 방안으로 ‘수소’ 에너지에 대한 관심이 크다. 수소는 우주 질량의 75%, 우주 분자의 90%를 구성하는 보존량이 풍부한 에너지원으로 다양한 원재료와 결합방식으로 제조가 가능하다. 특히 높은 에너지 효율과 저장 및 운반이 용이하고, 온실가스 배출이 전혀 없는 무공해 청정에너지다.
지난해 글로벌 컨설팅 업체 맥킨지가 발표한 ‘수소 경제 사회 구현을 위한 로드맵’에 따르면 오는 2050년 수소와 관련된 전 산업분야에서 연간 2조5,000억 달러의 시장 가치와 3,000만개 이상의 일자리가 창출된다. 오는 2050년 수소에너지가 전체 에너지 수요량의 18%를 담당하고 이산화탄소가 매년 60억톤 가량 감축이 예상되는 가운데, 수송 분야에서는 수소전기차가 전 차급으로 확대되면서 승용차 4억대, 트럭 1,500~2,000만대, 버스 500만대가 보급될 것으로 예측됐다.
국가 차원의 지원 정책 봇물
… 글로벌 업체 간 합종연횡 활발
수소전기차는 수소와 산소의 화학반응을 통해 차량 내에서 자체 생산된 전기를 통해 모터를 구동, 주행하는 차세대 친환경차다. 일반 내연기관 차량과 달리 배출가스가 전혀 없으며, 연료 효율이 높고, 짧은 충전시간 대비 긴 주행거리, 에어필터를 통해 주행 중 미세먼지를 제거하는 등의 장점을 지녔다. 수소전기차는 연료로 활용하는 수소가 공기 중의 산소와 결합하는 과정에서 발생시키는 전기에너지를 동력으로 한다. 이산화탄소 등의 온실가스를 전혀 배출하지 않고 오히려 분당 최대 5,000리터의 공기를 흡입하고 미세먼지를 99% 제거하는 공기 정제 기능을 갖춘 움직이는 공기청정기의 역할을 하는 완전 무공해 차량이다. 수소전기차 1대는 시간당 최대 26.9kg의 공기를 흡입한다.
예를 들어 수소전기차 10만대가 2시간동안 운행을 하면 538만kg의 공기를 정화하게 돼 35만5,820명이 24시간 흡입 가능한 양의 깨끗한 공기를 만들어 낸다는 얘기다. 이러한 수소전기차의 성장 가능성에 주목한 주요국들은 구매 보조금 지급, 충전 인프라 구축 등 수소전기차 시장 활성화 및 연관 산업 육성을 위한 정책적 지원을 아끼지 않고 있다. 우리나라는 6·13지방선거에서 서울시장에 도전했던 더불어민주당 박영선 의원이 미세먼지 대책 공약 가운데 하나로 제시하기도 했다.
중국, ‘수소차 굴기’ 선언 … 수소차 100만대 시대 공식화
도요타·닛산·혼다 ‘일본수소 모빌리티’ 합자 법인 신설
세계 최대 시장인 중국도 ‘수소차 굴기’를 선언하고, 수소전기차 보급 및 충전 인프라 확대에 사활을 걸고 있다. 중국은 지난해 말 수소전기차 로드맵을 확정하고, 2020년 수소전기차와 충전소를 5,000대·100기 이상, 2025년 5만대·300기이상, 2030년까지 100만대·1,000기 이상 누적 보급하는 등 2030년 수소차 100만대 시대를 공식화했다. 보조금도 전기차, 플러그인하이브리드는 점차 축소하지만, 수소전기차는 현재 수준을 유지하기로 했다. 승용차는 20만 위안, 버스 및 화물차는 30~50만 위안의 보조금을 지원한다. 충전소의 경우에도 구축비용의 60%를 지원하며, 전담관리 부서까지 운영해 인프라 확충을 독려하고 있다.
