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수소차의 장, 단점을 알아보자. araboza
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- Summary of article content: Articles about 수소차의 장, 단점을 알아보자. araboza 수소차는 수소를 저장해 연료전지로 활용해서 이것을 이용해 발전한 전력으로 운행하기 때문에 저비용, 고성능이 가능해. 또, 하나의 공기청정기처럼 대기 … …
- Most searched keywords: Whether you are looking for 수소차의 장, 단점을 알아보자. araboza 수소차는 수소를 저장해 연료전지로 활용해서 이것을 이용해 발전한 전력으로 운행하기 때문에 저비용, 고성능이 가능해. 또, 하나의 공기청정기처럼 대기 … 안녕, 차잘알 데이빗이야. 최근 전기차가 부상하면서 많은 사람들이 수소차에도 관심을 갖게 된 것 같아. 수소차 자체는 2001년에 완성되었고 2019년 문재인 대통령이 차세대 차량으로 많은 선전을 했지만, 테슬라 전기차가 급부상하면서 자동차 제조사들의 우선순위가 전기차 개발로 넘어가 버렸지. 사람들이 전기차에 대해 알게 되면서 또 다른 장, 단점이 있는
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수소연료전지자동차(수소차) 장점과 단점은?! (공기정화원리, 수소채취방법, 부생수소?)
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- Summary of article content: Articles about 수소연료전지자동차(수소차) 장점과 단점은?! (공기정화원리, 수소채취방법, 부생수소?) 1. 수소연료전지차의 장점 · 1) 배기가스가 없다. · 2) 공기를 정화 한다. · 3) 저렴한 수소연료 단가 · 4) 빠른충전에도 더 긴 주행거리 가능. …
- Most searched keywords: Whether you are looking for 수소연료전지자동차(수소차) 장점과 단점은?! (공기정화원리, 수소채취방법, 부생수소?) 1. 수소연료전지차의 장점 · 1) 배기가스가 없다. · 2) 공기를 정화 한다. · 3) 저렴한 수소연료 단가 · 4) 빠른충전에도 더 긴 주행거리 가능. 안녕하세요 ! 정리남입니다!! 오늘은 수소연료전지차(수소차)의 장점과 한계에 대해 알아보도록 하겠습니다. ※ 연관 포스팅 1. 수소연료전지자동차(수소차) 원리란 무엇일까?! (연료전지스택 구조와 원리) 2. 에..기업분석, 상식, 엑셀, 부동산 등 일상 생활에 꼭 필요한 정보를 찾아 쉽게 정리해 드립니다.
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1 수소연료전지차의 장점
2 수소연료전지자동차의 단점
결론
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수소자동차의 장점과 단점을 알아보자
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전기차 vs 수소차…장단점은? – 소비라이프뉴스
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수소차와 전기차, 정확히 뭐가 다르지? – 전체 | 카드/한컷 | 뉴스 | 대한민국 정책브리핑
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수소차 전기차 차이점과 수소차의 장점과 단점
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수소차 전기차 차이점과 수소차의 장점과 단점 본문
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전기차와 수소차의 장단점과 차이 비교 – EcoDang
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전기차와 수소차의 장단점과 차이 비교
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수소에너지가 궁금한 당신에게 -2 수소전기차의 또 다른 매력들 – 현대모터그룹 TECH
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수소전기차의 성능
수소전기차는 경제적이다
수소전기차는 안전하다
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전기차보다 좋다던 수소차, 시장에선 고전 중?
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수소차의 장, 단점을 알아보자. araboza
안녕, 차잘알 데이빗이야.
최근 전기차가 부상하면서 많은 사람들이 수소차에도 관심을 갖게 된 것 같아. 수소차 자체는 2001년에 완성되었고 2019년 문재인 대통령이 차세대 차량으로 많은 선전을 했지만, 테슬라 전기차가 급부상하면서 자동차 제조사들의 우선순위가 전기차 개발로 넘어가 버렸지.
사람들이 전기차에 대해 알게 되면서 또 다른 장, 단점이 있는 수소차에 대해 궁금해하는 것 같아서 오늘은 수소차에 대해서 이야기해 볼 거야.
수소자동차란?
수소자동차는 가솔린 내연기관 대신 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 얻은 전기를 이용해 모터를 구동하여 운행하는 친환경 자동차야. 일반 자동차와는 다르게 석유연료 대신 수소를 연료로 사용하기 때문에 배기가스의 주성분은 물이고, 질소산화물이 약간 배출되는 것 외에는 공해물질이 거의 배출되지 않아. 결국 수소차도 전기차의 일종이지. ‘수소연료전기차’라 부르는 게 가장 정확해.
수소자동차의 원리
수소자동차는 연료전지, 모터, 배터리, 수소탱크 등이 탑재되어 있어. 친환경 수소연료전지차가 움직이게 하기 위해 필요한 핵심원료는 전기인데, 전기를 발생시키기 위해 수소와 산소가 촉매를 통해 반응하도록 해야 돼. 쉽게 얘기하면, 물을 전기 분해해서 수소와 산소를 만드는 것을 반대로 한다고 생각하면 될 것 같아.
흡입된 산소와 수소 탱크에 있던 수소가 연료전지에서 화학반응을 일으키는데 수소와 산소가 백금 촉매를 거쳐 이온으로 분리되고 이때 같이 발생하는 전자가 이동하면서 전기를 발생시키지. 생산된 전기는 모터와 배터리로 공급되고, 물은 차 밖으로 배출되는 거지. 외부로부터 산소를 흡입할 때 에어필터로 공기가 여과돼 공기청정기의 역할도 해.
수소자동차의 장, 단점
1. 주행거리(장점)
주행거리는 수소차의 가장 큰 장점이야 앞으로 전기차에 들어가는 배터리가 더 발전한다면 모르겠지만 말이야. 차종에 따라 다르겠지만, 수소차는 평균적으로 한 번 충전해 약 600km를 주행할 수 있는데 전기차는 이번에 나온 현대 아이오닉 5 모델이 430km인데도 생각보다 많은 주행거리를 확보했다고들 하지.
