수소자동차

현대 넥쏘

현대 일렉시티 수소전기버스

1. 개요

2. 종류

2.1. 수소 연료전지 자동차

수소 연료전지 자동차의 원리

2.2. 수소 내연기관 자동차

2.3. 나무위키에 문서가 있는 차량 모델

• 승용차
• 혼다 클래리티 : 2008년 1세대 출시. 2016년 2세대 출시.[1]
• 현대 투싼 FCEV : 2013년 출시.[2]
• 토요타 미라이 : 2014년 1세대 출시.[3] 2020년 2세대 출시.
• 현대 넥쏘 : 2018년 1세대 출시.[4]
• 토요타 크라운 세단 : 2023년 출시.
• 혼다 CR-V e:FCEV : 2024년 출시 예정.

• 상용차
• 토요타 소라 : 시내버스. 2017년 출시.
• 현대 일렉시티 FCEV : 시내버스. 2017년 출시.
• 현대 엑시언트 FCEV : 화물차. 2020년 출시.
• 현대 유니버스 FCEV : 광역버스, 시외버스, 전세버스. 2023년 출시.

• 프로토타입
• 현대 N 비전 74 : 2022년 공개.

3. 특징

3.1. 수소생산 관련

• 수소의 에너지밀도
  수소의 열량은 동일 중량당 내연기관 연료의 약 3배나 된다. 같은 에너지를 싣기 위해 배터리는 더 많은 무게와 부피를 필요로 한다. 승용차 기준 수소 1kg당 100km의 연비가 나와서, 약 6~7kg의 연료통만 가진다. 따라서 긴 주행거리나 큰 출력이 필요한 상용차, 건설기계, 열차, 선박, 비행기 등에서는 전기자동차에 비해 우위를 가진다. 반면 배터리 전기차는 400km을 가는데에만 수백kg대의 배터리를 탑재해야 한다. 일각에서는 '부피당 실을 수 있는 열량이 휘발유차보다 적다'고 비판하지만, 내연기관이 연료전지보다 에너지효율이 낮아서 연비와 주행거리는 수소차 쪽이 훨씬 좋다. 다만 고압의 보관을 위해 연료 탱크(봄베)가 둥근 형태여야 해서, 상용차의 경우 괜찮지만 승용차 수준에서는 차량설계 및 공간활용성에 제약이 따른다.

• 수소의 경제성(연료 가격)
  세계적으로 가격 차이가 적은 석유에 비해, 수소는 생산방식 또는 생산지로부터의 거리에 따라 천차만별이다. 1kg당 한국은 3000~12000원, 미국에서는 $4~17까지 차이가 크다. (수소 문서 참고.) 대한민국 정부는 2030년까지 1kg당 평균 4,500원 정도로 가격을 안정화하는 것을 목표로 하고 있다. (수소경제 문서 참고.) 때문에 한국은 수소가 생산되는 울산/여수/삼척/당진 등에서 먼저 수소자동차의 수가 늘고 있다. 반면 미국에서는 600km를 주행한다고 했을 때 내연기관 자동차는 휘발유 11갤런을 주유하는 데에 $30 전후면 충분한 반면 수소차는 6kg 충전에 $80이 들어 '거리당 연료비'가 2.5~3배에 달한다.

• 수소의 친환경성 - 수소 문서 참고.

3.2. 수소탱크 관련

• 차량 안정성 평가 (14개 항목) : 후방·전방충돌·화재·고온·저온·고지 등을 통해 안정성 인증
• 수소탱크 인증 시험 (15개 항목) : 총기·기밀·낙하·가압·화재·고온 시험 등을 통해 안정성 인증
• 외부 이상 환경에서 875 가압 충전 실험 12,000회 진행
• 긴급상황에서 수소 공급라인을 차단하고, 화재위험 인지 시 수소를 대기로 방출[5]