한국과 함께 수소전기차 기술 경쟁을 주도하고 있는 일본도 적극적이다. 2000년대 초반부터 에너지 정책 기본법으로 수소에너지 활용 가능성을 명문화한 일본은 지난해 말 미래 에너지원으로서 수소의 활용도를 제고하고, 수소사회 실현 및 국제 표준화 주도를 전폭적으로 지원한다는 내용의 ‘수소 기본 전략’을 발표했다. 연 30만톤 수준의 대규모 수소 공급망을 구축, 수소 가격을 대폭 인하해 발전 및 모빌리티 분야에서의 보급을 확대할 계획이다. 도쿄올림픽이 열리는 2020년
수소전기차를 4만대로 늘리고, 2030년에는 80만대, 수소충전소 900기를 건설하는 것이 목표다.
올해 2월에는 기존 인프라를 활용해 충전소 보급을 늘리기 위한 조치로 기존 주유소와 수소·전기 충전 설비의 병행 설치를 허용하는 방안을 발표했다. 3월에는 정부 목표 대비 미진한 수소충전소 건설을 촉진하기 위해 도요타, 닛산, 혼다 등 완성차 3사와 에너지, 금융 등 총 11개 업체가 ‘일본수소 모빌리티’ 합자법인을 신설했다. 건설비용의 50%를 정부가 지원하고, 합자 법인과 투자자가 일부분담하는 형태로 인프라 구축 사업을 벌일 계획이다.
유럽, EU차원에서 ‘수소·연료전지 연구개발’ 실증사업 한창
유럽은 EU 차원에서 수소에너지 보급을 위해 2008년 ‘수소·연료전지 연구개발 공동사업법’을 제정하고 실증 사업이 한창이다. 독일은 국가 프로젝트인 CEP(Clean EnergyPartnership)를 통해 수소충전소 사업을 진행 중이며, 국가혁신기술(NIP)의 하나로 수소연료전지 기술을 선정해 2016년부터 2026년까지 10년 동안 14억 유로 규모의 예산을 편성했다. 또한 수소충전소 민간 출자회사인 ‘H2Mobility’를 설립, 민간 주도로 수소시장을 키우고 있다. H2M에는 에어 리퀴드, 린데, 다임러, 쉘, 토탈, OMV 등 6개 대기업이 참여하고 있다.
영국은 ‘HyTAP’ 프로그램을 통해 320억원 규모의 수소충전소 보급 예산을 확보하고, ‘UKH2Mobility’를 결성해 민간 참여를 유도하고 있다. 2030년까지 수소충전소 1,150개 건설 및 수소전기차 158만6,000대 보급을 추진 중이다. 미국은 2013년 수소 부문 에너지 안보 및 이산화탄소 저감을 위한 ‘수송 에너지 미래 전략(TEF)’을 발표했다. 2030년까지 자동차 석유 사용량을 50% 감축하고 2050년까지 공해 배출을 80% 감축할 계획이다. 이를 위해 수소충전소 구축 및 보급 확대를 위한 민관협의체인 ‘H2USA’를 설립했다.
미국 에너지국(DOE)를 비롯해 완성차업체, 민간연구소 등 45개 기관이 참여하고 있다. 또한 ‘H2FIRST’ 프로젝트를 통해 수소충전소 건설 기간 및 비용 단축, 가동성 향상을 촉진하기 위한 연구에 집중하고 있다. 미국 내에서 친환경차에 대한 관심이 가장 높은 캘리포니아주에서는 2014년 주정부를 중심으로 수소전기차 로드맵을 수립, 발표했다. 2023년까지 123개의 충전소를 건설하고, 최대 3만대를 보급할 방침이다.
