토요타시의 친환경차량 보급 정책 ‘사쿠라 프로젝트’

이기암 기자 / 기사승인 : 2019-08-22 09:25:42
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▲ 토요타시 전시장에서 본 ‘미라이(MIRAI)’. 2014년 말에 처음 출시된 MIRAI(미라이)는 일본어로 ‘미래’를 뜻한다. FC스택과 고압 수소탱크 등으로 구성되는 연료전지와 하이브리드 기술을 융합한 ‘토요타 풀 셀 시스템(Toyota Fuel Cell System)’을 적용했다. ⓒ이기암 기자

 

기획취재 순서
1. 에너지 패러다임의 변화, ‘수소’ 미래의 대체에너지가 될 것인가?
2. 토요타시의 친환경차량 보급 정책 ‘사쿠라 프로젝트’
3. ‘전기차 VS 수소전기차’ 앞으로 향방은?
4. 액체수소 기반의 수소에너지 시대를 준비하고 있는 ‘MetaVista’
5. ‘수소 스마트 시티 계획’을 선포한 고베, 일본의 수소산업 전략은?


일본 토요타시의 친환경차량 정책 


일본의 토요타시는 환경을 배려한 자동차 사용을 촉진하고 있다. 토요타시민을 대상으로 차세대자동차(플러그 하이브리드차, 전기자동차, 연료자동차(FCV) 구입에 대한 보조제도를 1998년 4월부터 선구적으로 실시하고 있다. 2010년부터는 에코페밀리지원보조제도의 일환으로 새로운 환경기술의 보급 확대와 가정생활의 저탄소화에 기여하는 것을 목적으로 차세대자동차 구입에 대한 보조를 시행하고 있다. 2017년도 보조건수는 345건, 보조합계액은 6734만2000엔이었다. 전기충전설비의 추가 보조건수는 165건, 외부충전설비의 추가 보조건수는 152건으로 이에 따르면, 이산화탄소(CO2)의 삭감량은 342.6톤/년으로 산정되고, 이는 약 64세대가 1년간 배출하는 CO2에 상당한다. 또한 시민(개인) 대상의 제도로서 실시해왔던 차세대자동차 구입지원제도를 사업자에 대해서도 확대함으로써, 소비환기운동을 지원하고 환경대책의 효과적인 실현을 목표로 하고 있다. 2017년에는 54사업소에 55대에 대해서 보조금을 교부했다. 이밖에 공용차에 대한 차세대 자동차 솔선구입의 일환으로 시 자체적으로 차세대자동차를 구입해 공용차로 쓰고 있다.

토요타시의 차세대자동차 보급사업 ‘사쿠라 프로젝트’

토요타시의 차세대자동차 보급사업으로 ‘사쿠라 프로젝트’가 있다. 이 프로젝트는 일본의 재난에 대비하는 방재대책 측면에서 차세대 친환경차량을 보급하려는 대책으로 2015년 8월부터 실시하고 있다. 이 프로젝트는 도요타자동차와 도요타시가 같이 추진하고 있는데 지진, 쓰나미 등 재난이 많은 일본에서 방재대책을 겸비한 차세대 친환경차량 보급으로 재해를 상정한 외부급전기능(차량에서 외부에 전력을 공급하는 기능. 비상용전원으로서의 활용 등 방재면에서의 우위성이 주목된다)을 활용해 시민들의 안전을 보장하고 생활불편을 최소화하겠다는 것이다. 일본에서 재난이 일어나면 보통 학교 체육관이 피난소가 되며, 전기 또한 대부분 끊기는데, 그때 각 가정에서 차들을 가져와 운동장에 모아놓고 차에서 발생하는 전기를 사용한다는 것이다. 일본 토요타시 관계자에 따르면 지난 2011년에 쓰나미가 일어났을 때도 시의 전기가 대부분 차단됐는데, 이때 차들의 전기를 끌어 써서 큰 도움이 됐다고 한다. 차에서 바깥으로 전기를 빼서 쓸 수 있도록 하는 설비를 설치하는 데 시에서는 5만 엔을 지원해준다. 일본에서는 앞으로도 토요타시뿐만 아니라 다른 시도에서도 재난에 대비할 수 있는 친환경차량 보급을 늘려나갈 계획이다. 한편, 토요타시에는 토요타자동차가 2012년 5월에 건립한 친환경사회의 모습을 담고 있는 ‘에코풀 타운’이라는 곳이 있다. ‘저탄소 모델 지구’를 목표로 한 이곳은 단순히 친환경자동차를 만드는 데 그치지 않고 인간의 삶 전반에 걸쳐 친환경사회를 만들겠다는 의지가 담겨 있다. 이곳에는 가전이나 자동차, 태양광발전을 연계해 가정 내의 에너지를 효율적으로 사용하는 주택이 들어서 있고 초소형 전기자동차와 전동바이크, 전기자전거도 세워져 있다. 수소충전소 또한 설치돼 있다.
 

