자동차업계가 ‘연료전지 레인지 익스텐더’ 주목하는 이유는?
신차 부재로 침체된 수소차 시장
활성화 대안으로 떠오른 ‘연료전지 레인지 익스텐더’
르노, 가장 적극적…2024 파리모터쇼서 새 컨셉트카 공개
2022년을 정점으로 2023년 수소차 시장은 20%나 감소했다. 이 흐름은 올해 더욱 심화되고 있다. 이는 변동폭이 큰 수소 비용과 충전 비용 상승, 인프라 부족 등이 주요 원인으로 지목된다.
무엇보다 시장에 투입되는 신차가 없어 소비자의 관심이 매우 낮은 것도 한 원인이다. 실례로 지난 6월 혼다자동차는 새로운 수소전기차인 ‘CR-V e:FCEV’를 출시했다. 이는 도요타가 지난해 11월 크라운 수소전기차를 내놓은 지 약 8개월 만이다.
혼다가 클래리티를 단종한 지 3년 만에 새로운 수소전기차를 내놓았지만 글로벌 수소차 시장에서 판매되는 수소승용차는 현대차의 넥쏘, 도요타의 미라이와 크라운, 혼다의 CR-V 등 총 4종에 불과하다. 무엇보다 지난 2018년 넥쏘를 출시한 현대차는 아직도 넥쏘 후속 모델이나 새로운 수소승용차를 내놓지 않고 있다. 이 때문에 수소차 대중화가 좀처럼 이뤄지지 않고 있다.
업계는 가장 큰 걸림돌로 ‘낮은 가성비’를 꼽는다.
수소전기차에는 연료전지, 수소저장탱크, 배터리 등이 탑재되기 때문에 기존 내연기관차 플랫폼이나 순수전기차 플랫폼을 활용해 개발하기가 어렵다. 그렇다고 수소전기차 전용 플랫폼을 새롭게 개발하기엔 시간과 비용이 많이 든다. 그래서 대부분 자동차업체는 수소전기차 개발을 망설인다.
수소전기차를 출시한다 해도 주요 부품의 가격이 좀처럼 내려가지 않기 때문에 차량 판매가격을 낮출 수도 없다. 판매가격이 내려가지 않으니 소비자는 수천만원의 구매보조금이 없으면 구매할 엄두가 나지 않는다.
그러나 강화되고 있는 자동차 탄소배출 규제에 대응하기 위해선 수소차가 필요하다. 이에 업계는 가성비 높은 수소차를 내놓기 위해 여러 방법을 연구하고 있다. 대표적인 것이 바로 ‘연료전지 레인지 익스텐더(Range Extender, 주행거리 연장형)’다.
좋은 것만 담았다
연료전지 레인지 익스텐더는 배터리에 저장된 전기로 전기모터를 돌려 주행하다 연료전지시스템으로 배터리에 전기를 공급해 주행거리를 연장하는 구동방식이다.
이 방식은 수소차의 장점인 주행거리와 충전속도, 전기차의 장점인 충전인프라와 공간활용성을 결합한 방식이라 할 수 있다.
이 연료전지 레인지 익스텐더 도입에 적극적인 곳이 바로 프랑스의 르노자동차다.
르노는 지난 2019년 10월 브랜드의 첫 번째 수소전기차이자 경상용차인 ‘캉구 Z.E. 하이드로젠(Kangoo Z.E. Hydrogen)’과 ‘마스터 Z.E. 하이드로젠(Master Z.E. Hydrogen)’을 출시했다. 두 모델엔 33kWh 리튬이온배터리와 전기모터, 레인지 익스텐더 역할을 하는 10kW 연료전지가 탑재됐다.
2022년 5월엔 연료전지 레인지 익스텐더를 적용한 수소전기차 콘셉트카인 ‘세닉 비전(Scenic Vision)’을 공개했다. 이 모델엔 40kWh 리튬이온배터리와 전기모터, 레인지 익스텐더 역할을 하는 16kW 연료전지와 2.5kg 용량의 수소저장용기가 탑재됐다. 현대차 넥쏘와 비교해보면 배터리 용량은 40배가량 크지만 연료전지 출력은 6분의 1수준이다.
그로부터 2년이 지난 10월 14일 르노는 새로운 수소전기차 콘셉트카인 ‘엠블럼(Emblème)’을 공개했다.