• 수소탱크는 위험하다. - 수소탱크 자동차는 기존의 휘발유/LPG/천연가스 탱크 자동차보다도 안전하다.[6][7] 수소 저장 기술은 최근 개발된 기술이 아니라, 산업 전반에서 100년 이상 된 기술이다.[8] 다른 가스저장 기술과 함께 보수적으로 발달해온 기술이기 때문에, 수소가 누출될 위험은 거의 없다고 봐도 된다.
• 수소 누출 시 폭발한다. - 가연성이라 불은 붙을지언정, 폭발이 일어날 위험은 거의 없다고 봐도 된다. 폭발하기 위해서는 생각보다 까다로운 조건이 필요하여, 과량의 산소와 섞여야 하는데, 수소탱크 내부가 고압인데다 공기보다 가볍기 때문에 수소가 누출될 경우 밀폐된 공간이 아닌 이상 수소는 흩어지는데다가 하늘로 신속히 날아가 '불기둥'이 된다.
• 1937년의 수소비행선 힌덴부르크 참사 - 이 참사의 충격적 비주얼과 달리 오히려 수소가 빠르게 연소-방출되어 조기 진화됐고, 비행선의 특성상 비행기 사고와는 달리 생존자도 많다. 해당 사고시점까지 수소비행선은 1783년부터 무려 154년이나 운영되어 왔으며, 1928년부터 대서양 횡단에도 쓰여왔다. 사고원인은 헬륨용으로 설계된 비행선에, 침략전쟁 탓에 미국이 독일에게 헬륨을 팔지 않자, 독일 운영사가 수소를 억지로 집어넣었기 때문. 즉 이 사고를 언급하며 수소가 위험하다는 사람들은 "가솔린차에 디젤을 집어넣어 사고가 났으니 디젤은 위험하다"라고 하는 격. 또한 속도와 탑승인원 등 비행기가 기술적 우위를 가지며 점차 세대교체가 된 점도 있다.
• 1951년의 수소 폭탄 발명 - 핵융합의 원리인데, 그런 고온고압 조건을 일개 자동차 단위로 양산가능했다면 인류가 에너지 문제를 겪고 있지 않을 것이다. 또한 수소자동차는 그냥 경수소(1H)를 쓰는데, 핵융합은 희소한 자원인 중수소를 쓴다.

• 수소 탱크는 수명이 있다. - 장시간 사용 시 수소 취성(hydrogen embrittlement)에 따라 금속이 깨지거나 찢어질 수 있다. 예컨대 토요타 미라이는 수소 탱크의 수명을 15년으로 보며, 주입구 옆에 특정 시기 이후로는 수소를 주입하지 말라는 경고 문구가 붙어있다. # 대부분 법적인 문제로 실제 내구연한은 반영구적일만큼 안전하다. 셀프 충전도 가능해졌다.
• 구매자가 별도의 안전교육이 필요하다. - 한국의 현행법상 고압가스차 운전교육을 이수하고 수료증을 받아야 하며, 수료증 없이 운전하다 적발시 벌금이 부과된다. 이 때문에 술 마시면 대리기사를 못 부른다는 말이 나왔다.[9] 이에 2021년 2월 25일 관련 규정 개정을 통해 일반인은 의무교육 대상에서 제외하고, 수소버스기사 등에 한해서만 이수하도록 변경됐다. #
• 정비자도 별도의 교육 및 시설이 필요하다. - 정비에 추가 인프라, 전문 정비인력이 필요한데다가, 관련 정비를 할 때는 탱크 내의 수소를 비워야 하는데 폭발 위험성 때문에 따로 특별히 관리가 되는 전용 외부 공간에서만 허용이 되고 근처에 고층 빌딩이 있으면 아예 불허된다.

3.3. 수소충전 관련

3.4. 연료전지 관련

4. 역사

4.1. 공통사항

4.2. 수소 연료전지 자동차

4.2.1. 1990년 이전

4.2.2. 1990년, 친환경차 붐

4.2.3. 2003년, 친환경차 혹한기

4.2.4. 2008년, 전기차로 인한 혹한기

• 현대자동차에서는 이를 '세계 최초 양산형 모델'이라고 마케팅했지만 애매한 부분이 있다. 최초의 상용 수소차는 2008년 혼다 FCX 클라리티이기 때문에 최초의 '양산형'이라고 덧붙인 것인데, 양산형이라는 정의 자체가 애매한 부분이 있기 때문이다.
• 그럼에도 구매자도 없는 혹한기에 연구 팀을 유지하기 위해 "사는 사람이 없더라도" 2013~2015 1천대를 적자를 감안하고 생산하기로 하여, 수소자동차 분야의 초격차를 만들어낸 것은 정몽구 회장의 결단이었다.
• 현대자동차 수소연료전지는 2014년에 '세계 10대 엔진'으로 선정됐고 2018년에 다시 선정됐다.
• 대한민국에서는 충청남도가 가장 의욕적으로 수소차를 도입했다. 충청남도 도청에 수십대의 수소차를 도입하고, 내포신도시를 비롯해 각지에 공영 수소충전소도 세운다. 또한 서산 대산 지역을 수소산업특구로 지정해 한화그룹으로부터 부생수소 공장, 수소연료전지 발전소를 유치하는 등 다양한 지원을 했다. 2025년까지 공영 수소충전소 20개소, 민영 수소충전소 10개소, 관용 수소차를 400대까지 확대할 계획을 밝혔다.[10] 또한 옆 도의 충주시도 홍보를 가장한 관용차 훔치기영상을 만드는 등 수소차를 밀어주었다.

