[월간수소경제 성재경 기자] 요즘은 전기차가 대세다. 실적이 이를 뒷받침한다. 지난해 12월 영국을 포함한 18개 유럽 국가에서 판매된 차량 중 전기차 비중이 사상 최초로 디젤차를 앞섰다. 친환경차 시장에서 인센티브를 등에 업은 전기차의 성장세가 가파르다. 지난해 GM을 제치고 미국 자동차 시장 1위에 오른 도요타도 전기차 전환에 속도를 내기 시작했다. 

수소차의 존재감은 여기에 비할 바가 못 된다. 지난해 전기차 연간 판매량이 600만 대를 기록한 반면, 수소차는 1만4,700대로 2만 대를 넘기지 못했다. 수소차를 판매 중인 브랜드는 현대차, 도요타, 혼다 정도다. 지난해 혼다가 수익성 악화를 이유로 수소차 판매를 중단했으니 선택지는 더 좁아졌다. 

현대차 넥쏘가 전 세계 시장 점유율 1위를 기록했지만, 시장 자체가 워낙 작아 통계에 큰 의미를 부여하기는 어렵다. 수소차 개발에는 오랜 시간과 큰돈이 든다. 현대차는 1998년부터 수소전기차 개발에 착수해 세계 1등이란 타이틀을 거머쥐었지만, 아직 ‘규모의 경제’를 논할 단계가 아니다. 생산라인 증설이나 수소충전 인프라 확장에 들인 투자금을 빼면 사실상 적자 사업이다.

현대차 조직 개편이 불러온 ‘파장’

지난해 11월에 진행된 현대차그룹의 연료전지사업부 조직 개편을 두고 뒷말이 무성했다. 2025년으로 잡은 제네시스 수소전기차 출시 계획을 늦추기로 하면서 현대차가 수소차 개발에서 손을 뗀 게 아닌가, 하는 의구심이 일었다. 

이 모든 소문은 현대차가 2021년 11월에 발표한 내부 기술개발 점검과 이에 따른 조직 개편에서 시작됐다. 동아시아를 주요 무대로 활동하는 컨설팅 회사인 인트라링크(Intralink)의 프로젝트 매니저인 딜쇼드 아크바로프(Dilshod Akbarov)의 인터뷰를 보면 그 실마리가 눈에 잡힌다.  

“현대차 내부 기술개발 점검 과정에서 회사가 기존에 보유하고 있던 연료전지의 핵심 부품인 멤브레인(강화전해질막)에 문제가 있다는 걸 알아냈어요. 1, 2세대 연료전지 스택의 내구성 문제로 인해 최적화에 어려움을 겪고 있죠. 이것이 앞서 언급한 조직 개편으로 이어진 겁니다.”

강화전해질막 자체가 워낙 얇아 기존 1·2세대 연료전지의 내구성이 약했고, 현대차는 이를 대폭 개선한 3세대 연료전지를 개발 중이지만, 최근 여기에 기술적인 결함이 발견된 것으로 판단하고 있다. 

“현대차는 수소연료전지 프로그램을 종료하지 않았습니다. 대신 회사의 연료전지 연구개발과 사업 전략을 강화하기 위해 기존 연료전지사업부를 ‘수소연료전지개발센터’와 ‘수소연료전지사업본부’로 나눠 사업부의 역량을 확대했다고 보는 게 맞아요. 다만 현대차가 3세대 연료전지 스택과 제네시스 수소전기차 모델 출시를 연기하기로 한 건 사실입니다.”

현대차그룹은 지난해 하반기 임원 인사를 단행해 박정국 현대차 연구개발본부 부본부장(사장)을 본부장으로 승격시켰다. 그 직전에 박 사장은 신설된 수소사업 총괄책임자로 선임됐고, 기존 연료전지사업부를 이끌던 김세훈 부사장은 기술개발 쪽만 맡기로 하면서 박 사장 아래 수소연료전지개발센터장으로 발령이 났다. 또 하반기 인사로 전무에서 승진한 임태원 부사장이 수소 사업의 전략과 운영을 담당하는 수소연료전지사업부장을 맡으면서 이원화 체계를 갖췄다.