르노의 전기차 전담 조직인 암페어가 개발한 이 차에도 연료전지 레인지 익스텐더가 적용됐다. 이 모델엔 40kWh급 리튬이온배터리와 160kW를 출력하는 전기모터, 30kW급 PEMFC(양성자 교환막 연료전지), 2.8kg 용량의 수소저장탱크 등이 탑재됐다. 이를 통해 엠블럼은 최대 1,000km를 주행할 수 있다. 특히 수소만으로 350km를 주행할 수 있다. 암페어는 이달 말에 이 차를 공개할 예정이다.
연료전지 레인지 익스텐더는 르노뿐만 아니라 다른 업체들도 주목하는 기술이다. 대표적인 곳이 바로 혼다차다.
혼다차는 지난 6월 새로운 수소전기차인 CR-V e:FCEV를 출시했다. 클래리티를 단종한 지 3년 만이다. 이 CR-V e:FCEV엔 배터리 레인지 익스텐더가 적용됐다. 이 방식은 연료전지가 만든 전기로 전기모터를 돌려 주행하다 배터리 충전으로 전기를 추가 공급해 주행거리를 연장하는 구동방식이다.
CR-V e:FCEV에 탑재된 PEMFC의 출력은 르노의 엠블럼보다 3배가량 높은 92.2kW이나 배터리 용량은 절반도 안되는 17.7kWh이다. 수소저장용기의 경우 르노 엠블럼보다 1.5kg 많은 4.3kg이다. 이를 통해 CR-V e:FCEV는 최대 270마일(430km)까지 주행할 수 있으며 배터리로만 29마일(46km)를 주행할 수 있다.
독일의 다임러트럭AG는 지난해부터 신형 시내버스인 메르세데스-벤츠 e시타로 레인지 익스텐더(eCitaro Range Extender)를 판매하고 있다. 이 버스엔 도요타의 60kW급 연료전지모듈인 TFCM2-F-60이 탑재됐는데 그 역할은 배터리에 전기를 공급해 버스의 주행거리를 유지하는 것이다. 이를 통해 일반버스는 1회 완충 시 최대 400km, 굴절버스는 최대 350km까지 주행할 수 있다.
레인지 익스텐더, 수소차 활성화 묘수?
레인지 익스텐더 구동방식을 가장 먼저 채용한 곳이 바로 제너럴모터스(GM)다.
GM은 지난 2010년에 출시한 플러그인 하이브리드카인 쉐보레 볼트(Volt)에 적용한 구동방식이 기존 하이브리드 방식과 달리 구동계에는 전기모터만 있고 엔진은 발전만 담당한다며 ‘레인지 익스텐더 탑재 전기차’라고 불렀다.
볼트가 출시된 지 3년 뒤인 2013년 BMW의 첫 순수전기차인 i3가 데뷔했다. BMW는 i3의 주행가능거리가 짧은 데다 전기차 충전 인프라가 턱없이 부족하다는 점을 감안해 650cc 주행거리 연장형 가솔린 엔진을 적용할 수 있는 옵션을 마련했다.
GM과 BMW가 이같이 가솔린 엔진을 레인지 익스텐더로 사용하는 구동방식을 채택한 것은 당시 친환경차의 경쟁력이 매우 낮았기 때문이다.
당시 친환경차의 연비가 내연기관차보다 높았지만 전기모터, 인버터 등 구동계와 배터리 탑재로 내연기관차보다 무거워 효율이 떨어지고 충전 인프라가 턱없이 부족했다. 그런데 가격은 내연기관차보다 높았다.
이로 인해 친환경차가 소비자로부터 외면을 받자 GM과 BMW는 친환경차의 강점인 경제성을 높여 경쟁력을 강화하고자 효율성과 가격경쟁력을 높여줄 수 있는 엔진을 레인지 익스텐더로 사용하는 방식을 마련한 것이다.
그러나 전기모터, 인버터 등 구동계와 배터리 기술력 향상으로 친환경차 경쟁력이 내연기관차를 앞서기 시작하면서 레인지 익스텐더를 적용한 전기차는 거의 없다.
이런 상황이 수소차 시장에서 또 한 번 재연되고 있다. 연료전지 레인지 익스텐더가 수소차 활성화에 촉매제가 될지 주목된다.
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자동차업계가 ‘연료전지 레인지 익스텐더’ 주목하는 이유는?
2022년을 정점으로 2023년 수소차 시장은 20%나 감소했다. 이 흐름은 올해 더욱 심화되고 있다. 이는 변동폭이 큰 수소 비용과 충전 비용 상승, 인프라 부족 등이 주요 원인으로 지목된다.무엇보다
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