• 이전해에 현대 투싼 ix FCEV는 대당 2억원에 팔았는데, 토요타에서 적자를 감수하고 미라이를 8000만원에 팔자, 현대자동차도 차량 가격을 인하했다. 그 이전 구매자들에게는 정비시설-정비사교육을 무상 제공하는 등으로 보상했다.
• 토요타는 자사 특허 100개를 공개했다.

4.2.5. 2017년, 돌아온 친환경차 붐

4.2.6. 2020년

• 9월 20일, 공매도 전문리서치업체 힌덴버그가 여러 사기 의혹들을 종합해 정식으로 제기했다. 특히 "2016년 12월 도로주행 영상은 그냥 빈 트럭을 언덕길에서 굴린 것" 의혹에 대해 창업자 트레버 밀턴의 "당시는 시제품으로, 움직였다고 했지 주행했다고는 안 했다"는 반박 발언이 화제가 됐다. 이에 주식은 폭락했고, 미국 검찰은 트레버 밀턴을 사기 혐의로 피소했다. # 결국 2022년 10월 17일, 배심원단이 유죄를 평결했다. #
• 다만 창업주가 사기범일뿐 기업 자체가 먹튀기업은 아니라는 평이 많다. 위 발언 논란을 인식하고 2021년 8월 니콜라가 '오르막을 오르는' 실제 주행영상을 올리기도 한다. # 또한 2021년 9월 보쉬가 파워트레인 공급협력을 밝혀 진짜 수소자동차 기업임을 보인다. #

4.2.7. 2021년

4.2.8. 2022년

• 독일 - 다임러(메르세데스-벤츠 그룹)가 버스-트럭 등 대형상용차에서도 수소 뿐 아니라 배터리도 한다는 입장을 보인다. #
• 일본 - 토요타가 다임러의 버스에 60kW 플랫형 연료전지를 납품하기로 한다. # 또한 쿠보타가 세계 최초 수소 연료전지 트랙터를 내놨으며, 기존보다 40% 비싸다고 밝혔다. # 그리고 2017년에 이어 2번째 국가 차원의 로드맵이 NEDO에서 나왔다. 대형-상용 모빌리티(HDV, Heavy Duty Vehicle)에 연료전지가 적합하다고 보고, 이에 대한 로드맵을 내놨다. #
• 영국 - '앵글로아메리칸'이 남아공의 백금 광산에 쓸 수소 트럭을 출시했다. #
• 대한민국 - 현대자동차가 스타리아의 수소자동차 버전 출시를 장기 보류하기로 했다. #

• 스웨덴 - 볼보가 수소연료전지로 구동되는 관절형 덤프트럭을 내놨다. #
• 미국 - UPS의 물류를 자율주행 트럭으로 운반하는 회사 '투심플'이 수소 트럭을 도입하겠다고 자회사 하이드론을 세웠다. #
• 영국 - '테브바'가 10분만에 충전되고 500km를 주행하는 7.5톤급 수소트럭을 출시했다. 이어서 12톤급, 19톤급을 출시하겠다고 밝혔다. # 엔진회사 리카르도는 버스회사 Stagecoach North East와 협력해 2024년까지 150대의 런던 이층버스 내부를 교체하겠다고 밝혔다. #

• 대한민국 - 현대자동차의 서브브랜드 현대 N에서 "N 데이 2022 월드 프리미어"를 맞아( 7월 15일) 수소자동차 현대 N 비전 74의 컨셉트카를 공개했다. 과거 1974년 양산을 목표했으나 무산됐던 현대 포니의 쿠페 버전 디자인을 이용했다. 수소 구동계는 현대 넥쏘와 크게 다르지 않으나,[11] 추가적으로 하이브리드 시스템[12]이 추가됐다. 총출력은 후륜 600마력 #
• 미국 - 배터리삼륜차를 15개국에 판매하는 '빌리티'가 주행거리 680kg을 싣고 209km을 주행할 수 있는 수소삼륜차도 선보였다. 2023년부터 인도에서 연 24만대를 생산할 예정이다. #
• 중국 - GAC가 자율주행 미니밴 콘셉트카 '스페이스'를 내놨다. 수소차가 고출력의 자율주행에 적합하고, 냉각그릴이 커야 한다지만, '콧구멍 그릴'로 유명한 BMW보다도 그릴이 커서 고래의 입을 연상시킨다며 디자인이 혹평을 받았다. #