2. 충전방식과 친환경성(장점)
전기자동차의 경우 직접 배터리에 전기를 충전하는 방식으로 내연기관 자동차보다는 압도적으로 친환경적이라고 볼 수 있어. 하지만 그만큼의 전기를 생산하기 위해 화력발전소의 생산량이 늘어난다는 것에 그렇게 친환경적인가 하는 생각도 들어.
수소차는 수소를 저장해 연료전지로 활용해서 이것을 이용해 발전한 전력으로 운행하기 때문에 저비용, 고성능이 가능해. 또, 하나의 공기청정기처럼 대기 중의 미세먼지를 포함한 불순물을 걸러낼 수도 있다고 하니 친환경적인 것으로는 최고라고 생각해.
3. 충전 속도(장점)
다들 알고 있겠지만 전기차의 가장 큰 단점 중의 하나가 바로 충전 시간이야. 일반적으로는 1시간 이상, 급속 충전을 해야 수십 분이 걸려. 하지만 수소차는 수소 충전 시간이 매우 짧아서 기존의 내연기관차들처럼 일반 천연가스나 가솔린을 넣는 것과 별 차이가 없어.
4. 차량의 속도(단점)
제로백을 포함한 차량 속도는 전반적으로 전기차가 빨라. 동력 구조상 단순히 배터리에서 모터로 전기를 공급하면 되는 전기차보다 수소 전지와 산소 화학반응 등 여러 과정을 거쳐야 하는 수소차가 더 불리하기 때문이지. 특히나 수소차는 기존 내연기관차를 능가하는 무거운 동력부품들을 실어야 하기 때문에 무게 면에서도 더욱 불리해.
5. 충전 인프라(단점)
전기차 충전소는 그나마 전국 수만 개 지점이 있는 반면 수소차는 이제 막 설치하고 있는 중이라 전국에 수십 곳 밖에 없어. 뭐, 시간이 지난다면 전기차 충전소처럼 충전 인프라가 늘어날 수 있겠지만 현재로서는 가장 큰 단점이라고 볼 수 있어.
6. 실내공간(단점)
전기차는 주행에 필요한 동력계가 극히 단순하기 때문에 차 내 넓은 공간을 확보할 수 있어. 앞으로 더 시간이 지난다면 차 내의 모든 조작을 컴퓨터 패널 하나로 해결할 수 있다는 것도 큰 이점이 될 거야. 수소차는 현대의 넥쏘를 보면 알겠지만 기존 내연기관 자동차보다 훨씬 큰 동력계를 확보해야 해서 전기차와 달리 내장의 넓이에 큰 이점을 가지기 어려워.
7. 정비(단점)
앞서도 말했지만, 전기차의 가장 큰 특징이 바로 구동계의 단순화이기 때문에 고장 날 경우 모터나 배터리를 갈면 되어 정비가 무척 단순해. 하지만 수소차는 매우 복잡한 구동방식과 부피가 큰 구동계 때문에 정비가 극단적으로 까다롭고 전기차를 능가하는 전용 시설이 필요하다는 단점이 있어.
수소자동차의 안전성
많은 사람들이 수소자동차가 안전한지 궁금할 거라고 생각해. 수소자동차는 국제적으로 안정성 인증을 받고 있어. 현대차가 만든 넥쏘는 18년에 가장 안전한 SUV로 선정되었고 미국의 안전연구기관에서 실시한 충돌 테스트에서 일반 내연기관 차량 이상으로 안전함을 입증받았지.
이처럼 수소자동차는 충돌, 화재, 충격을 받더라도 안전하게 설계되어 있는데 스택으로의 수소 공급을 차단하거나 화재나 위험을 인지하여 탱크에 있는 수소를 대기로 방출하는 등의 안전장치를 갖추고 있어.
차량 자체의 안전성도 중요하지만 사람들이 걱정하는 것은 수소가 폭발할 가능성이 높지 않냐는 것인 걸로 알고 있어. 수소는 가연성이지만 수소가 폭발하기 위해서는 생각보다 까다로운 조건이 필요해.
수소는 과량의 산소와 섞여야 폭발적인 연소를 하는데 수소탱크의 내부가 고압이기 때문에 밀폐된 공간이 아닌 이상 수소는 공기 중에 흩어져 날아갈 거야. 수소 저장 기술도 오랫동안 발달해온 기술이기 때문에 외부 충격이나 온도 변화 등에 의해 수소탱크에 있던 수소가 갑자기 새서 폭발할 가능성은 거의 없다고 볼 수 있어.
전기차, 수소차 어느 쪽이 되었든 내연기관 자동차의 종말은 점점 가까워 오고 있다는 느낌이 드네. 오늘 자동차 얘기는 여기까지. 그럼 안녕. by 벨레 매거진
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수소연료전지자동차(수소차) 장점과 단점은?! (공기정화원리, 수소채취방법, 부생수소?)
수소연료전지차,수소차,장점과단점,공기정화원리,수소채취방법
안녕하세요 ! 정리남입니다!!
오늘은 수소연료전지차(수소차)의 장점과 한계에 대해 알아보도록 하겠습니다.
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1. 수소연료전지차의 장점
1) 배기가스가 없다.
일반 휘발유와 같은 석유연료로 움직이는 자동차들(=내연기관)은 주행하면서 ‘배기가스’를 내뱉습니다.
일산화탄소, 탄화수소, 질소산화물 등이 바로 이러한 것들이죠. 이들은 스모그, 황사, 미세먼지 등과 같은 대기오염을 발생시켜 우리의 건강에 해를 끼칩니다. 그런데 수소연료전지 자동차의 경우에는 이러한 배기가스가 전혀 배출되지 않습니다. 주행하면서 내뱉는 부산물로는 단지 ‘물(H2O)’을 뿐입니다. 그래서 ‘친환경 자동차’라 하는 것입니다.
2) 공기를 정화 한다.
농담이 아닙니다. 실제로 수소차를 ‘달리는 공기청정기’라고 일컫는 이유입니다.
이유는, 전기를 발생시킬 때 수소와 산소’가 반응하는데, (관련 포스팅 : 수소연료전지차 원리 클릭 ), 이 때 들어오는 ‘산소’는 대기중의 공기를 받아들여, 차 내부의 필터를 통해 순도 99.9% 산소로 정화시켜 사용하기 때문입니다. 따라서 실제로 공기청정기가 갖추어진 자동차인 것이죠.