수소전기차, 현대·도요타·혼다 이어 벤츠까지
글로벌 업체들도 양산 계획을 구체화하고 업체 간 제휴 등을 통한 시장 선점 경쟁도 본격화하고 있다. 양산 모델을 보유중인 현대차, 도요타, 혼다에 이어 벤츠가 지난해 프랑크푸르트 모터쇼에서 수소전기차 ‘GLC F-CELL’를 공개했으며, 올해 내 판매를 시작한다. 아우디는 2016년 디트로이트 모터쇼에서 ‘h-Tron 콰트로 콘셉트카’를 선보였고, BMW는 수소전기차 시험차를 운영 중에 있다. 2020년경에는 글로벌 업체대부분이 수소전기차 출시를 계획하고 있다.
특히 혼다와 GM은 2016년 말 수소전기차에 탑재되는 연료전지 시스템을 공동 생산하기 위한 합작법인 설립을 발표했다. 양사는 오는 2020년까지 8,500만 달러를 투자해 미국 미시간주 디트로이트에 있는 GM공장에서 연료전지 시스템을 생산할 방침이다. 도요타와 BMW는 2020년 상용화를 목표로 수소전기차 플랫폼의 공동 개발을 추진 중이며, 닛산과 포드-다임러 역시 제휴 관계를 맺고 있다.
최초로 수소전기차 양산체제 구축한 현대차
… 기술 주도권 잡을까
현대차그룹은 1998년 연료전지 개발을 시작으로 연료전지 스택, 구동모터, 인버터 등 핵심 부품의 독자 개발 및 소형화, 모듈화 등 생산 노하우 확보를 통해 지난 2013년 전세계 자동차 메이커 가운데 최초로 수소전기차 양산 체제를 구축했다. 현대차가 양산에 성공한 ‘투싼 수소전기차’는 전 세계 17개국에 수출됐으며, 미국 조사 전문기관 워즈오토(WardsAuto)에서 주관하는 ‘2015 세계 10대 엔진’에서 도요타 ‘미라이’를 제치고 수소전기차 최초로 선정됐다.
올해 1월에는 미국 라스베이거스에서 열린 ‘CES 2018’에서 차세대 수소전기차 ‘넥쏘’를 선보였다. 당시 유력 언론사들이 뽑는 ‘에디터들의 선택상(Editors’ Choice Award)’을 수상하기도 한 넥쏘는 세계 최고의 1회 충전 주행거리(609Km)를 확보한, 현대차의 미래 기술력이 집대성된 궁극의 친환경차다. 현대차는 연료전지의 성능 및 수소이용률의 업그레이드, 부품의 고효율화를 통해 시스템 효율 60%를 달성하고, 기존 대비 약 9%를 향상시켰다.
‘넥쏘’의 연료전지 전용부품 국산화율은 99%에 달한다. 특히 연료전지에서 산소와 수소의 화학적 반응을 이끌어 내 전기에너지로 변환시키는 핵심부품(MEA)은 이전까지 수입에 의존했으나 국산화에 성공했다. 뿐만 아니라 수소전기차 연료전지시스템의 핵심기술인 막전 극접합체(MEA)와 금속분리판 기술을 독자 개발했으며, 영하 30도에서도 시동이 걸릴 수 있도록 냉시동성을 개선했다. 넥쏘는 3단계 공기청정 기술로 초미세먼지를 제거해 ‘달리는 공기청정기’로도 주목받고 있다.
넥쏘 1,000대 운행 시 6만 그루의 나무가 흡수하는 이산화탄소량과 같으며 디젤차 2,000대분의 미세먼지 정화 효과가 있다. 넥쏘 1,000대가 1시간만 운행해도 성인 4만9천명이 필요한 공기가 정화된다. 또한 현대차그룹은 지난해 11월 글로벌 수소위원회 회장사로 선출돼, 글로벌 수소차 시장에서 선도적 입지를 인정받았다. 글로벌 수소위원회는 지난해 1월 세계경제포럼 기간 중 글로벌 완성차, 부품사, 에너지 기업 등이 수소에너지원 개발을 통해 파리기후변화협약의 목표 달성을 취지로 결성됐다.
