수소차 공개질의 - 2

5. 수소수송의 효율성 측면의 문제수소생산지로부터 충전소까지의 운송이 큰 문제가 됩니다. 2019년 국내 수소산업은 울산, 여수, 대산 등 3개 석유화학단지를 중심으로 수소를 생산하는데, 생산설비가 특정지역에 집중되어 있어 수송용 연료로 사용되기 위해서는 생산, 운송, 저장 등의 분야에 추가적인 투자가 필요합니다. 그중 특히 수소 운송이 수소자동차 상용화에 걸림돌이 되고 있습니다. 수소 운송에 필요한 설비로 파이프라인과, 튜브 트레일러가 언급되고 있습니다. 파이프라인의 경우, 석유화학단지를 중심으로 집중적으로 형성되어 있지만, 수도권과 같은 대도시로 이어지는 파이프는 부족한 실정이며, 그 안정성에 대해서도 검증되지 않은 상태입니다. 다른 방법인 튜브 트레일러 또한 트레일러 운송에 필요한 유류비, 운영비, 인건비, 충전설비 구축비, 카트리지 임대비 등 막대한 추가 투자가 필수적일뿐더러 40톤 무게의 금속재로 만들어져 있는 트레일러가 서울 시내 중량제한도로 115개 전 구간 통행이 불가능하다는 문제가 있습니다. 도로파손을 방지하기 위한 총중량 제한으로 인해 진입가능한 도로가 적어 수소충전소가 도시 내에 만들어질 경우 원활한 수송에 어려움을 겪게 될 것입니다. 수소 운송 및 공급에 있어서 위와 같은 문제들이 존재하는데, 수소자동차 시장을 위한 국내 정책 방향과 기술 개발의 진척도를 알고 싶습니다.-- 액화수소 방식은 수소를 -253℃로 액화시켜 운송하는 방식으로, 기체 상태 수소의 부피를 1/800 수준으로 줄여 한 번에 3.5톤의 수소를 운반할 수 있다. 또 충전소 자체에서 태양광 등의 재생에너지를 이용한 수소전해 방식을 통해 수소를 공급하거나 , 도시가스의 보급률이 높은 국가인 만큼 도시가스 관망을 이용하여 LPG, CNG를 충전소에서 개질하는 방식을 통해 수소를 공급하는 방법이 있다.<전기차의 미공개 질의> 1. 전기차에 사용되는 리튬배터리는 배터리수명과 외부온도에 따라 배터리용량이 크게 영향을 받는 단점이 있습니다. 물론, 전기자동차에 사용되는 배터리는 약 10만km주행에도 85%의 충전용량을 유지한다고 광고되고 있으나, 실제 사용자들은 배터리 수명을 효율적으로 관리하기 위해 배터리 잔량을 20%~80%로 유지시켜야 하며 겨울철 낮은 기온에서는 20%가량 더 빨리 방전되어 어려움을 겪는다고 합니다. 충전용량을 전부 활용할 수 없다면, 1회 완충 시 표기 주행거리보다 운행거리가 줄어드는 점에서 기인하는 비효율적인 부분을 개선할 방안이 있습니까?--중국 푸단대 연구원들이 전극과 전해질 등의 소재를 바꾸어 영하 70도에서도 상온일때의 70%까지 효율을 유지하는 리튬이온 배터리 개발전극도 금속소재대신 유기물로 바꿈 기존 배터리는 온도가 낮아지면 리튬이온에 얼어 붙은 전해질 분자 전극에 결합해 배터리 효율을 떨어 뜨리지만 탄소 성분의 유기물 전극은 온도가낮아져도 리튬이온과의 결합과 분리효율이 떨어지지 않는다고 연구진이 밝힘.2. 캐나다의 배터리 재활용 스타트업 업체인 리사이클의 ceo 아재이 고챠는 2030년까지 1100만톤의 폐기된 리튬이온배터리들을 남기게 될 수 있다고 발표했는데 EU 내에서는 리튬이온 배터리의 5%정도만이 재활용되고 있는 실정인 것으로 알고 있습니다. 폐기되는 95%의 배터리들을 파손될 경우 유독한 기체를 방출할 위험이 있고 리튬은 추출 과정에서도 다른 환경 문제들 뿐만 아니라 수자원 오염의 문제를 일으킬 수 있습니다. co2배출량만이 아닌, 수자원 오염의 측면에서도 리튬배터리의 문제점들에 대한 해결방안이 있는지 여쭤보고 싶습니다--환경부는 전기차 폐배터리안전하고 친환경적 재활용의 방법·기준을 마련하는 등 미래폐기물 재활용시스템을 구축한다. 우선 폭발성 물질(유기용제)과 유독물질(산화리튬 등)을 함유하고 있는 전기차 폐배터리를 지정폐기물로 지정하고 분리·보관·운반 방법·기준을 제시해 안전한 관리가 이뤄지도록 할 방침이다. 