실제로 수소연료전지차 ‘현대 넥쏘’의 경우, 1시간 주행시 성인 48.9명이 한 시간 동안 호흡하는 공기량을 정화할 수 있으며, 넥쏘를 1만대 운행시, 60만그루의 나무를 심었을 때의 탄소저감 효과가 있다고합니다.
** 참고 : 수소차 공기정화 원리
그렇다면 이 공기를 어떻게 정화시킬까요?
상식적으로 일반 가정에서 사용하는 공기청정기와 크게 다르지 않을 거라 생각하는데요. 예컨데 삼성 공기청정기의 경우는 아래와 같이 세 단계로 나누어 정화시킵니다. 극세필터로 큰 먼지를 제거 → 숯탈취필터로 악 취 및 유해가스 제거 → 미세먼지 집진필터로 초미세먼지 제거. 이렇게 3단계로 말이죠. 그런데, 수소차에서 공기를 정화시키는 과정도 동일하게 3단계 입니다.
삼성 블루스카이 공기정화 과정
아래는 현대차 넥쏘의 공기정화 과정이며, 다른 수소연료전지차도 거의 대동소이하다고 생각하시면 됩니다.
1단계. 대기중의 공기가 차 내부로 유입이 되면, ‘공기필터’에서 2.5um이하의 초 미세먼지를 97%이상 제거합니다.
2단계. 막가습기에 있는 가습 막을 통해 2차로 초미세먼지를 제거하고요.
3단계. 마지막으로 연료전지스택 내부에 있는 미세기공 구조의 탄소섬유 종이로 된 기체확산층에서 0.1um 이하의 초미세먼지를 제거 하는 방식입니다. 이 3단계를 통해 99.9%의 깨끗한 공기로 정화를 시킬 수 있게 됩니다.
hyundai motor group(HMG) journal 출처
3) 저렴한 수소연료 단가
전기차와 비교시, km당 연료비는 비싸지만, 석유연료를 사용하는 내연기관과 비교시 저렴합니다.
KTB 투자증의 ‘수소차 산업의 현재와 미래’라는 보고서를 보면, 현대차의 넥쏘의 경우, 연료비는 km 당 73원. 테슬라 모델3 전기차의 연료비는 km 당 25원이라 합니다. 하지만, 휘발유가격 1300원/리터, 15km/l의 연비를 가지고 있는 내연기관의 경우, km당 87원입니다. 전기차보다는 높지만, 내연기관보다 낮다는 점에서 수소연료의 단가는 장점으로 생각됩니다.
4) 빠른충전에도 더 긴 주행거리 가능.
이는 전기차와 비교했을 때, 장점인데 현대 넥쏘의 경우, 수소용량 6.33kg를 완충하는데 충전시간은 5분 정도이며 609km를 달릴 수 있다고 합니다. 반면 전기자동차 테슬라모델3의 경우 배터리 용량 50kWh를 20분간 급속 충전해 350km 를 달릴 수 있다고 하네요.
2. 수소연료전지자동차의 단점
이를 알기 위해서 일단, 수소를 어떻게 포집할까? 부터 생각해볼 필요가 있습니다.
수소는 우주의 92%를 차지하는 가장 흔한 원소입니다. 이렇게 많은 수소이니 그냥 언제든지 포집해 쓰면 될것 같지만 실상은 그렇지 않습니다. 왜냐하면 수소는 반응성이 좋아 단독으로 존재하기보다 다른 여러 원소들과 결합된 화합물 상태로 존재하기 때문입니다. 따라서 순수한 수소를 얻으려면 아래와 같은 방식을 이용해야합니다.
첫번째. 물의 전기분해 이용해서 수소를 추출하는 방식.
원리는 배터리의 충전 과정과 같은 비자발적 반응에 해당하며, 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지로 생산한 전기에너지를 물에 가해 수소와 산소로 분해할 수 있습니다.
두번째. 부생수소.
석유화학공정이나 철강 등을 만드는 과정에서 나오는 부산물로 생기는 수소인 ‘부생수소’를 얻는 방법이 있습니다. 가령, ‘프로필렌’을 얻기 위해 LPG(액화석유가스)에서 수소분자를 제거하게 되는데요, 이 떨어져 나간 수소를 사용하는 것이죠.
세번째. 천연가스에서 추출
이는 천연가스를 고온/고압의 수증기로 분해하는 방식입니다. 세계적으로 가장 많이 사용하는 방식이며, 황성분이 제거된 천연가스(CH4)에 수증기(H2O)를 반응시켜, H2 수소와 이산화탄소(CO2)를 생산합니다.
출처 : http://www.chemi-in.com/421
단점1) 안정적인 공급망 부재와 친환경 모순.
첫번째. 물의 전기분해를 통해 수소를 얻는 방법은, 수소 전환 효율성이 낮아 생산량이 적고, 추가적인 전력 사용이 필요하다는 점에서 생산비용이 비싸다는 단점이 있습니다.
두번째. 부생수소를 이용하는 방법의 경우, 국내에서 가장 많이 사용하는 방식이이며 수소추출 방식중 가장 저렴, 이 부생수소는 상당부분 정유화학의 원료로 사용되기에, 이 부생수소를 마음껏 끌어쓰기에는 힘든 상황입니다. 즉, 이 부생수소로 대량의 수요를 감담하기에는 한계가 있는 것입니다.
세번째. 천연가스로부터 수소를 추출하는 방법으로, 세계 총 수소 생산의 절반 이상을 차지하고 있을 만큼 대량 생산이 가능합니다. 또한, 이 방식은 수소 생산에서 상대적으로 ‘저렴한 방법’으로 꼽힙니다. 하지만, 탄소에 붙어있는 수소를 떼어내는 것이므로 결과적으로 탄소 유발, 온실가스 발생을 시킨다는 점에서 ‘친환경자동차’라는 타이틀에 모순이 발생됩니다. 물론 이렇게 100% 친환경은 아니라 하더라도, 지금 이용하는 석유화학연료와 비교시 친환경입니다.
단점2) 주변 인프라 부족. (전국 수소충전소 개수/현황)
전기차 배터리 충전소도 지금 인프라가 부족해서 충전에 애를 먹고 있는 상황이죠. 수소충전소의 경우 이보다 더욱 부족한 상태입니다. 수소청전소의 경우, 19년 6월기준 전국 17개소이며, 2022년까지 수소전기차 6만7천대 / 수소충전소 310개소확대, 2040년까지 수소전기차 290만대 / 수소충전소 1200개소 확대 계획이라고 합니다!