딜쇼드 아크바로프의 말에 따르면, 이는 기업에서 흔히 일어나는 정상적인 대응 방식이다. 엔진 개발 과정에 이 같은 문제가 발견되면 모든 자동차 제조사가 개발 절차를 중단하고 문제 해결에 나서게 된다. 실제로 넥쏘 개발 과정에서도 이런 일이 일어난 적이 있다. 

“2018년 넥쏘 차량의 전기시스템에 문제가 발견되면서 차량 출시가 2년 뒤로 연기될 것처럼 보였지만, 문제를 신속하게 바로잡으면서 일정대로 출시한 전례가 있어요. 제네시스에도 같은 일이 일어나지 말란 법은 없죠.”

현대차그룹은 지난해 ‘수소모빌리티+쇼’와 연계한 하이드로젠 웨이브(Hydrogen Wave) 행사에서 2023년까지 100kW, 200kW급 3세대 수소연료전지 개발 목표를 제시한 바 있다. 현재 넥쏘에 들어가는 것과 동일한 100kW급 연료전지시스템의 부피를 30% 줄이고, 출력을 두 배로 높이면서 내구성을 두세 배 개선한 200kW급 연료전지를 개발하겠다는 목표를 제시했다. 

200kW급 연료전지는 대형트럭을 비롯해 트램, 기차, 발전용 연료전지로도 활용할 수 있다. 현재 현대차 일렉시티 수소버스에는 90kW급 연료전지 2개, 엑시언트 수소트럭에는 넥쏘에 들어가는 95kW급 연료전지 2개가 들어간다. 문제는 연료전지 스택의 내구성이다. 일렉시티 수소버스에 출력을 조금 낮춘 180kW급 연료전지를 장착한 것도 내구성을 늘리기 위한 조치였다. 

버스와 달리 무거운 짐을 실어 나르는 트럭은 고출력을 필요로 한다. 다만 출력을 높이기 위해 스택의 크기를 늘리거나 두껍게 쌓으면 내구성을 확보하기가 더 힘들어진다. 여기엔 높은 기술력을 필요로 한다. 수소차 선도업체인 현대차나 도요타는 앞서서 이 문제를 겪고 있는 셈이다.

승용엔 전기차, 상용엔 수소차

중국 이야기로 시작해보자. 지난해 중국에서 팔린 승용차의 14.8%가 전기차였다. 100대 중 15대가 전기차란 소리다. 중국의 전기차 스타트업 삼총사로 불리는 웨이라이(蔚來·Nio), 샤오펑(小鵬·Xpeng), 리샹(理想·Li Auto)이 한 달에 판매하는 차량 대수만 1만 대가 넘는다. 

미국에서는 이미 테슬라, 리비안, 루시드모터스 같은 전기차 업체들이 급부상했고, 소니도 ‘국제전자제품박람회(CES) 2022’에 전기차 콘셉트카를 새롭게 선보인 바 있다. 

89년 만에 처음으로 미국의 ‘안방’ 자동차시장을 차지한 도요타는 전통의 하이브리드 강자다. 이런 도요타도 2030년까지 도요타와 렉서스 브랜드로 30개의 전기차 모델을 출시하기로 했다. 여기에는 세단, SUV, 상용차 등 전 차종이 포함된다. 고급 브랜드인 렉서스는 2035년에 100% 전기차로만 판매할 계획이다. 현대차 제네시스의 전동화 기본 전략에 배터리와 수소가 함께 들어 있는 것과는 조금 차이가 있다. 

도요타가 올해부터 2030년까지 전기차 부문에 투자하겠다는 돈만 350억 달러(약 41조 원)에 이른다. 나머지 350억 달러를 하이브리드와 수소전기차에 투자하기로 한 만큼, 수소차 개발의 의지에는 변함이 없다. 