• 미국 - 포드가 소칼가스와 손잡고 수소트럭을 만들기로 한다. 미국 에너지부(DOE) 'SuperTruck 3' 프로그램의 일환으로, 기존 F-550 모델을 교체하기로 했다. #

• 미국 - 캘리포니아주가 수소 운반을 위한 트럭 5대를 디젤에서 현대 엑시언트 수소전기트럭으로 교체하기로 하고, 350만불을 투자했다. #
• 대한민국 - 기아가 군용으로 쓰일 수 있는 트럭, ATV, 발전기운반차량의 콘셉트카를 선보였다. #

• 독일 - BMW가 "전기차 이후 트렌드는 수소차가 될 것이다. 수소차는 가장 '힙'해질 것이다"라며 자사의 연료전지 연구 단계를 밝혔다. #
• 유럽 - 미국의 다국적 자동차회사 스텔란티스가 프랑스 호르댕에서 푸조 엑스퍼트(미니 밴), 시트로엥 점피(중급 밴), 오펠 비바로(캠핑 밴)에 각각 수소전기차를 납품하기로 했다. #

• 대한민국 - 현대자동차가 독일 파운(FAUN)의 트럭생산 자회사 엔지니어스(Enginius)에 연료전지를 공급하기로 했다. #
• 독일 - BMW가 BMW X5의 수소 버전인 iX5 FCEV를 소량 생산시작했다. #

4.2.9. 2023년

• 일본 혼다가 중국 동풍기차와 수소 트럭 제작을 협업하기로 했다. #
• 미국 아모지가 암모니아 기반 수소연료전지를 이용한 트럭을 운행했다. SK이노베이션이 투자한 회사다. #

• 독일 다임러트럭이 액체수소를 이용하는 GenH2 트럭을 2024년 상반기 독일 일반도로에서 실증할 계획을 밝혔다. #
• 중국 스타트업 하이봇이 트럭 H49를 공개하며 "연비를 100km/7.5kg까지 높여서, 기체수소를 이용하고도 1000km를 주행할 수 있는 최초의 트럭"이라고 주장했다. 2024년 하반기 소량납품, 2025년 정식 양산 목표를 밝혔다. #

4.2.10. 2024년

4.3. 수소 내연기관 자동차

4.3.1. 1957년, 보관의 어려움

4.3.2. 1994년, 효율의 어려움

4.3.3. 2015년, 부활의 움직임

• 수소는 당연히 H 밖에 없으므로 CO₂ 생성은 하지 않으나, 내연기관의 고온 때문에 질소산화물은 여전히 생길 수 있다는 지적이 생겨났다.[15] # 이를 피하려 기체를 희박하게 혼합시키는 정밀제어 연구가 이어진다. 2020년 독일의 보쉬와 오스트리아의 그라츠 대학 팀, 일본의 산업기술총합연구소와 가와사키 중공업 팀 등. #
• 대한민국은 수소 엔진을 드론-비행체에 적용하려는 쪽으로 접근해 왔다. 2015년 한국항공우주연구원의 무인기에 적용시키려는 연구 #, 2021년 한국기계연구원의 액체수소를 직접 이용하는 엔진 연구 등. #

• 일본의 토요타가 토요타 코롤라에 수소 엔진을 적용하여 '후지 레이스'에 참석했다. BMW의 마지막 모델이 6리터 12기통이었는데, 토요타가 이를 통해 1.6리터 3기통까지 추격했음을 보였다. 하지만 미국 아르곤연구소는 토요타의 이 모델이 수소 50L로 100km를 가는 저효율 기관이라고 했다.[16][17] # 토요타가 토요타 야리스에도 동일 엔진을 적용하여 선보였는데 엔진의 기술적 변화는 없다. #
• 일본의 가와사키 중공업은 얀마, 재팬 엔진이 선박용 수소 엔진 연합체를 이뤘다. #
• 일본의 마쓰다는 왕년의 로터리 엔진 강자답게, 수소 로터리 엔진 연구를 공개한다. 자동차 매니아 층에서는 2006년 무렵부터 암암리에 흘러 나오던 소식이라고 하나, 언론기사화되고 홈페이지에 올라온건 이 무렵. 로터리 엔진의 최대 단점이 환경 문제라는 걸 생각하면 환영할 만한 소식.[18]