출처 : 현대자동차그룸 유투브 https://youtu.be/ESrp8j08zLg
단점3) 에너지 효율.
수소차의 연료전지에서는 산소와 수소를 결합해 열과 전기에너지를 생성합니다. 이때 이 열 에너지는 운행이 불필요한 에너지이며, 되려 추가적으로 에너지를 소비하여 냉각수로 식혀줘야 합니다. 즉, 버리는 에너지가 많다는 것입니다. 실제 수소차 에너지 효율은 전기차에 비해 절반 밖에 되지 않는다고 합니다.
결론
내용을 정리하면서 보니, 수소연료전지차의 장점과 단점이 팽팽하게 맞서고 있는 것을 알 수 있었는데요, 느낀 것은, 수소차가 분명 단점보다 장점이 더욱 부각되는 자동차임에는 틀림없는것 같다란 것이었고, 그럼에도 아직은 인프라 구축의 미비나, 이제 막 사람들이 인지하고 있다는 측면에서 지금 당장 무언가를 판단하기에는 좀 시기상조가 아닌가…싶었습니다. 다음 포스팅에서는 수소경제와, 수소연료전지의 미래에 대해 다뤄보도록 하겠습니다.
※ 연관 포스팅
1. 수소연료전지자동차(수소차) 원리란 무엇일까?! (연료전지스택 구조와 원리)
2. 에너지밀도와 관련된 수소에너지의 미래와 응용은? (feat. 리튬이온배터리와 비교)
3. 수소에너지는 재생에너지의 유휴전력 저장소이다! (feat. 수소 운송 방식, 상호관계)
출처
http://www.chemi-in.com/421
http://www.hani.co.kr/arti/economy/marketing/878983.html
https://namu.wiki/w/%EC%A0%84%EA%B8%B0%20%EB%B6%84%ED%95%B4
**유의사항**
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수소자동차의 장점과 단점을 알아보자
수소자동차
수소를 연료로 구동하는 차량. 전기자동차 등과 함께 차기 교통수단으로 각광받는 차량이다. 현대자동차 등 여러 차량 회사에서 연구 중이며, 출력은 보통 화석연료 자동차에 비해 크다고 알려진다.
사실 두 가지 방식으로 구분해야 하나 한 가지로 뭉뚱그려 부르고 있다. 첫번째 방식은 수소를 연료로 내연기관을 작동시키는 것으로, 가솔린 차량과 기본적인 원리는 비슷하다. 두번째 방식은 수소를 산소와 반응시킬 때 만들어지는 전기로 움직이는 방식이다. 전기자동차에서의 배터리를 대신한 수소저장탱크와 수소연료전지, 즉 ‘미니 발전소’가 들어간 것이다.
새로운 차기 교통수단으로 각광 받는다고 하나 그 실상은 꽤나 암울한데, 차기 교통수단의 경쟁상대라고 할 수 있는 ‘축전지형 전기자동차’의 발전이 꽤나 빠르기 때문이다.
수소연료전지차를 세계 최초로 양산 방식으로 생산한 회사는 현대자동차이다. 또한, 2017년 9월 현재도 수소연료전지차의 양산 라인을 보유하고 가동 중인 회사 역시 현대자동차가 유일하다. 여러 가지 사정으로 수소자동차의 시장 주도권을 토요타 미라이에게 내준 상황이긴 하나, 기술·생산적 우위는 현대자동차가 독보적인 것으로 여겨진다.
현대자동차는 1998년 수소연료전지를 개발하여 독자 기술화하였고, 2003년부터 수소연료전지차의 개념연구, 탐색개발, 주요기반 기술 및 핵심 부품의 실장화 등의 개발 과정을 거쳐, 2006년 수소연료전지차의 연구차량을 제작하는 데 성공하였다. 당시 이 연구를 주도했던 남양연구소는 주요 부품의 국산화와 더불어 아예 양산 체계를 목표로하고, 동력 성능 확보, 핵심 부품 표준화, 저가 소재 개발, 양산 공법 개발의 수소차 4대 중점 과제를 선정하고, 2013년 투싼 ix35 FCEV의 양산 체계를 완성하였다.
현대자동차는 자사의 미래 자동차 역량을 수소차 분야에 걸었을 정도로 전기차 연구를 거의 배제하면서까지 수소차 연구에 매진하였다. 하지만 투싼 ix35 FCEV이 세계 최초의 양산 수소차임에도 비싼 가격(출시 당시 1억 5천만원)과 충전 인프라의 전무 등의 이유로 국내 시장에서 외면 받았다. 또한, 해외에서는 가격이 걸림돌이 되어 출고 단계에서 아예 일본 정부의 지원을 받는 토요타 미라이에게 밀리고 말았다. 하지만 2016년 하반기 토요타 미라이에서 중대한 소프트웨어 결함이 발견되어 전량 리콜이 결정되고, 2017년 8월에 들어서는 토요타에서 수소차를 포기하고 전기차에 매진하겠단 발표를 하면서 투싼 ix35가 부상하나 싶었는데 수소차 분야가 그냥 사장되어 버렸다.
현대의 수소차가 시장 점유를 늘리기 위해서는 에너지 당국의 정책 전환(고전 에너지→미래 에너지)과 수소 인프라 확충, 환경 당국의 수소차 지원 확대가 필수적이다. 수소차는 전기차와 달리 기존의 인프라를 무시하고 완전히 새로운 동력 체계를 이용하기 때문에 정부의 대대적인 정책 지원 없인 단순한 가격 조정, 이미지 개선으로는 시장을 확보하기 쉽지 않다.
이렇듯 친환경차의 대세를 잘못 읽은 현대차는 수소차 개발에 공격적으로 뛰어 들어 수소차 분야에서 선두적인 위치를 선점하는데 성공은 했지만, 수소차 분야엔 아무도 없었다. 즉, 현대는 줄을 잘못 선 것이고, 뒤늦게서야 완전 전기차 개발에 뛰어 들었으나 현대차 사옥 등으로 투자 역량이 감소하면서 그마저도 쉽지 않은 상태이다.