도요타는 외국 기업으로는 최초로 2017년 10월에 수소전기차 미라이(1세대)를 중국에 도입해 3년간 실증을 거쳤다. 이 과정에서 완성차 수출 정책을 버리고 연료전지의 핵심 부품을 중국에 판매하는 ‘인텔 인사이드(인텔의 CPU 판매를 위한 마케팅 전략)’ 전략을 따르고 있다. 

도요타는 지난 2020년 6월에 베이징자동차, 제일자동차(FAW), 베이징 시노하이텍(SinoHytec), 둥펑, 광저우자동차(GAC) 등 5개 중국 기업과 상용차용 연료전지 합작투자회사를 세우고 연료전지를 공급하고 있다. 수소전기차 생산단가에서 연료전지 스택 등 핵심 부품이 차지하는 비중은 40%에 이른다. 충전 인프라 확보에 대한 부담을 덜 수 있다는 점에서 좋은 선택이라 할 수 있다.

도요타는 2023년까지 미국 켄터키에 수소연료전지 모듈 생산라인을 구축해 수소상용차 시장을 선점하겠다는 계획을 세워두고 있다. 켄터키주에서 생산하는 수소연료전지는 도요타의 미국 상용차 공장에서 생산하는 화물용 대형트럭 ‘XL 시리즈’에 탑재하거나 켄워스 등 미국의 트럭 전문 업체에 공급할 예정이다.

로스앤젤레스 항만 일대를 중심으로 추진 중인 ‘쇼어투쇼어(Shore-to-Shore) 프로젝트’에 도요타의 수소연료전지를 장착한 켄워스의 클래스8 트럭이 투입되는 등 양사는 긴밀한 협력 관계를 이어가고 있다. 

글로벌 완성차 업체들이 전기차 시장에 ‘올인’하는 분위기가 형성되면서 배터리 수요가 폭발하고 있다. 배터리 수요 급증으로 핵심 원료인 리튬 가격도 천정부지로 뛰었다. 테슬라는 이미 사이버트럭 양산을 2023년 1분기로 미뤘다. 테슬라 세미트럭 출시는 감감무소식이다. 

수소차는 전기차에 비해 충전시간이 훨씬 짧고 주행거리가 길다. 차량의 크기가 클수록 ‘배터리’보다 ‘연료전지’가 유리하다. 수소차의 방점은 버스와 트럭을 아우르는 ‘상용차’에 있다는 점을 누구도 부인하지 않는다. 

유럽의 수소전기차 개발 현황을 보면 좀 더 명확해진다. 수소충전 인프라를 갖춘 독일과 프랑스를 중심으로 총중량 3.5톤까지를 아우르는 ‘수소 경상용차(LCV)’ 출시에 집중하고 있다. 지난해 피아트·크라이슬러와 푸조·시트로엥의 합병으로 탄생한 스텔란티스가 대표적이다. 세계 4위 자동차 그룹인 스텔란티스는 연구개발비를 최소화하기 위해 오펠, 푸조, 시트로엥 등 계열사 브랜드에 거의 동일한 플랫폼과 연료전지 파워팩을 적용하고 있다.

오펠의 비바로-e 수소전기 밴만 해도 45kW 연료전지를 장착해 주행거리를 400km 정도로 늘렸다. 차량 하단의 배터리 칸에 700bar 수소탱크 3개를 장착했고, 앞좌석 밑에 넣은 10.5kWh 리튬이온 배터리로 다이렉트 전기충전도 가능하다. 

지난해 6월 플러그파워와 손을 잡고 연료전지 합작사인 하이비아(HYVIA)를 출범한 르노의 행보도 주목해야 한다. 르노는 30kW급 연료전지를 탑재해 주행거리를 최대 500km로 늘린 ‘마스터 밴 H2-Tech’를 올해 출시할 전망이다. 

연료전지는 기술의 진입장벽이 높다. 배터리 전기차 기술을 갖춘 후에 접목을 시도하게 된다. 스텔란티스나 르노 같은 회사들이 자사의 배터리 경상용차에 주행거리 연장형으로 수소연료전지를 도입한 것만 봐도 알 수 있다. 중국이 딱 이 방식을 택했다. 승용엔 전기차, 상용엔 수소차라는 명확한 전략을 세우고 사업을 추진해왔고, 전기차 부문의 확실한 성과를 수소차로 확대해가는 움직임을 보이고 있다.