• 2월, 일본의 야마하 모터에서 V8 수소 엔진 시제품을 공개했다. 토요타의 의뢰로 5년간 개발했다고 한다. 480마력 수준이며, 독특하게도 V형 엔진이 보통 배기관이 바깥쪽으로 나오는데 반해, 이 엔진은 V각 안쪽으로 매니폴드를 모은 인뱅킹 형태이다. #
• 5월, 미국의 Achates Engines가 여러 기관과 수소 대향 피스톤 엔진 그룹을 결성했다. #
• 6월, 대한민국의 HD현대인프라코어가 2025년 수소 내연기관을 대형 상용차(버스, 트럭, 건설기계)에 상용화 할 계획을 밝혔다. #
• 6월, 중국의 시노트럭-웨이차이파워가 중국 최초로 13L급 수소 내연기관 트럭을 선보였다. #
• 6월, 일본의 토요타는 에네오스와 협업해 액화수소 승용차를 만들 계획을 밝혔다. 엔진을 사용한다. #
• 7월, 일본의 토요타, 이스즈, 히노 자동차 3사가 수소 트럭용 내연기관 개발 계획을 밝혔다. 3사는 이를 위해 CJPT(일본 상용차 합작 기술 주식회사) 합작사를 2021년 3월에 세운 바 있다. #
• 8월, 일본의 토요타가 GR 야리스 H2로 WRC 벨기에 랠리에 참가한다. 이는 지난 6월에 GR 코롤라 H2로 참가한 이후 2번째로 수소를 연료로 사용하여 레이스에 참가하는 것이다. #
• 8월, 대한민국의 HD현대인프라코어가 11리터급 수소 내연기관을 타타대우의 타타대우 맥쎈에 장착해 2024년 출시할 예정을 밝혔다. #
• 9월, 미국의 커민스가 독일의 메르세데스-벤츠의 트럭에 수소 내연기관을 실은 컨셉트카를 선보였다. #
• 12월, 일본의 토요타가 코롤라 크로스에 수소 엔진을 올려 일본 북부에서 테스트한다. ##

• 1월, 일본의 토요타가 AE86 트레노를 기반으로 수소 엔진을 올린 컨셉트카를 공개했다. #
• 1월, 일본 가와사키는 자사의 전기 오토바이 모델군의 수소 버전 프로토타입을 공개했는데 엔진을 사용한다. #
• 8월, 토요타가 액체수소 엔진을 올린 코롤라로 24시 내구 레이스를 마쳤다.#
• 9월, 한국기계연구원과 현대자동차가 공동으로 누우 하이브리드 엔진을 기반으로 승용 수소 엔진을 개발했다. ##

5. 비교

5.1. 천연가스 차량과의 비교

• 화석연료 차량의 끝 - 탄소세 도입 정도를 넘어서 화석연료 자동차가 2025~2040 중에 전면 금지되면 천연가스 자동차의 장단점을 떠나서 생산 자체가 없어질 수 있다. 천연가스차량은 어차피 수소차로 대체돼야 하므로 지금부터 수소차나 관련 인프라를 갖춰나가는 작업은 필요하다.
• 연료로서 수소와 천연가스 - 개질-부생이 아닌 전기분해를 통한 수소 생산도 늘고 있으며, 수소가 저렴한 국가로부터의 해상운송이 도입되는 등 수소의 가격은 점차 낮아지고 정부 보조금까지 지원된다. 반면 천연가스는 탄소세와 생산감소, 그리고 에너지안보적인 단점을 지닌다.
• 천연가스를 수소로 만드므로 에너지효율이 낮고 비용이 높지 않겠냐는 지적 - 이는 수소가 대량생산될 2023년 전까지 화석연료의 개질-부생에 수소 생산이 의존하기 때문에 나온 지적이다. 하지만 화석연료 내연기관 차량의 연비는 낮고, 연료전지의 효율은 높아서 최종 에너지 효율과 비용은 비슷하다.
• 배기가스 제로 / 달리는 공기청정기 - 온실가스나 배기가스를 만드는 화석연료의 연소와 달리, 수소의 연소 및 연료전지는 물(수증기)이 생성될 뿐이다. 연료전지는 산소 사용을 위해 공기를 흡입하며, 미세먼지를 필터링해야 한다. 연료전지 반응 후 미사용된 공기는 배출한다. 현대 넥쏘의 경우 한 시간당 26.9kg의 공기를 정화하는데, 성인 1명이 1시간당 0.55kg의 공기를 필요로 하므로, 48.9명이 한 시간당 호흡하는 공기량에 해당한다. 또한 이는 타이어-도로마모로 인한 미세먼지를 스스로 정화하며 다니는 효과를 낸다. 35㎍/㎥부터 '미세먼지 나쁨' 예보가 뜨는데, 고속도로는 300m 이내에 350~700㎍/㎥의 미세먼지를 뿜어내곤 한다.