다만, 현대자동차는 세계에서 거의 유일한 수소차 양산 라인을 갖고 있는데, 이는 미라이를 출시한 토요타도 갖고 있지 못한 것이다. 토요타는 수소차 주문이 들어오면 라인화된 공정이 아닌 하나의 조립실에서 차량을 조립한다. 만일 전기차의 축전지 문제가 끝끝내 풀리지 않아 수소차로 미래차 시장이 넘어올 경우 현대가 선점한 수소차 기술과 양산 라인 노하우가 빛을 볼 순 있을 것이다.
이러한 점을 잘 아는 현대자동차에서도 비록 전기차에게 더 큰 비중을 두기는 하지만 수소자동차를 완전히 버리지는 않았고 여전히 수소자동차 개발을 지속하고 있다.
장점
수소자동차 자체의 효율이 우수하며 수소 자체의 열량도 대단히 높아 항속거리 확보가 매우 유리하다. 현재는 수소 1㎏으로 100㎞ 정도를 주행하는 것이 가능하며 이는 기존 화석연료 자동차의 5배가 넘는 연비이다.
전기자동차와 달리 대형 차량에도 기술 적용이 쉽다. 동력원의 무게가 크지 않기 때문이다.
배기가스 대신 물을 방출하므로 환경친화적이다.
과거와는 달리 현재는 천연가스 개질법이나 나프타 분해를 통해 저렴하게 수소의 대량 생산이 가능해 1㎏당 약 5000원의 단가로 생산이 가능하다. 해당 기술들은 현재도 수소 대량 생산에 쓰이고 있으며 일상적인 기술이다. 이미 경제성이 충분히 확보 되었다는 것이다.
충전이 빠르다. 2018년 현대에서 내놓을 예정인 투싼 수소전기차는 충전시간을 5분으로 예상하고 있다. 현재의 화석연료 주입시간과 비교해도 그렇게 긴 시간은 아니다. 반면 축전지 형식의 일반 전기자동차는 아무리 급속충전을 해도 10분 이상의 시간이 소요되는데다가 그조차도 완충은 불가능하며 현재 고속도로 등지에 설치된 급속충전기로는 최소 30여분을 소요해야 90% 정도로 충전이 가능하다.
수소 자체는 가연성 가스로써의 위험성이 높긴 하지만 밀도가 낮고 가벼워 낮은 농도에서 다룬다면 오히려 석유 기반 연료보다 더 안정적일 수도 있으며 설령 폭발했더라도 확산이 빠른만큼 날아가는 시간도 빠르기 때문에 화염이 오래 지속되지 않는다. 애초에 대형 폭발은 가스가 대량으로 공기중에 고여있는 상태에서 착화가 되는 것이 문제인데 수소는 흩어지기 쉬위 그런 일이 발생하기 힘들고 휘발유든 수소든 어찌됐든 폭발 가능성이 있는 연료를 사용하는 것은 딱히 변함이 없으므로 안전하게만 다룬다면 별 차이가 없다. 차량 수소탱크도 수소를 초고압으로 저장하긴 하지만 그렇기 때문에 그만큼 무지막지하게 튼튼하게 설계되므로 압력을 견디지 못해 터질 일도 없다. 수소는 고압에 저장되기 때문에 일단 상당한 저온이고 제아무리 수소라도 연소하기 위해서는 산소가 필요하다는 점을 잊지 말자. 탱크에서 가스 누출이 발생하더라도 주변의 산소가 알아서 탱크로 들어가주지 않는다.
단점
수소자동차의 제조단가가 너무 높다. 수소가 아무리 싸더라도 차량 자체의 가격이 너무 높다보니 10년 이상을 타도 수지타산이 맞지를 않는다.
수소는 발화 온도가 매우 낮고 작은 스파크에도 폭발하기 쉬워 충전이나 누출 시 인체에 상해가 날 수 있는 사고가 날 가능성이 있다. 또한 수소자동차에서 문제가 없다 해도 어쩔 수 없이 수소의 불안정한 인입이 잦고 대량의 수소를 보관하고 있어야 하는 수소 충전소에서 초대형 폭발 사고가 날 수도 있다.
산소와 수소가 빠르게 반응하기 위해 필요한 촉매의 재료인 팔라듐, 백금, 세륨 등의 확보가 필요하다. 이런 귀금속은 양이 많지 않기 때문에 이를 대체하기 위한 새로운 촉매의 개발이 연구되고 있다.
수소 인프라 구축이 대대적으로 이루어져야 하므로 많은 비용이 들게 되며, 특히 수소의 특성으로 인해 다른 에너지보다 충전시설의 규모당 초기비용이 훨씬 커지는 문제가 있다. 전기자동차의 경우도 인프라 구축이 필요한 것은 마찬가지지만 그 난이도가 수소 에너지에 비해 훨씬 낮으며 유지하기도 쉽다. 전기 자체가 다루기가 쉽다보니 필요하면 아예 무인 충전소로 만들기도 쉽기 때문이다.
천연가스 차량과의 비교
현재 상용화되어 있는 천연가스나 LPG 가스를 이용하는 천연가스버스나 LPG 택시 등 가스연료 차량에 비해 장점은 적고 단점은 아주 많다. 천연가스 자동차에 비해 수소자동차의 장점이라면 같은 에너지 열량으로는 천연 가스보다는 수소가 더 가벼우므로 1회 주유로 운행거리가 더 길 것이고 연료무게가 덜나가니 운행효율이 아주 약간 나을 거라는 정도이다. (차량무게 대비 연료무게는 정말 얼마 안된다). 그외에는 대부분 천연가스 등에 비해서는 단점 뿐이다. 다만, 노르웨이는 2025년부터, 독일은 2030년부터 화석연료차량을 판매금지키로 합의한 상태이며 다수의 국가가 비슷한 정책을 펼칠 것으로 예상되므로 주행중 배기가스 대신 물만 내뿜는 수소연료전지차가 버스, 트럭, 기차, 선박용으로 개발될 가능성은 있다.