수소트럭 실증, 새로운 돌파구 

현대차는 지난해 경남 창원시 마산합포구 일원에서 수소 청소트럭을 시범 운행해왔다. 올해 초 그 내용을 담은 유튜브 영상을 공개해 큰 화제를 모았다. 차량에 간이 세면대를 따로 만들어 수소와 산소의 반응으로 생긴 물을 활용하는 모습을 영상에 자연스럽게 녹여냈다.

올해부터 물류기업을 중심으로 국내에서 11톤 수소트럭 시범 화물운송 사업이 시작됐다. 이번에 투입되는 수소화물차는 총 5대다. CJ대한통운 2대(인천-인천공항/인천-경기광주), 현대글로비스 2대(울산-경주/울산-양산), 쿠팡 1대(인천서구-영종도)가 1년간 국제특송화물이나 강판 등을 운송하게 된다. 

수소트럭의 가격은 비싸다. 환경부와 지자체가 한 대당 최대 4억5,000만 원의 구매 보조금을 지급하고 있다. CJ대한통운이나 쿠팡의 경우 인천공항 T2 수소충전소를 이용하게 되지만, 향후 수소화물차의 대중화를 위해서는 대용량 수소충전소의 확보가 꼭 필요하다. 

현대차는 지난 2020년 7월 엑시언트 수소전기트럭을 세계 최초로 양산해 스위스로 처음 수출했다. 유럽에서 누적 주행거리 100만km를 돌파한 역량을 인정받아 내년 2분기부터 북미시장 진출을 본격화한다. ‘캘리포니아 항만 친환경 트럭 도입 프로젝트’, 일명 ‘NorCAL ZERO’ 프로젝트에 30대의 엑시언트 수소트럭이 공급될 예정이다. 

유럽과 달리 700bar 충전으로 주행거리를 800km로 늘리고, 트레일러 견인을 위한 트랙터 모델을 새롭게 투입한다. 현대차는 이미 2대의 차량을 현지에 보내 1년간 이뤄지는 의무실증사업을 진행하고 있다. 실제 운행 조건으로 테스트를 진행해 관련 정보를 얻고 현지 고객의 요구를 취합해 차량 개발과 수주 절차를 추진하게 된다. 

이를 위해서는 충전 인프라 구축이 선행돼야 한다. ‘NorCAL ZERO’ 프로젝트만 해도 캘리포니아 주정부의 산하기관이나 캘리포니아의 지방자치단체로부터 총 2,900만 달러(약 344억 원)의 지원금을 받게 된다. 이 돈은 최대 50대의 수소트럭을 연속 충전할 수 있는 대용량 수소충전소 구축 등에 쓰일 예정이다.

다임러트럭에서 개발 중인 수소트럭인 ‘GenH2’ 프로토타입이 지난해 독일의 뵐트공장 트랙에서 시험주행에 들어갔다. GenH2는 3년 안에 고객 테스트 계획이 잡혀 있고, 2025년 이후에나 양산에 들어갈 전망이다. 다임러트럭은 기체수소가 아닌 액체수소를 연료로 적용할 방침이다. 현대차와 비교하면 5년 정도 늦은 일정이지만, 기술개발 속도나 연료전지 시장의 변화에 따라 그 간격을 좁힐 가능성은 열려 있다. 

실제로 다임러트럭과 볼보그룹은 지난해 3월 연료전지시스템 합작법인인 셀센트릭(Cellcentric)을 세우고 수소트럭 실증을 거쳐 2025년부터 본격적인 연료전지 양산에 나선다는 계획을 세워두고 있다. 여기에 세계 1위 자동차 부품회사인 독일의 보쉬도 연료전지 파워트레인 양산에 도전하고 있다.