또 현대차그룹은 2017년 충북 충주에 위치한 현대모비스의 기존 친환경차 부품 전용 생산단지 내에 연료전지 스택을 비롯한 수소전기차의 핵심부품 생산을 전담하는 공장을 추가로 신축했다. 약 1만3,000㎡(약 4,000평) 규모로 조성된 신공장은 연간 3,000대 규모의 ‘수소전기차 연료전지 파워트레인’ 생산 설비를 갖췄다. 독자 기술력을 바탕으로 핵심부품 생산부터 시스템 조립까지 전용 생산공장에서 일관 양산하는 것은 업계 최초로 규모 면에서도 글로벌 경쟁사 대비 최고 수준
이다.
앞서 1998년부터 현대차그룹은 수소전기차 분야에 대한 과감한 투자와 연구 개발을 바탕으로 2013년 세계 최초로 양산화에 성공했다. 이에 현대자동차는 올해 첨단 기술력이 집약된 차세대 수소전기차 ‘넥쏘’의 판매를 시작하는 등 명실상부한 글로벌 수소전기차 시장의 리딩업체로 주목받고 있다.
현대·기아-아우디 수소차 동맹 결성
… ‘부품 공유→공급처 다변화→수요 증가→원가 절감’ 규모의 경제 달성
현대차그룹이 6월20일 ‘현대·기아차’와 폭스바겐그룹의 ‘아우디’가 각 그룹을 대표해 수소전기차 관련 연료전지 기술 파트너십 협약을 체결했다고 밝혔다. 현대자동차그룹은 글로벌 수소전기차 시장의 저변을 확대하고, 확고한 기술 경쟁력을 바탕으로 미래 수소전기차 시장에서의 패권 경
쟁을 주도하기 위해서라고 설명했다. 양사는 수소전기차 분야에서 공고한 협력 관계를 구축해 기술 경쟁 우위를 창출하고 글로벌 저변 확대를 전방위로 전개한다는 계획이다.
현대차그룹은 아우디는 폭스바겐그룹 내에서 수소전기차 관련 연구 개발을 총괄하고 있으며, 이번 협약은 현대차그룹 및 폭스바겐그룹 산하 모든 브랜드에 효력을 미친다고 밝혔다. 구체적으로 양사는 수소전기차 기술 확산 및 시장 활성화를 위해 특허 및 주요 부품을 공유하는데 합의하고, 수소전기차 시장 선점 및 기술 주도권 확보 차원에서 향후 기술 협업을 지속, 확대하기로 의견을 모았다.
정의선 현대차 부회장은 “현대차그룹은 전 지구적 환경 문제, 에너지 수급 불안, 자원 고갈 등 난제를 해결할 수 있는 대안으로서 ‘수소’ 에너지의 가능성에 일찍부터 관심을 기울여 왔다”면서 “아우디와의 파트너십은 글로벌 수소전기차 시장의 활성화는 물론 수소 연관 산업 발전을 통한 혁신적 산업 생태계 조성에 새로운 전환점이 될 것으로 기대한다”고 밝혔다. 피터 메르텐스 아우디 기술개발 총괄은 “수소전기차는 전동화 기반의 차량 중 가장 진화된 형태로, 잠재력이 큰 미래 친환경 기술분야”라며 “현대차그룹과 같은 강력한 파트너와의 협업은 수소차 분야의 기술 혁신을 위한 현명한 방법이 될 것”이라고 전했다.
이번 파트너십 체결은 수소전기차 보급 확대 및 수익성 강화를 모색 중인 현대차그룹과 수소차 양산 모델 개발을 서두르고 있는 아우디 간의 전략적 이해관계가 맞물렸다. 수소전기차 시장의 미래 성장 가능성 및 비전에 대한 공감대가 형성된 것으로, 글로벌 수소전기차 시장의 판도 변화가 예고되는 대목이다. 양사는 수소전기차 시장의 선도 업체와 글로벌 시장점유율 1위 업체 간의 기술 협업이 가져올 막대한 시너지효과에도 주목했다.