현재는 어차피 수소도 천연가스를 처리해 만드니까 수소화 단계 거치면서 손실되는 에너지나 추가 제조원가 때문에 실질적 종합 연료 열효율은 천연가스 보다 낮아지고 이산화탄소 배출량도 많아지고 연료원가는 올라가서 연료비는 천연가스를 직접 사용하는 천연가스 차량보다 비쌀 수 밖에 없다. 다만 수소연료전지의 효율은 90%에 가까워서 40% 정도인 LNG 내연기관에 비해서는 2배가량의 효율이 높으므로 같은 에너지 량의 연료를 가지고도 2배 더 운행할 수 있다. 이것이 수소자동차가 디젤 등 내연기관 자동차보다 유리한 이유이다.
반박: 수소를 만드는 방법은 천연가스를 통해서만 만드는 것이 아니다. 미래의 수소는 현재의 전자와 같이 에너지 전달의 매개체로서의 역할을 수행할 것으로, 현재 전자로 연료를 저장하는 배터리의 경우 전력 저장에 큰 어려움이 있어서 현재는 수소를 이용하여 전력을 저장하는 기술이 급속도로 발달하고 있다. 실제로 SOFC를 이용한 Fuel cell/Electrolyzer cell 의 경우 충전/방전 효율이 60프로 이상으로 미래에 80%까지 올라간다면 배터리와 별로 다를바 없는 수준으로 올라가게 된다. 미래에 전력 저장에서 결정적인 역할을 할 수소는 바로 연료전지에 투입시켜서 사용 가능하게 되며, 전력-수소 변환 효율이 60~80%라는 것을 감안했을 때 ,수소 에너지당 가격은 미래에 (10년도 안되는 짧은 미래) 전력의 약 120~150%로 예상이 된다. 지금 가솔린의 주행 마일당 연료 가격이 15cent/mile이고 전기차의 주행 마일당 가격이 약 4cent/mile이라고 봤을 때 미래의 수소전지차는 마일당 가격이 대략 6~10cent/mile이 될 것으로 예상된다. 현재로서도 수소전지차의 주행 마일당 연료 가격은 약 20cent/mile로 절대 나쁜 수준이 아니다 (도요타 미라이의 경우 50~60불 충전으로 약 300마일 주행 가능 – 가솔린 차와 비슷한 수준)
고압으로 극저온에 저장해야 하는 수소 저장의 어려움 때문에 차량의 수소 가스통이나 안전장치, 연료전지 발전기 때문에 천연가스 가스통 보다 훨씬 무거워져서 수소의 무게 당 에너지 효율의 장점이 상당히 희석된다. 이런 어려움은 자동차의 생산비를 크게 올리고 추가 무게는 당연히 연비를 깍아 먹는다.
반박: 현재 수소전지차의 경우 약 300bar에서 5kg정도의 수소를 탱크에 저장한다. 수소 전지차의 경우 생산비를 크게 올리는 요인은 연료전지 스택으로 수소 가스 통은 부차적인 요인일 뿐이다. 수소 탱크 시스템의 무게는 약 80~90kg으로 크게 문제될 수준은 아니다.
현재의 석유나 천연가스를 이용하는 자동차와 는 크게 다른 새로운 수소 저장 기술과 연료전지 기술이나 수소 내연기관 엔진 기술을 개발해야 한다. 100년이상의 역사를 자랑하는 현재의 자동차와는 기술 성숙도나 생산 인프라가 넘사벽의 차이가 있다. 이로인해 수소자동차는 개발비나 부품가격 대당 생산비가 월등히 비쌀 수 밖에 없다.
반박: 역사가 10년 정도밖에 되지 않는, 연간 1000~2000대로 소량 생산하는 연료전지자동차의 경우 현재 가격이 58,000달러로 이미 성숙한 가솔린 차량과 비교했을 때 (20,000달러) 약 3배정도 비싸다. 시간이 갈 수록 수소의 중요성이 더 커진다고 봤을 때 (스마트 그리드, 자가 발전시스템, 수소를 통한 전력 저장 인프라 등), 수소 인프라는 더 발전할 것이고, 약 10년 후에 3배차이의 가격은 충분히 따라잡을 수 있는 수준이다. 이미 지난 십년간 수소전지차의 경우 가격이 3배 이상 줄어들었다.
수소 뿐 아니라 천연가스도 연료전지의 연료로 사용할 수 있다. 그러니 수소연료전지 자동차를 실용화할 정도의 기술과 투자이면 천연가스 연료전지 자동차도 그렇게 큰 기술적 차이가 나지 않는다. 물론 천연가스 연료전지는 섭씨 700 도 정도의 고온에서 동작하는 등 수소연료전지보다 자동차용 연료전지로 실용화에 더 어려운 점도 있지만 수소의 생산과 배급 저장의 어려움을 생각하면 차라리 이미 널리 사용되고 있는 천연가스를 자동차 연료로 사용하고 천연가스 연료전지를 자동차용으로 실용화하는 쪽이 더 난이도가 낮고 실현가능성이나 경제성이 높다. 천연가스 연료전지는 수소연료전지보다 운전온도가 훨씬 높아서 고온에 장기간 견디는 재료를 써야하므로 제조 원가가 올라가지만 그대신 백금 등 고가의 전극 재료를 사용하지 않아도 되므로 종합적으로는 전지 원가가 저렴하다. 과거에는 가정용 규모로는 kW당 1만달러 가량으로 매우 비쌌지만 생산규모가 늘어나며 천연가스 SOFC의 경우 kW당 800-1천 달러 정도로 급속히 원가가 떨어지고 있다.
반박: 천연가스는 분자 내부에 탄소 (C)가 있다. 탄소와 산소가 반응을 하면 일산화탄소 (CO) 가 만들어 질 수 있는데, 이는 연료전지의 수명 및 안정성에 지대한 영향을 끼친다. 이는 소위 CO poisoning이라고도 불린다. 괜히 PEMFC(저온 폴리머 멤브레인 연료전지)나 SOFC(고온 Solid-Oxide 연료전지)에 순수소를 사용하는 것이 아니다. 이론적으로 SOFC에는 CO를 사용할 수 있지만, 일산화탄소의 반응은 수소에 비해 급격히 느리므로 이는 SOFC의 activation loss를 증가시킨다 (연료를 전기화학반응시키는 과정에서 발생하는 전압 손실).