니콜라의 최근 동향도 주목할 만하다. 니콜라는 올해부터 트레(Tre) 전기트럭 시범운행에 나서고, 내년에는 수소트럭 시범운행에 도전한다. 미국 테네시주의 종합물류 운송업체인 커버넌트 로지스틱스는 올해 초 니콜라와 수소트럭 시범운행 프로그램이 성공적으로 완료되면 40대의 수소트럭을 도입하겠다는 상호협력의향서를 체결했다. 

내년 시범운행 결과에 니콜라를 보는 시선도 크게 달라질 수 있다. 니콜라의 수소트럭에는 보쉬의 전력모듈을 비롯해 연료전지 스택과 에어컴프레서 등이 장착될 예정이다.

수소상용차 시장…‘2025년 주목’

이런 흐름을 종합해보면, 2025년을 기점으로 전 세계 수소상용차 시장은 전환기를 맞을 가능성이 크다. 현대차가 2023년을 목표로 200kW급 3세대 수소연료전지 개발에 공을 들이는 것도 향후 대형트럭이 필요로 하는 400kW급 연료전지의 수요를 감안한 전략으로 볼 수 있다. 

연료전지는 모듈화를 통해 출력을 높이게 된다. 넥쏘용 95kW 연료전지가 확장의 기준이 되었듯, 제네시스 수소전기차용으로 개발되는 200kW 연료전지가 하나의 본보기가 될 가능성이 높다. 

장재훈 현대차 사장은 “제네시스 럭셔리 전동화의 기본 전략은 배터리와 수소가 같이 가는 것”이라며 “수소연료전지를 포기한 것은 아니고, 단지 향후 수소전기차의 경쟁력을 높이고 개발 목표를 상향하는 만큼 이에 맞는 일정으로 라인업을 조정하는 중”이라고 말했다. 그는 “UAM(도심항공모빌리티)으로 사업을 연장하는 부분까지 중장기적으로 보고 있다”고 했다. 

현대차그룹의 수소차 개발 포기 소문은 해프닝으로 밝혀졌다. 그러나 여기에도 시사점은 있다. 모든 일이 계획대로 풀리는 것은 아니다. 전략은 변함이 없지만 그 일정은 조정될 수 있다. 연료전지의 성능이나 내구성에 큰 영향을 미치는 강화전해질막이나 금속분리판의 기술적 한계를 뛰어넘는 일이 예상보다 버거울 수 있다. 앞선 연료전지 기술을 보유한 도요타가 내연기관에 기반한 수소엔진 개발을 병행하고 있는 이유가 여기에 있는 건 아닐까, 하는 생각도 든다.

분명한 것은 글로벌 업체들이 연료전지 개발에 뛰어들면서 기술의 장벽이 조금씩 낮아지고 있다는 점이다. 쌍용차 인수에 나선 에디슨모터스처럼 전기차 기술을 기반으로 배터리에 연료전지를 더한, 일종의 하이브리드 형태의 주행거리 연장형 수소전기차가 속속 시장에 등장할 가능성이 커졌다. 업체들끼리 경쟁하면 연료전지 가격은 싸지게 마련이다.

현대차그룹의 이번 조직 개편은 ‘기술개발’보다 ‘연료전지 사업’에 집중하라는 의미로 해석된다. 수소전기차는 수소충전 인프라와 함께 간다. 서울시의 수소버스 도입이 큰 차질을 빚은 것도 주민반대로 충전소 확보가 어려워졌기 때문이다. 기술력은 충분히 앞서 있으니, 글로벌 시장의 움직임에 보조를 맞춰가며 사업 부문에 더 집중하라는 뜻으로 읽힌다. 

노르웨이는 올해부터 콴트론(Quantron) 수소트럭을 도입한다. 여기에는 발라드 사의 연료전지가 들어간다. 이미 200대가 넘는 미라이 수소택시를 도입한 덴마크 코펜하겐 시는 2025년까지 그 수를 500대 이상으로 늘릴 예정이다. 현대차는 그동안 이런 시장을 놓쳐왔다. 여기에 대한 반성으로도 읽을 수 있다.