현대차그룹은 지난 1998년부터 수소전기차 분야에 대한 과감한 투자와 연구 개발을 바탕으로 2013년 세계 최초로 양산화에 성공했으며, 올해 첨단 기술력이 집약된 차세대 수소전기차 ‘넥쏘’의 판매를 시작하는 등 명실상부한 글로벌 수소전기차 시장의 리딩업체로 꼽힌다. 폭스바겐그룹은 아우디를 비롯해 10여개 브랜드를 보유하고, 글로벌 전 지역에 연간 1,000만대 이상 판매하는 세계 최대 완성차업체다. 또한 세계 최대 자동차시장이자, 정부 차원에서 강력한 수소전기차 보급 정책을 추진 중인 중국에서 시장점유율 1위를 기록하고 있다. 현재 중국뿐 아니라 일본, 미국, 유럽의 주요국들은 수소전기차 기술 개발을 촉진하고 보급확대를 위한 정책적지원을 아끼지 않고 있다.
시장 선점을 위한 글로벌 업체들의 움직임도 빨라지고 있다. 개발 비용을 줄이고 규모의 경제를 실현하기 위한 업체간 합종연횡과 함께 수소전기차 출시 계획도 속속 구체화되고 있다. 혼다는 GM과 합작법인을 설립해 수소전기차에 탑재되는 연료전지 시스템을 공동 생산할 계획이며, 도요타는 BMW와 함께 2020년 상용화를 목표로 수소전기차 플랫폼을 개발하고 있다. 닛산과 포드-다임러 역시 제휴 관계를 맺고 있다.
특허 및 주요 부품 공유
… 수소전기차 기술 확산 및 시장 활성화
현대차그룹은 이번 파트너십 협약을 기반으로 수소전기차 관련 원천 기술 확보, 초기 시장 선점 및 저변 확대, 가격 저감, 투자 효율성 제고 등 혁신 이니셔티브를 강화한다. 특히 수소전기차를 비롯한 미래차 핵심기술 역량 확보에 중추적 역할을 담당하게 될 현대모비스를 주축으로 핵심 기술의 내재화에 박차를 가하는 한편 궁극의 친환경 미래 에너지인 수소 중심의 저탄소 사회 구현을 선도한다는 계획이다. 구체적으로 현대차그룹과 아우디는 현재 보유 중이거나, 향후 출원 예정인 다수의 특허를 공유(Cross License)함으로써 수소전기차 분야의 기술 확산을 추진한다.
이를 통해 수소전기차 기술 개발을 촉진하는 한편 수소차의 우수성을 알리고 폭발 위험 등 잘못된 시장 인식의 개선을 통해 보급 확대의 토대를 마련한다. 양사의 특허 공유는 첨단 기술 분야에서 흔히 발생하는 기술 분쟁의 가능성을 사전 차단하고, 기술 개발 자유도를 증대하는 긍정적 효과가 예상된다. 또한 시장 지배력 강화를 위해 필수적인 기술 표준화 경쟁에서도 유리한 고지를 선점하는 계기가 될 것으로 기대된다. 현대차그룹은 특허 공유와 함께 기술력과 신뢰성을 검증받은 주요 부품 중 일부를 아우디와 공유할 방침이다. 수소전기차 양산화 과정을 통해 현대모비스를 중심으로 독자 구축한 수소차 부품 공급망을 제공함으로써 수소전기차 대중화 시대를 주도한다는 전략이다.
현대모비스 주축으로 수소차 핵심부품 개발 가속화
현대모비스는 이번 아우디와의 기술 협업을 성공적으로 이끌어 가는데 주도적 역할을 할 것으로 주목된다. 친환경차 시스템의 특성상 수소전기차의 경쟁력은 연료전지 스택, 수소공급/저장 장치 등 핵심부품의 성능 및 기술력에 크게 좌우되는 만큼, 현대모비스의 역할이 무엇보다 중요하다. 현대모비스는 주요 친환경부품의 설계 및 양산능력을 갖추고 현대차그룹의 수소전기차 경쟁력을 뒷받침하고 있다. 실제 현대모비스는 일본 경쟁사보다 2년 빠른 2013년 세계 첫 양산형 수소전기차인 현대차 투싼ix FCEV에 독자 개발한 핵심부품을 공급한 바 있다. 현대모비스는 최근 현대차 ‘넥쏘’에도 연료전지모듈과 배터리 시스템 등 8종의 수소전기차 전용핵심부품과 친환경차 공용부품을 공급 중이다.