천연가스 연료전지는 가동에 높은 온도가 필요해 수소나 전기 등으로 한참동안 예열을 해야하므로 짧은 거리를 운행하거나 자주 켜고 끄는 가동을 하기에 부적합하다. 그러므로 자동차 자체는 리튬전지 등에 충전된 전기로 구동하고 리튬전지를 운행중에 충전하기 위해서 천연가스 연료전지를 가동하면 자주 끄고 켜지 않아도 되므로 장거리를 운행하는 트럭 등의 차량에는 적합한 방식이다.
반박: SOFC와 Li-ion 배터리 하이브리드 자동차는 잘 고려되지 않는 방식의 연료전지차이며, 게다가 천연가스를 이용한 SOFC와 Li-ion 배터리 하이브리드 자동차는 매우 마이너한 연구 분야이다. 이는 고온 SOFC의 효율이 저온 PEMFC의 효율과 비슷하거나 더 낮기 때문에 발생하는 것이다. 천연가스를 이용한 연료전지는 에너지 발전에 대표적으로 이용되며, 대부분 천연가스를 직접적으로 사용하는 방식이 아닌 천연가스를 개질해 수소로 변환시켜 발전하는 방식이다.
현재는 천연가스 연료전지는 수소연료전지보다 연구가 덜되어 실용화 정도가 뒤지고 있다. 그래서 중간단계로 연료는 천연가스를 사용하되 자동차 자체에 수소화 장치를 설치해서 수소연료전지를 사용하는 방법도 있다. 수소화 장치는 천연가스의 수소화가 복잡한 과정은 아니므로 자동차에 설치할 수 있을 만큼 작고 경제적으로 만들 수 있다.
대규모 수소생산 시설과 수소 주유소 등 현재의 자동차 연료 인프라와는 크게 다른 완전히 새로운 수소생산 및 배급망을 건설해야한다. 수소 주유소는 극저온의 액체수소를 저장해야하고 엄격한 안전설비도 갖추어야하므로 일반 주유소나 LNG 주유소보다 훨씬 시설비가 많이 든다.
반박: 수소 저장 인프라는 현재 주유소나 LNG 주유소보다 더 비싸지 않다. 수소 저장 인프라는 미래에 인류의 발전이 늘어나면 늘어날 수록 자연스럽게 구축될 것으로 전망된다. 이는 위에서 언급했듯 Fuel cell/Electrolyzer cell 의 수소 충전 방전 효율이 매우 높기 때문에 연료저장매개채로서의 수소의 역할이 점점 커지고 있기 때문이다.
수소차량의 장점이라고 하는 것들은 상당부분은 천연가스 차량들도 가지고 있다. 즉 천연가스를 직접 사용하는 차량에 비해 장점은 거의 없고 단점만 많다. 장점이 아주 없는 건 아니나 현재 석유나 천연가스 인프라나 엔진을 바꿔가며 전환할만한 장점은 없다. 앞으로 수십년 (최소 50년 후) 후에 수소를 원자로 등에서 직접 저렴하게 생산하게 되는 날이 와서 수소가 천연가스보다 훨씬 싸게되어야 비로소 수소자동차가 경쟁력이 생길 것이다.
수소자동차 기술에서 가장 앞서가던 도요다 자동차도 전기자동차로 방향을 전환해 2020년까지 전기자동차를 양산 판매 하기로 결정하였다. 사실상 하이브리드 차와 수소차 개발에 전력으로 매달리던 자신들의 삽질을 인정한 것.
다만 탄소세 세금이 본격적으로 도입되면 수소 생산공장에서 나오는 이산화탄소는 공장에서 포집하여 매립등 처리하여 대기에 방출을 줄일 수 있고 탄소세를 환급받아 수소생산 가격을 낮출수 있어 그나마 경쟁력을 향상시킬 가능성이 있다. 천연가스 자동차는 그렇게 하기 어렵다.
반박: 연료전지 자동차는 LPG 차량에 비해 더 친환경적이고, 에너지 변환 효율이 높은 장점을 가지고 있다. 수소는 위에서 언급했듯 물과 전기와 공기만 있으면 현재로도 약 70% 이상의 효율로 생산할 수 있고, 미래에 80% 이상으로 올라갈 것으로 전망한다. 수소전지의 효율을 약 40~60%로 보았을 때, 현재 내연기관을 사용한 LPG차량 및 가솔린 차량 (약 20%대의 효율)과 비교하면 (이산화탄소를 제쳐두고라도) CO, NOx, PM 등 해로운 물질을 배출하지 않으면서 약 2배 이상의 효율을 보여준다. 아직도 도요타, 현대자동차 및 기타 기업들이 연료전지 차량을 계속 연구하는 것은 이유가 있는 것이다. 연료전지 차량이 기타 경쟁차량에 비해서 밀리는 가장 큰 요소는 가격 문제인데, 이 부분만 해결 된다면 연료전지차도 기타 경쟁 차량과 충분히 겨룰 수 있다. 현재 연료전지 스택 가격을 줄이기 위해 Low Pt-loading (면적당 더 작은 백금을 바르는 것) 및 비 백금계열 촉매 개발 등 다양한 연구가 진행되고 있다. 위 정보들을 종합하여 독자 여러분들이 잘 판단하길 바란다.
전기자동차와의 비교
현재 전기자동차가 수소연료전지자동차보다 나은 점은,
우선 수소자동차는 연료전지 스택의 가격과 안정성이 아직 상용화 수준까지 현실화되지 않은 반면, 전기자동차는 배터리 관련 기술이 상용화 가능한 수준으로 빠르게 발전 중이다. 예를 들면, 현재 도요타 미라이의 가격은 북미 기준으로 58,000 달러로 일반적인 전기자동차의 (30,000~40,000 달러)의 가격보다 배로 높은 수준이다.
수소연료전지자동차 (FCEV)가 전기자동차 (EV)에 비해 밀리는 또 다른 점은 바로 연료의 가격이다. 현재 1마일 당 연료 가격은 수소연료전지차의 경우(20~30 cent/mile) 일반 가솔린 엔진 차보다 약간 비싼 수준이지만, 전기자동차와 비교했을 때에 비해(~5 cent/mile) 한참 비싼 수준이다.
