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천연가스 자동차와 연료 전지자동차용 CFRP 고압복합용기의 설계와 제조기술

전문가 제언: ○ 자동차에 사용되는 연료는 가솔린, 경유와 같은 화석연료가 현재 대부분을 차지하고 있으며, 고압 천연가스(CNG, Compressed Natural Gas)는 오래전부터 자동차용 가스연료로 사용되어 왔다. 최근에는 고압수소가스를 자동차연료로 사용하는 기술이 개발되고 있으며, 수소를 내연기관에서 연소시켜 구동력을 얻는 방법 이외에도 고효율의 연료전지에 수소를 공급하여 발전에 의해 모터를 구동하는 연료전지자동차(FCV, Fuel Cell Vehicle)는 이산화탄소의 삭감에 크게 기여할 수 있다.

○ 수소연료전지 시스템은 전기모터가 구동 원으로, 모터의 구동력은 연료전지에 의해 공급된다. 수소연료전지는 두 개의 전극을 통해 수소와 산소가 지나가면서 발생하는 전기로 모터를 작동하는 시스템으로 연료전지의 열효율은 최대 60%로, 열효율이 20%에 불과한 가솔린 엔진에 비해 열효율이 높고, 에너지 낭비가 적으며, 배출되는 물질은 오직 순도 100%의 수증기뿐으로 유해물질의 배출이 전혀 없다.

○ 연료전지자동차에 이용되는 수소저장용기는 에너지밀도가 작은 수소를 압축하여 대량으로 저장할 수 있는 경량성 고압용기로, 2015년 이후에 압력상한이 70MPa인 고압용기가 실용화 개발될 전망이다. 70MPa 고압용기에는 탄소섬유강화 플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)이 많이 사용되고 있기 때문에 사양과 사용량 최적화에 의한 비용절감이 중요한 과제로 고압용기는 양산효과에 따라 2025년 단가가 2015년 절반 수준까지 인하될 것으로 예상된다.

○ 세계 최초로 양산 체제를 구축한 수소 연료전지 자동차는 국내의 현대자동차 투싼 ix FCEV로, 1998년 연료전지 자동차 개발에 착수한 현대는 2013년 북미 시장에 투산 ix35 FCEV를 출시하였다. 시스템은 출력 100kWh의 연료전지 스택과 24kWh의 리튬이온 폴리머 배터리로 구성되었으며, 전기모터의 출력은 약 136마력, 공인 연비는 27.8km/ℓ에 이른다. 5.6kg 용량의 수소 탱크를 완전히 채우는 데 필요한 시간은 5분으로 1회 충진에 의해 600km 이상의 주행이 가능하여 수소 충전소 등 인프라만 구축된다면 유력한 미래 에너지원으로 주목받고 있다.

저자: Toshio Takano
자료유형: 니즈학술정보