▲ 토요타자동차가 세운 친환경사회 구축 현장 ‘에코 풀타운’. 에코 풀타운은 기업과 시민, 지자체가 환경기술 개발에 함께해 친환경 사회를 만들겠다는 목표를 실현하고자 하는 곳이다. ⓒ이기암 기자


울산시의 수소시티 추진 사업

토요타시가 친환경 정책으로 사쿠라 프로젝트를 추진하고 있다면, 울산시는 미래 수소시대를 대비해 수소시티를 조성하려는 의지를 다지고 있다. 이러한 의지를 담아 지난 7월 22일 시의회 회의실에서는 시의원과 교수, 수소 관련 업체 관계자 등 60여 명이 참석한 가운데 ‘울산 수소산업 인프라 구축을 위한 다양한 의견을 수렴하기 위한 토론회’가 열렸다. 이날 토론회에서 울산발전연구원 김혜경 박사는 발전용 연료전지를 주축으로 가정과 건물용 연료전지 보급이 필요하며, 기체·액체·고체 등 다양한 저장방식과 수소 파이프라인 건설을 통한 수소 유통체계 확립이 필요하다면서 수소시티 조성을 위해서는 수소에너지의 수요와 관심 증가에 따라 정부 차원의 장기적 관심과 투자가 필요하다고 밝혔다. 김 박사가 얘기한 가정용 연료전지 보급 확대와 액체·고체의 다양한 수소 저장방식은 언젠가는 이뤄내야 할 과제다. 일본에서는 2018년까지 가정용 연료전지인 ‘에네팜’이 25만 가구에 보급됐다. 또한 전 세계적으로 액화수소 플랜트 기술을 확보하고 있는 국가는 미국, 독일, 프랑스, 일본 등인데 액체수소는 안전성 및 경제성 측면에서 기체수소보다 유리하기 때문에 향후 경쟁력 확보를 위해서는 반드시 국산화 기술이 필요하다. 이동휘 한국수소산업협회 부회장은 울산시의 수소시티 조성을 위해서는 독일과 일본의 성공한 수소도시 사례를 벤치마킹하고 실패한 사례를 타산지석으로 삼아야 하며, 수소 관련 시설을 설치하는 데 울산의 항만도시로서의 특성을 살리는 것이 필요하다고 강조했다. 또한 일본이 2020년 도쿄올림픽을 수소올림픽으로 홍보하듯이 2021년 울산에서 열리는 전국체전에서도 수소도시 울산을 적극 홍보할 필요가 있다고 밝혔다. 유럽연합(EU)이 정의한 스마트시티의 개념은 디지털 기술을 활용해 시민을 위해 더 나은 공공서비스를 제공, 자원을 효율적으로 사용하며 환경에 미치는 영향을 최소화해 시민의 삶의 질 개선 및 도시 지속가능성을 높이는 것이다. 스마트 수소도시로 가기 위해서는 장기적으로 자율주행 및 스마트 모빌리티 기술과 융합돼야 하고, 석유화학단지 내 부생수소를 이용한 에너지 공급으로 기존 지역자원의 활용이 필요해 보인다.
 