충전인프라를 구축하기에 전기자동차가 수소연료전지차보다 용이하다. 현재 테슬라의 전기자동차의 경우 공포의 누진세 문제만 빼면 가정집에서도 콘센트만 있으면 충전이 가능할 정도까지 기술이 발전되었다. 반면에, FCEV의 경우에는 주유소처럼 기반 배관 시설 등의 인프라를 새로 구축해야하므로 인프라를 갖추는데 어려움이 있다. 한국에는 2015년 기준 수소자동차를 충전시킬 수 있는 곳은 3곳, 실증용 임시충전소는 14곳이 있었다.
수소차량은 수소 탱크의 크기와 모양때문에 차량의 전고와 디자인에 제약을 받지만, 전기차는 그런 제약을 덜 받는다.
수소자동차보다 전기자동차가 효율이 좋다. 수소자동차는 필연적으로 폭발과정에서 낭비되는 열 에너지가 발생하는데 전기자동차는 그런 과정이 없다.
반면에, 수소연료전지자동차 (FCEV) 가 전기자동차 (EV) 보다 나은 점은
충전속도가 전기 자동차보다 확연히 빠르다. FCEV는 가솔린 자동차와 같이 완전충전을 하는데 약 5분가량밖에 걸리지 않는 반면, 전기 자동차는 고속도로에서 슈퍼 차저를 이용하여 일부분만 충전했을 때 170마일에 30분, 그리고 집에서 완전충전까지 5~10시간이 걸린다. 응급상황 시 급하게 차를 몰아야할 경우가 생겼을 때 큰 제약이 걸린다.
주행거리가 전기자동차보다 길다. 연료전지차의 경우 주행거리가 300마일 이상으로 일반 가솔린차량과 비슷한 반면, 최신 테슬라 모델 3의 경우 약 215마일이다. 연료전지차의 경우 주행거리는 수소탱크의 용량에 의존하기 때문에 수소탱크의 용량만 키워준다면 주행거리를 늘리기가 용이하지만 , 전기 자동차의 경우에는 주행거리가 배터리 스택의 용량에 의존하기 때문에 주행거리를 늘리려고 할 시 자동차의 가격이 크게 증가한다.
더 안전하다. 수소연료전지차의 경우 연료전지의 연료공급을 쉽게 제어할 수 있으므로, 주로 수소연료 탱크에 의해 안정성이 결정이 된다. 현재 도요타 미라이의 수소연료탱크의 경우 일반적인 총알의 충격에도 견딜 수 있을만큼 안전하며, 비록 충격에 의해 수소가 공기중으로 유출되더라도 그 위험성은 현재 시판되는 가솔린 자동차와 비슷한 수준이다. 반면, 전기자동차의 경우 충격 시 배터리의 내부 전기 쇼트 등으로 인해 화재가 발생할 수 있으며, 배터리 스택 내부의 셀 하나라도 쇼트가 발생하면 열전달로 인해 전체 스택이 망가질 수 있다. 또한, 전기자동차의 경우 배터리 스택 때문에 자동차 자체가 무겁기 때문에 차량간 충돌 시 더 큰 사고가 발생할 수 있다. 다만, FCEV와 EV 둘 다 아직 메인스트림까지 오지 않았고 이용자가 많지 않기 때문에 안정성에 관한 부분은 더 지켜봐야 할 것이다.
한국과 같이 주차공간이 심각하게 부족하고 도로를 통한 물류수송이 많은 국가에서는 오히려 수소충전 인프라가 전기충전보다 확충이 용이한 면이 있다. 수소충전 인프라는 기존의 주유소, LPG충전소 인프라를 전환하면 되기 때문. 이 때문에 전기자동차 진영에서는 수소자동차가 석유 이후의 산업전환을 노리는 정유사들의 지원을 받고 있다며 부정적인 시선을 보내고 있지만, 반대로 민간 자본이 참여하기 용이한 쪽이 인프라 확충에서 빠른 진척을 보일 수 있는 것도 부정할 수 없는 사실이다. 물론 현재는 수소충전시설이 고작 20개도 안되지만, 만약 수소차가 대세로 인정되는 시점이 온다면 그 인프라 확충속도는 전기차의 그것을 빠르게 추월할 수 있다. 또한 충전시간=순환율에서 엄청난 격차를 보이기 때문에 충전시설 자체로만 놓고 본다면 오히려 수소자동차 쪽이 전기자동차에 비해 적은 수의 시설만으로도 서비스를 충족시킬 수 있다. 현재 전기차 진영에서 홍보하는 인프라의 충족와 편리성은 1만여대에 불과한 적은 도입대수에서 오는 착시효과 측면이 큰데, 2016년 정부가 제시한 전기자동차 급속충전기 확충 목표는 15.6대당 1기 수준으로 이 경우 전기차 보급수치가 정부가 목표로 잡은 25만대만 되어도 급속충전을 위한 16,000면의 주차면수가 필요하다는 말이 되며 이는 전국 고속도로 휴게소 주차면수의 1/3 가량을 뒤덮는 규모다. 그리고 이 수치는 어디까지나 급속충전기 한정으로서 완속충전기는 거의 차량 1~3대당 1기 수준의 보급이 요구된다. 반면 주유소의 경우 2천만대에 달하는 차량을 그 1/100 수준의 주유기계로 충당하고 있으며 수소충전시설도 많아야 이 2배 수준이면 충족되므로 비교가 되지 않는다.
전력관리 측면에서 리스크가 적다. 현재 정부나 관련업계는 전기자동차 25만대 보급 시 소모 전력은 전력예비율의 1%대 수준이라고 보고 있으나, 이러한 비율대로라면 현재 2200만대가 넘는 대한민국의 모든 자동차가 전기자동차로 전환될 시에는 100%에 달한다는 결론이 나온다.
현재 상황
셰일가스 혁명으로 인한 저유가 기조가 계속되고 있고 수소 충전 인프라가 우후죽순으로 생겨나는 전기차 충전 인프라 숫자에 뒤쳐지는 점과 수소차 제작에 필요한 희토류 채굴이 환경에 더 파괴적인 결과를 불러온다는 연구결과 등이 나오면서 현시점에서는 상용화에 실패했다고 봐도 무방하다. 가장 많은 수소차를 판매한 토요타 역시 실패를 인정하고 2022년까지 완전 전기자동차를 만들어 판매하겠다고 밝혔다.
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