5.2. 전기자동차보다 불리한 점

• 충전
• 연료 가격 - 2022년 한국 기준 화석연료＞수소＞전기다.[19]
• 충전소 및 공급망 건설 - 전기차 충전소는 전기 설치가 가능한 곳이라면 어디든 건설이 가능하다. 한국 기준 한전에 전기차 충전기 설치를 신고하고 별도의 계량기를 달면 누진세도 피하게 해준다.[20] 반면 수소충전소는 주유소처럼 배관 또는 트럭 인프라를 새로 구축해야 해 어려움이 있다. 수소충전소 건설 비용이 20억원 이상으로 전기차 충전소와는 비교할 수 없이 비싸고, 까다로운 안전규정을 충족해야 하는데다 공동주택과 의료시설로부터 50m, 학교와는 200m 이상 거리를 두지 않으면 설치할 수 없어 위치 선정에도 제약이 크다. 배관이 아닌 트럭운반으로 대체할 경우 배관보다 단기적으로 가격을 저렴하겠지만 트럭운반에 의한 에너지손실과 물류 파업으로 인한 공급중단이 있을 수 있다.
• 충전소 회전률 - 수소자동차는 충전시간 자체는 짧으나, 바로 앞 차가 충전하고 간 뒤 충전기의 냉각과 압력 조정으로 대기시간이 필요하다.[21] 이는 곧 수소충전소 사업자의 수익률과 직결되며, 높은 건설 비용과 함께 보급에 걸림돌로 작용한다.
• 충전소 야간이용 - 수소충전기는 자격 인력만 다룰 수 있어서 야간 운용이 어렵다. 24시간 기준으로 따지면 수소충전소 당 충전가능한 차량 수는 전기충전소보다 낮게 된다.[22]