▲ 지난 7월 22일 울산시의회에서는 시의원과 교수, 관계 공무원, 수소 관련 업체 관계자 등 60여 명이 참석한 가운데 ‘울산 수소산업 인프라 구축을 위한 다양한 의견을 수렴하기 위한 토론회’가 열렸다. 울산발전연구원 김혜경 박사가 한국의 수소 비전에 대해 설명하고 있다. ⓒ이기암 기자


토요타자동차, 수소연료전지차 판매량 연간 3만 대 계획
 

토요타시의 수소 관련 부서 공무원 도호야마 씨는 도요타자동차 계열회사인 파나소닉이 수소연료전지를 자체 개발한다고 말했다. 또한 수소차와 전기차 어디에 더 중점을 두느냐는 질문에 지금은 2개 분야의 연구자들끼리 경쟁을 하고 있는 상황이라고 했다. 도요타시에서는 수소충전소가 2개 있는데 앞으로도 충전소 부지 문제를 고민하고 있으며, 수소충전소와 관련해 국가에서 보조금이 나오지만 시에서는 따로 나오지 않는다. 다만 민간업자들이 수소충전소 설치를 원할 경우 도요타시에서는 설치할 적합할 장소를 조언해준다든지, 공청회를 열어 준다든지 할 뿐이다. 또한 토요타시에서는 카셰어링 서비스 같은 경우 자동차 교환장소를 무상으로 제공해주고 있으며, 토요타시에만 카셰어링 할 수 있는 장소가 60개소나 있다. 미래에는 결국 자동차도 일반가전기기처럼 완전소유물이 아닌 점유물의 형태가 될 것이라는 얘기다. 이밖에 토요타자동차는 수소연료전지차 판매량을 2020년까지 연간 3만 대로 늘릴 계획이며 이를 위해 고압 수소탱크의 생산능력을 대폭 확충한다는 계획이다. 고압 수소탱크는 아이치현 미요시시의 하산공장 안에 전용라인을 만들기로 했고, FC스택 생산설비는 일본 아이치현 토요타시 본사 공장 부지에 새로 건설할 예정으로 알려졌다.

토요타시 전시장에서 본 ‘미라이(MIRAI)’

2014년 말 처음 출시된 ‘미라이(MIRAI)’는 일본어로 ‘미래’를 뜻한다. 자체 개발한 FC스택과 고압 수소탱크 등으로 구성되는 연료전지와 하이브리드 기술을 융합한 ‘토요타 풀 셀 시스템(Toyota Fuel Cell System)’을 적용했다. 미라이는 수소를 고압 탱크에서 700기압으로 압축해 실은 후 이 수소를 연료전지로 보내 발전한다. 발전하는 데 필요한 산소는 대기 중에서 공급받는다. 발전할 때 배출되는 물질은 오로지 물 뿐이다. 전력은 차체 전방의 모터로 보내고 앞바퀴를 구동시켜 달린다. 즉, 연료전지 자동차는 스스로 발전하면서 달리는 자동차라고 할 수 있다. 남은 전력과 감속할 때 잃은 에너지를 이용해 발전한 전력은 축전지로 보내 재이용한다. 연료전지 스택은 연료전지 자동차의 심장부로 여기서 수소와 산소를 화학 반응시켜 발전한다. 최고출력은 155마력이며 부피는 약 37리터(L). 부피에 대한 출력은 3.1kW/L로 세계 정상급의 성능이다. 즉, 소형인 데 비해 발전 능력이 높다. 연료전지 자동차의 연료 중 하나인 수소를 압축해 탑재하는 고압 수소탱크는 필요에 따라 연료전지 스택으로 수소를 보내 발전이 이루어지는데, 2대의 탱크 모두 700기압으로 압축된 수소를 충전할 수 있으며 합계 탱크 용량 122.4L에 대해 약 5kg의 수소를 충전할 수 있다. 수소 충전 시간은 3분 정도이며 항속거리는 약 650km, 최고속도는 175km/h다. 모터 최고출력은 114kW다. 미라이의 가격은 세금 포함 723만6000엔(약 7240만 원)이며 그중 정부와 지자체가 총 300만 엔의 보조금을 지원하고 있어 400만 엔 정도에 구매할 수 있다.