특히 유해성 논란에 따라 적정한 처리가 필요한 전기차 폐배터리 안전하고 친환경적으로 처리되도록 허용되는 재활용 유형과 재활용의 방법 및 기준을 제시한다. 지자체에 반납되거나 폐차장에서 임시 보관하고 있는 전기차 폐배터리도 ‘거점수거센터’에서 수거해 기초검사를 거쳐 안전하게 보관하거나 재활용업체에 공급될 예정이다.배터리 관련 기술이 빠른 속도로 향상되면서 배터리 가격이 급격하게 하락하는 한편 전기차 수요가 급증할 것으로 예상됩니다. 중국은 매달 미국과 유럽을 합한 것보다 더 많은 전기차를 판매하고 있으며, 볼보와 재규어 랜드로버는 2021년까지 화석연료를 사용하는 자동차 생산을 중단할 계획이라고 밝혔습니다. 전기차 관련 판매량을 집계하는 이브이-볼륨스닷컴(EV-Volumes.com)에 따르면, 이와 같은 추세가 지속된다면 2021년에 새로 출시되는 80%의 자동차가 전기차가 될 것으로 예측됩니다. 호주연방과학산업기구(CSIRO)에서 발간된 리튬이온 배터리 재활용 관련 보고서를 살펴보면 매년 자국에서 생산되는 3,300톤의 리튬이온 배터리 중에 기껏해야 약 2%만 재활용되고 있다고 합니다. 이와 같은 리튬이온 배터리 재활용 비율은 전세계 다른 국가에도 반영될 수 있습니다.리튬이온 배터리의 평균 수명은 8~10년 사이이라고 합니다. 전기차 시장이 본격화된 시기가 2010년경인 것을 감안하면, 이제 곧 리튬이온 배터리 재할용이 본격적으로 필요한 시기가 다가오고 있습니다. 2018년 10월 뉴질랜드의 에너지 기업인 벡터에서 주도하는 「배터리 리더스 그룹」이 리튬이온 배터리 폐기물 수량을 파악하고 잠재적인 시장을 검토하는 한편 재활용 전략을 개발하기 위해 설립됐습니다. 배터리 리더스 그룹에는 벡터, 아우디, BMW, 토요타, 폐기물 관리 NZ, 뉴질랜드의 고철재활용협회 등이 포함되어 있습니다. 벡터 CEO 시몬 매켄지(Simon Mackenzie)는 「뉴질랜드 도로에서 전기차 수가 급증하면서 배터리 폐기물이 심각한 환경문제가 될 수 있다.」며 「업체들과 긴밀한 협력을 통해 리튬이온 배터리 재활용 방안을 발전시켜나갈 계획」이라고 밝혔습니다.이론 상으로 리튬이온 배터리의 약 95%는 새로운 배터리로 전환되거나 다른 산업 분야에서 활용될 수 있다고 합니다. 미국 우스터 폴리테크닉 대학교의 연구개발 과정에서 탄생한 「Battery Resourcers」와 같은 회사들이 배터리 크기와 모양, 재료에 관계없이 모든 종류의 양극재를 재활용할 수 있는 공정기술을 개발하고 있습니다. 이와 관련된 연구현안 중 하나는 배터리 양극재를 분류 처리가 가능한 단단한 상태로 만드는 것이라고 합니다. Battery Resourcers 측은 「자사 기술의 이점은 리튬이온 배터리를 재활용하고, 여러 종류의 리튬이온 배터리에서 양극재를 회수하는 것」이라고 밝혔습니다.3. 현재 탈원전 정책과 함께 정부가 추진하는 정책 중 하나로 친환경에너지로 생산된 전기를 총 전기 생산량의 30%까지 끌어올리는 정책이 있습니다. 그러나, 이마저도 현실가능성이 있느냐는 논쟁이 끊이지 않고 있는데, 과연 전기차에 사용되는 전기에너지가 순수하게 친환경에너지만을 이용하여 생산될 수 있을 지 그 전망에 대해 준비된 점을 여쭤보고 싶습니다--전기차에 태양광 패널을 부착하여 친환경에너지 사용을 더욱 효율적으로 행하는 자동차가 개발되어 2020년까지 보급될 예정이다. 스마트 그리드 기술을 이용해 전력망을 효율적으로 관리하여 전기차 충전이 친환경에너지로 이루어지도록 통제할 수 있다. 전기자동차의 환경적인 취지를 살리기 위한 추가적인 방법으로는 신재생에너지인 태양광을 통해 생산된 전력을 에너지저장장치(ESS)에 저장하여 전기자동차 충전용 전력으로 공급하는 "솔라스테이션" 을 구축하여 태양광 에너지를 얻지 못하는 날씨나 밤에도 전력을 공급할 수 있게끔 할 수 있다. <수소차의 미공개 질의> 1. 수소탱크의 크기로 인한 디자인 제한, 그로 인한 선택의 폭 축소 높은 수소 압력의 의해 일정 크기의 수소 탱크를 확보해야 합니다. 