유럽·북미·아시아 중심으로 활발한 연구개발
실제 도로주행 통한 내구성·신뢰성 확보 중요

이제 지구온난화 문제는 어느 한 국가만이 나서서 해결할 수 없는 전 세계 인류 생존의 문제로 떠올랐다.

이와 함께 원유고갈에 따른 에너지 위기의식으로 세계 각국이 에너지 안보에 많은 노력을 기울이고 있으며, 신재생에너지관련 비전과 계획을 제시하고 연구개발에 박차를 가하고 있다. 우리나라도 저탄소 녹색성장을 국정과제로 정하고 녹색에너지 기술개발에 많은 지원을 하고 있다.

에너지 전문가들은 에너지 변천에 따라 무공해에너지원인 수소에너지시대 도래를 예견하면서 수소연료전지가 핵심이 될 것으로 전망하고 있다.

본고에서는 개발 중간단계의 틈새시장으로 연료전지자동차보다 먼저 시장에 진입할 수 있다고 판단되는 1~2인용 운송수단인 연료전지스쿠터 기술에 대하여 소개하고자 한다.

최초의 연료전지 자동차는 1959년 Allis Chalmers가 알카라인 연료전지를 이용하여 제작한 약 15㎾의 트랙터이다. 이후 특수목적 차량에 연료전지를 적용하고자 하는 노력이 지속되며 2009년 전 세계적으로 전년도 대비 약 7%의 성장률을 보였다.

연료전지를 이용한 운송수단의 틈새시장은 주로 보조동력원(APU), 해양 운송수단, 열차, 군용 무인항공기, 지게차, 스쿠터 등의 순으로 성장해왔다.

전 세계적으로 동력을 이용한 이륜차의 수량은 약 1억대로 일반 자동차에 비해 환경오염 배출량이 월등히 높다. 상하이를 비롯한 아시아 주요 도시들이 가솔린 2행정 엔진의 이륜차를 제한하는 제도들을 도입하고 있는 상황에서 앞으로 연료전지스쿠터의 요구는 더욱 커지리라 생각한다.

연료전지스쿠터의 경우 유럽, 북미, 아시아를 중심으로 활발한 연구개발이 이루어지고 있다. 대표적으로 일본의 야마하는 2003년 7월 직접메탄올연료전지(DMFC)와 배터리 하이브리드 스쿠터 FC-me(50cc급)를 개발해 2005년에 세계 최초로 도로주행 테스트를 마치고 시즈오카현에 월 15만엔에 리스판매를 시작했다. 그 후 지속적인 연구개발을 통해 2009년 동경 연료전지엑스포에서 성능 등 많은 부분이 개선된 FC-DⅡ를 선보였다.

우리나라에서는 지식경제부 신재생에너지기술개발사업의 일환으로 2006년 8월부터 2009년 7월까지 36개월 동안 DMFC(800W)와 리튬 이차전지(1.6㎾) 하이브리드 스쿠터를 개발했다. 총 56억600만원(정부 42억400만원, 민간 14억200만원)이 투입된 이 사업은 주관기관인 ㈜프로파워를 비롯해 S&T모터스㈜, ㈜협진아이엔씨, 한국에너지기술연구원(KIER), 한국과학기술연구원(KIST), 한국과학기술원(KAIST), 전북테크노파크 산하의 연료전지핵심기술연구센터 등이 참여했다.

개발과정 중 DMFC 스택에 적합한 공기공급 및 연료공급 펌프를 국내에서 수급하기가 어려워 국외에서 찾아 적용하느라 많은 시간이 소요된 점은 아쉬움으로 남는다.

스쿠터의 특성상 연료의 취급용이성 및 BOP의 간편성 등을 고려하여 DMFC를 적용했다. 최초 구동 시에는 연료전지의 출력이 안정화 되지 못한 관계로 배터리를 이용하고, 정상주행모드에서는 연료전지의 출력으로 운전하다가 경사로 주행 시에는 연료전지와 배터리 하이브리드출력으로 운전한다. 주행을 마치고 주차 시에는 배터리의 잔량을 측정하여 기준 값 이하인 경우 연료전지가 발전하여 배터리를 충전시킨 후 정지한다.

개발한 연료전지스쿠터는 3.5ℓ 메탄올연료 주입으로 약 200㎞를 주행할 수 있어 기존의 가솔린엔진 스쿠터에 비해 약 70% 유지비용을 절감할 수 있다.

이 스쿠터는 독일 쾰른에서 열린 세계 이륜차모터쇼를 비롯해 국내의 전시회에 다수 출품해 큰 호응을 얻기도 했다. 향후 개발된 연료전지 하이브리드 시스템은 스쿠터뿐만 아니라 소형지게차, 교통 약자들을 위한 카트 등 여러 가지 특수목적 차량에 적용할 계획이다. 물론 그러기 위해서는 개선해야할 점도 많다.

우선 연료전지시스템의 효율을 높여 좀 더 소형화, 경량화하고 실도로 주행 평가를 통해 시스템에 대한 신뢰성 및 내구성을 확보해야한다. 그러나 무엇보다 가장 중요한 건 바로 경제성을 확보하는 것이다.

다행스럽게도 지난해 말 지식경제부 신재생에너지기술개발 실증연구 사업에 선정돼 2009년 12월부터 향후 2년간 스쿠터와 Class 2, 3급의 지게차 및 전동카트에 적용함에 따라 실제 환경에서 운전하면서 문제점들을 개선할 수 있는 기회가 마련됐다. 주 실증연구가 끝나는 2년 후에는 시장에 상품으로 내놓아도 전혀 손색이 없는 제품을 만들 수 있도록 최선을 다할 계획이다.

                                                                                       자료출처: 가스신문, 2010.02.23