 

▲ 토요타시의 중심가인 모토시로쪼 지역에는 ‘에코 풀 타운’이라는 미래도시 모형이 만들어져 운용되고 있다. 이 안에는 수소충전소가 있으며, 수소연료 버스가 오가고 초소형 전기자동차나 전동 바이크 등을 대여해 운행하고 있다. ‘에코 풀 타운’ 안의 수소충전소에서 ‘미라이’가 수소를 충전하고 있는 모습. ⓒ이기암 기자

 

수소연료전지차는 어떤 구조로 이뤄져 있나

수소연료전지차는 기존 자동차의 엔진에 해당하는 연료전지 시스템과 전장장치, 수소저장장치로 구성돼 있으며 연료전지 시스템에는 연료전지 스택과 수소·공기·물을 관리하는 운전장치로 분류된다. 원가와 성능 결정 측면에서 가장 큰 비중을 차지하는 3대 핵심부품은 연료전지, 운전장치, 수소저장장치다. 운전장치는 연료전지에 필요한 수소 및 공기 공급 역할을 담당하며 연료전지의 효율적인 구동에 영향을 주고, 수소탱크는 고압화를 통한 수소 저장 부피 확대를 통해 차량 주행거리를 결정한다. 비용은 연료전지 스택, 운전장치, 수소탱크가 40%를 차지하며 섀시, 배터리 등이 20%를 차지한다. 나머지(40%)는 개발비와 판관비 등이다. 즉 3대 핵심부품이 수소연료전지차 가격의 40%를 차지하게 되는 것이다. 성능에서는 연료전지 스택의 에너지 효율에 의해 차량 연비 성능이 결정되고, 운전장치는 스택에서 필요한 수소 및 공기 공급 역할을 한다. 주행거리는 수소탱크의 고압 저장 성능이 주행거리 및 수소 폭발 관련 안정성을 좌우하고, 연료전지 스택의 충/방전 가능 횟수에 의해 내구성이 좌우된다. 충/방전 횟수가 적을 경우 유지, 보수 비용이 증대된다. 결국 수소연료전지차는 핵심 부품가격이 차의 가격을 좌우하고, 부품가격이 싸져야만 차의 가격도 내려가게 된다.

내연기관차량에서 친환경차량으로 전환, 쉽지 않다?

한국자동차공학회가 2019년 3월 ‘2030년 자동차 동력 발전’을 주제로 한 발표를 보면 일반의 예상과 달리 내연기관 엔진을 장착한 차량이 2030년에도 세계 자동차 시장의 90%를 차지할 것이란 전망을 내놨다. 파리기후협약에 따라 각국에서는 내연기관차를 줄이고 친환경차 정책으로 가는 것을 봤을 때 의외의 전망이라고 볼 수 있다. 왜 이런 전망이 나왔을까? 아직도 세계 글로벌 자동차업계에서는 내연기관 중심의 자동차를 쉽게 포기하지 못할 거라고 본 것인가? 지난 2015년 시작된 폭스바겐 디젤 스캔들로 대기환경, 저출산 등 각종 질환 유발에 영향을 끼칠 수 있다는 연구결과가 나왔는데, 이처럼 논란이 많았던 폭스바겐은 배출가스를 대폭 줄인 새 디젤 엔진을 내놓겠다고 밝혀 친환경차 정책으로 가지만 디젤은 포기하지 않겠다는 의도를 내비쳤다. 또 미국의 전기차업체 테슬라가 수억 달러의 적자를 내는 것을 보면서, 세계 자동차기업들이 수익성을 따짐으로써 내연기관을 쉽사리 포기하지 않을 것이라는 전망도 있다. 때문에 각 나라마다 친환경차량으로의 전환이 빨리 이뤄지기 위해서는 기업과 소비자 모두 만족할 수 있는 정부의 다양한 정책들이 수반돼야 할 것으로 보인다.