이는 차량의 디자인에 큰 영향을 미치게 됩니다. 결과적으로 일정 크기 이상의 수소 자동차만이 생산 가능함을 의미하며, 소비자에게 있어 선택의 자유 및 차량 목적에 따른 적합한 디자인의 수소 차량을 제작하는데 문제를 불러일으키게 됩니다. 반면 전기차의 경우에는 1인용 차량에서부터 준대형까지 자유로운 디자인과 크기를 확보하고 있습니다. 차량에 장착하는 수소 탱크의 크기를 줄인다 할지라도 어느 정도의 제한은 여전히 존재합니다.--현대자동차의 이상엽 디자이너의 인터뷰에서, 수소차는 내연기관과 달리 구동계통의 차별화가 어렵지만, 소구력 높은 디자인으로 현대차의 디자인부문에 더욱 힘을 주겠다고 말했습니다. 디자인의 한계가 있다고 생각할 수 있지만 흔한 자동차의 디자인이 아닌 독특한 디자인을 기대해 볼 수 있다는 뜻으로 풀이됩니다.2. 수소차 폐차 시 재활용 문제수소차에는 값비싼 부품과 소재가 많이 들어갑니다. 예를 들면 연료전지 스택에 들어가는 백금은 1g에 5만원이 넘는 비싼 소재이고, 수소탱크 또한 기압의 700배를 견딜 수 있도록 제작되어진 만큼 비싼 부품입니다. 하지만 아직 백금이나 수소탱크를 재사용할 기술이나 시장이 형성되지 않아 폐차 시 같이 처분되고 있습니다. 앞으로 수소차의 보급이 확대될 경우 값비싼 재료와 부품이 버려지지 않고 재사용될 방안에는 어떤 것들이 있는지 여쭤보고 싶습니다.-- 수소차를 제작하는데 들어가는 백금등과 같은 값비싼 부품과 소재가 많이 들어가는데 이를 재사용 할 기술이나 재활용할 문제에 대한 해결 방안?A: 국내 연구진이 저렴한 가격에 높은 효율을 지니면서 재활용까지 가능한 ‘만능 촉매’를 개발했다. 기초과학연구원과 나노입자연구단연구팀은 남기태 서울대 교수, 김형준 카이스트 교수팀과 공동으로 불균일 촉매와 균일 촉매의 장점만을 결합해 높은 효율, 낮은 가격, 친환경, 재활용 등 전천후 기능을 지닌 촉매 제조 기술을 개발했다. 이는 광촉매로 쓰이는 이산화티타늄 나노입자 위에 구리 원자를 올려 인체 효소처럼 작동하는 단원자의 구리를 이용했다. 이 과정에서 구리 단원자가 촉매 효율을 더 높이는 역할을 한다. 이는 값비싼 백금 대신 구리를 이용하여 경제성을 높이고, 수소생산 반응에 쓰인 불균일 촉매를 다시 회수하여 오랫동안 사용할 수 있다는 측면에서 안정적이고 친환경적이다.3. Well-to-Tank efficiency 관점에서, 수소차는 경쟁력이 오히려 떨어진다.자동차의 에너지 효율은 Tank-to-Wheels(TtW), Well-to-Tank로 나타낸다. 전자는 에너지 저장 탱크(배터리 또는 연료탱크)로 부터 바퀴까지의 전달 효율을 나타낸다. 함께 쓰이는 표현으로는 Well-to-Tank efficiency가 있는데 원유나 석탄등의 에너지원을 채굴하여 가공/발전 및 운송/배전하여 주유/충전을 통해 자동차의 에너지 저장 탱크까지 전달되는 효율을 나타낸다. 수소전지차의 에너지 효율은 전기차에 비해 Tank to Wheel에서 1/2 수준 밖에 되지 않는다. 수소 생산, 운송, 저장 등(Well to Wheel)에서 불필요한 비용, 에너지 손실까지 고려하면 그 격차는 더 벌어진다. 즉 비싸더라도 국내에서 태양광, 풍력을 통한 친환경 발전에서 나온 전기로 전기차를 운행하는 것이 더 경제적이다. 수소전기차는 배기 가스 대신 물이 배출될 뿐,힘들게 생산한 수소를 낭비하는 비효율적인 운행 수단이다.-- 관점의 차이라고 생각을 합니다. well-to-tank의 관점에서 수소차의 불필요한 비용(수소 생산, 운송, 저장)까지 생각을 해서 고려한다면 수소차의 경쟁력이 낮다고 보지만, Tank-to-Wheel의 과정을 본다면 수소차가 월등히 높은 것을 알 수 있습니다. 또한 현재 개발중인 수소연료 핵심 부품 국내 100%, 백금보다 저렴한 촉매 등의 보급화가 시작된다면, 수소차의 Well-to-Tank 효율은 더 높아질 것으로 예상됩니다.