• 차량
• 연료전지와 수소탱크에 의한 디자인 제한 - 차량의 전고와 디자인에 제약이 크다. 탱크(원통형) 크기가 커질수록 낭비공간도 커진다. 전기자동차의 배터리는 최소단위가 조금 큰 건전지 사이즈이고 가격을 무시한다면 밀도를 더 끌어올릴 수도 있어서 배치가 훨씬 자유롭고 공간확보가 유리하다.
• 적은 배터리 - 연료전지는 발전기이므로 전기를 저장하지는 못하므로 회생제동, 하드웨어 보호, 연료전지 어시스트 등을 이유로 배터리를 설치한다. 전기자동차처럼 배터리만 싣는 것에 비해 배터리의 용량이 작게 되므로, 전기자동차만큼 회생제동을 넉넉하게 하지는 못하며 때문에 효율이 더 떨어진다.
• 낮은 최대출력 - 배터리는 수천개의 셀을 직병렬로 구성하므로 용량이 커질수록 방전용량도 비례해서 커진다. 그래서 사이즈에 비해 고성능, 특히 출력전류가 커서 높은 토크, 높은 차량 가속력을 만들기 쉽다. 반면 연료전지는 근본적으로 발전기이고 산소와 수소를 끌어와서 반응시켜야 하므로 배터리처럼 대전력을 신속히 당겨오기 힘들며, 발열과 전압강하가 심해서 고전류 조건에 취약하다.
• 낮은 출력밀도 - 연료전지는 같은 부피와 중량의 배터리에 비해 현저히 성능이 떨어진다. 현대 넥쏘는 95kW[23]밖에 되지 않는다. 넥쏘의 크기가 카이런과 비슷하단 것을 생각하면 동급 화석연료 내연기관차 대비 출력이 낮다. 이 부분을 보완하기 위해 배터리를 추가로 달아 135kW 하이브리드처럼 운용하지만, 기본적으로 동력 성능은 영 시원찮은[24] 차량인 셈. 배터리로 가속을 커버한다 하더라도 미리 충전해놨다 사용하는 만큼 오래 지속될 수는 없는 구조. 상용차로 만든다 하더라도 짐을 실은 채 지형 극복이 의외로 쉽지 않을 수 있다. 전기자동차의 경우 리튬이온배터리의 좋은 방전특성 상 차량 밸런싱과 공간을 둘 다 넉넉하게 확보하면서 출력을 크게 높이는 것이 가능하다. 일례로 테슬라의 가장 저렴한 테슬라 모델 3조차 250~450마력을 낼 수 있으며, 현대 코나 일렉트릭마저 200마력을 제공한다. 심지어 이 문제는 대형차량으로 갈수록 더욱 심각해서 차량 1대에 연료전지를 2대 내지 3대씩 올려야 하고 그만큼 경제성과 수송능력을 크게 악화시킨다.
• 복잡한 구조 - 수소차는 연료전지 냉각수 및 라디에이터, 수소 공급장치 등으로 인해 전기차에 비해 구조가 복잡하다. 복잡한 구조는 정비 비용을 높이고 보다 잦은 정비를 하도록 만든다.
• 충분하지 않은 수명 - 수소차 상용화 연구는 긴 주행거리를 살릴 수 있는 상용차 영역에서 주로 이뤄지고 있지만 짧은 수명이 발목을 잡고 있다. 전기차는 30만 km 이상 운행할 수 있다는 것이 실제 주행 데이터로 검증되어 있지만 수소차는 연료전지의 수명이 15~20만 km 정도에 불과하다. 연료전지 이외에 다른 부품도 수소 취성으로 인해 수명이 짧기 때문에 승용차보다 훨씬 긴 수명을 요구하는 상용차의 특성을 고려하면 수소차는 적합하지 않을 수도 있다.
• 큰 냉각계통 - 연료전지 온도는 약 90도로, 발열량은 많은데 온도는 화석연료 내연기관에 비해 상당히 낮은 점이 발목을 잡아 같은 출력의 내연기관 자동차의 4배 이상의 라디에이터 면적이 필요하다[25]. 제한된 공간에서 공기와 닿는 면적을 넓혀야 하는 설계 난점은 공력설계 및 차량밸런싱에 악영향을 미친다. 라디에이터 그릴이 매우 넓어지는 데에서 오는 디자인의 제한은 덤. 전기자동차의 경우 배터리 및 실내 냉방에 필요한 수준의 라디에이터만 있으면 되어, 흡기구 및 라디에이터를 차량 하부에만 있는 수준으로 만들 수 있다. 공력설계 및 냉각계통 공간/무게에서 내연차에 비해 많은 이득을 얻는다.

5.3. 전기자동차보다 유리한 점

• 차량
• 에너지 밀도 - 수소탱크의 용량을 키우는 것은 가격과 무게를 크게 늘리지 않지만, 배터리의 용량을 키우는 것은 가격과 무게를 늘린다. 전고체배터리가 나와도 ~400Wh/kg 가량인데, 수소시스템은 탱크와 연료전지 등을 다 합쳐도 1500Wh/kg 가량이다. 따라서 500kW 이상의 열차, 비행, 선박에서는 배터리가 아닌 수소가 적합하다는 관점이 지배적이고 실제로도 그런 방향으로 많은 사업들이 진행되고 있다.

• 내연기관 등 화력 기술과 접목 유리 - 수소는 그 자체로도 연소가 가능한 연료이기 때문에 기존 화력(천연가스)의 보조적인 연료로 사용이 가능하다. 수소를 도시가스에 섞어 공급할 수도 있으며, 수소 항공기, 수소 화력발전소를 만들 수도 있다. 무엇보다도 수소를 사용하는 내연기관 제작이 가능하다는 점이 장점으로 꼽히고 있다. 수소연료전지나 이차전지의 문제점으로 인해 아직까지는 전기차보다 내연기관이 더 적합한 분야에서는 수소 내연기관이 기존 화석연료 내연기관을 대체하여 사용될 수 있다.