 

▲ 대전 유성구에 위치한 액체수소 전문 기업 ‘METAVISTA’. ‘METAVISTA’는 수소 생산부터 운송, 저장 및 응용에 이르는 전체 수소 밸류체인 중에서 특히 수소를 가장 효율적이고 안전하게 저장할 수 있는 형태 중 하나인 액체수소를 전문으로 하는 기업이다. ⓒ이기암 기자


에너지 패러다임의 변화와 파리기후협약

현재 에너지 패러다임은 나무, 석탄, 석유, 가스를 거쳐 오면서 탄소를 점차 줄여가는 방향으로 발전해가고 있다. 많은 양의 탄소 배출로 인한 세계기후의 변화와 그로 인한 자연재난의 증가를 감소시키는 것이 기후변화협약(UNFCC)의 목표다. 1992년 브라질에서 178개국 대표가 ‘리우 선언’을 했다. 이는 기후변화에 관한 대표적인 다자간 협약이며, 정식 명칭은 ‘기후변화에 관한 국제연합기본협약(United Nations Framework Convention on Climate Change)이다. 1980년대 지구온난화로 세계 곳곳에서는 빙하가 녹고 해수면이 상승할 뿐만 아니라 가뭄, 홍수, 태풍 등 자연재해의 빈도가 높아지는 이상기후 현상이 나타났고, 이는 생태계뿐 아니라 사람들의 삶도 위협하는 상황이 됐다. 1997년 12월에는 일본 교토에서 교토의정서가 채택돼 선진국의 온실가스 감축 목표치와 이행방안들이 포함돼 있어 협약이 실제로 추진될 수 있는 중요한 계기가 됐다. 하지만 개발도상국들의 경제발전 과정에서 온실가스 배출량은 필연적으로 증가했고 감축 의무가 있던 선진국에서도 협약을 이행하지 않아 큰 성과를 거두지 못했다. 2015년 12월에는 프랑스 파리에서 파리기후협약이 195개국의 만장일치로 채택됐는데, 이는 2020년 시효가 만료되는 교토의정서를 잇기 위한 기후변화협정이었다. 협약의 핵심은 지구의 평균 기온 상승을 2℃ 이내보다 낮은 수준, 실제로는 1.5℃ 이내로 제한하기 위해 노력한다는 것으로 ‘이행강제성’까지 담고 있다. 이 협약에 따르면 선진국들은 온실가스 감축에 더 큰 의무를 지고 있다. 파리기후협약의 주 내용은 온실가스에 대한 포괄적 대응으로 선진국과 개도국 196개 당사국 모두에게 온실가스 감축 의무를 부과하고 있다. 또 각국에 INDC(자발적 감축 목표)를 제출할 의무 및 이행 결과 검증 의무를 부과하고 있지만, 목표치를 달성하지 못해도 법적 책임은 없는 것이 문제점으로 남았다. 하지만 유럽의 일부 국가들은 이러한 파리기후협약 이후 자동차 판매 정책에 변화를 보였고 실행에 옮기려고 노력하고 있다. 2017년 이미 플러그인 전기차 판매 비중이 40%에 달하는 노르웨이는 2025년부터 100% 플러그인 전기차만 판매하도록 하는 법안에 합의했고, 프랑스는 2040년 내연기관차 판매 금지를 추진하고 있는 가운데 파리에서는 2024년 올림픽 개최 시기에 맞춰 디젤엔진차 판매 금지를 계획하고 있다. 앙겔라 메르켈 독일 총리도 휘발유와 디젤엔진만 장착된 차량의 판매 금지를 선언한 나라들의 정책에 독일도 동참하는 것은 시간문제라고 암시했다.

 

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