현대모비스는 지난해 충북 충주 친환경산업단지 내 친환경차 핵심부품 공장인 충주공장(5만2,000㎡) 옆에 수소전기차 부품 전용공장(1만3,000㎡)을 증설해 올 초부터 본격 양산하면서 글로벌 친환경차 부품 전문기업으로 도약하는 계기를 마련했다. 이러한 결단은 현대모비스가 글로벌 경쟁이 치열한 관련시장에서 선제적으로 주도권을 잡기 위한 과감한 시도로 평가 받고 있다. 현대모비스 수소전기차 부품 전용공장은 글로벌 톱 수준인 연 3,000대 규모의 수소전기차 핵심부품 생산능력을 갖추고 있다.
시장 수요에 따라 수만 대 규모로 생산을 확장할 수 있게 설계돼 앞으로 글로벌 완성차 물량에도 충분히 대응 가능한 공급능력을 갖췄다는 평가다. 현대모비스는 이 공장에서 연료전지 스택, 수소·공기공급장치, 열관리장치로 구성된 연료전지 시스템과 구동모터와 전력전자부품, 배터리시스템 등 친환경차 공용부품을 결합한 연료전지모듈(PFC, Powertrain Fuelcell Complete)을 완성했
다. 경쟁사의 경우 수소전기차의 일부 부품에 대해서만 생산라인을 제한적으로 운영하는데 비해 이러한 전체 핵심부품의 일관 종합생산체제를 구축한 것은 현대모비스가 유일하다.
특히 현대모비스는 현대차와 함께 연료전지 시스템의 핵심인 ‘막전극접합체(MEA)’ 국산화 개발에 성공하는 등 세계적인 기술력을 보유하고 있다. 현대차그룹의 독자 기술 경쟁력은 기존 제품 대비 성능도 대폭 개선했다. 차세대 수소전기차 넥쏘는 1회 충전 주행거리 609km로 세계 최장 거리이며, 모터 최대 출력 113kW로 투싼ix FCEV 대비 약 19% 향상됐다. 현대모비스가 양산하는 넥쏘의 연료전지모듈은 연료전지 시스템뿐만 아니라 구동모터, 인버터, 직류변환장치 등 주요 핵심 부품의 단순화, 소형화와 고성능화 등을 통해 세계 최고 수준인 60%의 시스템 효율을 구현했다.
수소전기차 핵심부품 설계부터 생산까지 역량을 갖춘 현대 모비스는 주요 부품의 개발 기능 향상에 역량을 쏟고 있으며, 무엇보다 친환경차 부품부터 모듈까지 독자적으로 생산하는데 집중하고 있다. 현대차그룹과 아우디의 파트너십 협약에 따라 현대모비스의 친환경차 핵심부품 기술 경쟁력 강화에 가속도가 붙을 전망이다. 중장기적으로는 해외시장 판로 개척 기회 확대에 따른 규모의 경제 실현으로 수익성 개선도 기대된다. 현대차그룹 관계자는 “수소전기차는 짧은 충전시간, 긴 주행거리뿐만 아니라 공기청정 기능까지 갖춘 미래형 친환경차”라며 “이번 파트너십 체결을 시작으로 향후 보다 폭넓은 형태의 기술 협업 관계를 구축함으로써 미래 수소전기차 시장에서의 선도적 입지를 더욱 공고히 하겠다”고 밝혔다.
MeCONOMY magazine July 2018