5.4. 전기자동차와의 중립 및 논쟁적 사안

• 충전
• 전기와 수소의 생애 전 주기의 온실가스 배출량, 친환경성, 에너지 효율 비교는 논쟁적인 연구들이 공존한다. 수소 비판 측은 연료와 차량만 보아 수소차는 40%대, 전기차는 80%대의 효율을 가진다고 지적한다. 탄소를 배출하는 수소 생산 및 저장 방식들도 있다. 수소 긍정 측은 에너지 저장 체계로서 90%가 버려지는 재생에너지의 대용량 보관은 수소만 가능하므로 국가와 지구 단위로 보면 효율적이라고 한다.
• 전기자동차의 충전시간이 길다고 하지만, 상용차의 주행거리-근무시간이 2020년대 이후 운전자의 일일근무시간을 충분히 상회한다. 운전자는 무조건 쉬어야 하는데, 이 때 충전을 하면 된다. 전기-수소 상용차의 주행거리증가-충전시간단축은 결국 인간 운전자를 배제한 자율주행에 의한 24시간 운행을 목표하는 것이다. 24시간 자율운행시대에는 충전시간이 짧은 수소차가 유리해질 것이다.
• 둘의 인프라 설치가 중복이다, 한 인프라가 자리잡으면 다른 인프라는 필요없다 등의 주장이 있으나, 전기 승용차는 가정이나 사무실 주차장에 설치된 소형 충전소를 중심으로, 수소 상용차는 충전거점을 차고지에 별도로 두거나 주유소 같은 별도의 충전시설을 드문드문 설치하는 방식으로 분리하면 된다.
• 전기자동차의 주행거리가 짧다고 하지만, 장거리 여행을 떠나는 횟수는 매우 적다. 대부분의 시간은 집-회사-마트 등 항속거리 안쪽으로만 주행하며, 수소충전소와 달리 전기충전기는 주차장에 존재가능하고, 따로 충전시설로 운행할 필요가 없어 충전시간을 절약한다. 장거리 여행시에도 휴식지점마다 충전시설이 준비되어 있으면 되고, 따로 고속충전시설을 들러야 하게 되더라도, 장거리여행이 아닌 날들에 절약한 시간을 손실하는 것으로 볼 수 있다.

• 차량
• 전기자동차는 짧은 주행거리 낮은 가격, 수소자동차는 긴 주행거리 높은 가격으로 판매한다. 동 제원으로 출시하지 않고 시장도 다르므로 무엇이 싸고 비싸다라고 하기 어렵다.
• "배터리는 차량 외에도 여러 곳에 쓰인다"나 "연료전지는 차량 외에도 여러 곳에 쓰인다"는 말은 같은 말이다. 둘 다 규모의 경제를 갖출 수 있고, 범용성과 확장성이 있다.
• 수소차도 배터리를 사용한다. 수소 비판 측은 회생제동과 순간출력도 낮고 복잡성만 높였다고 비판한다. 수소 옹호 측은 고중량, 고출력, 장거리 상용차의 보완 연료로서 배터리의 생산량을 줄이는 수단으로 보아 지지한다.
• 배터리의 제작에 희토류가 사용되며, 수소연료전지의 제작 역시 촉매 원료로 팔라듐, 백금, 세륨 등이 쓰인다. 따라서 배터리와 연료전지 모두 희토류 사용을 줄이거나 대체하려는 연구가 진행된다. 하지만 촉매를 줄이면 차량의 수명도 줄어들 수 있다.
• 수소탱크의 안전성은 가솔린 자동차보다도 안전하다고 국제인증이 났으므로 논외. 배터리는 쇼트로 인한 화재 및 전체 스택이 발화해야 꺼진다는 문제가 있으나, 수소자동차도 전기자동차 수준은 아니지만 소형 이차전지를 소량 탑재하기 때문에 어느정도 문제를 공유한다.

6. 전망

6.1. 수소차와 전기차의 공존 전망

• 국제에너지기구(IEA), 맥킨지, 블룸버그, 마켓앤마켓, 대한민국 정부 등은 2030년 이후에도 수소차와 전기차는 공존하는 것으로 전망하고 있다.
• 2019년 대한민국 정부는 "배터리는 소형인 전동기~승용차~선박, 수소는 대형인 상용차~수소 열차~수소비행기~수소선박에 적합하다"고 보았다. 미래자동차 정책위키

6.2. 수소차의 가격 전망

• 미국 에너지부, 한국자동차산업연구소, SK증권, 삼성증권은 원가의 40%가 3대부품(스택, 운전장치, 수소탱크)에 달려 있으며, 스택 원가의 30%가 양극판, 18%가 촉매도포 등으로 분석했다. #
• KTB투자증권은 시스템(차량) 수가 늘어남에 따라 50 $/kWnet 가량에 수렴할 것으로 분석했다. #

• 현대, 토요타, 혼다의 수소 승용차는 한국에서 6천만원, 미국에서 5만달러 가량으로, 내연기관자동차 가격의 1.5~2배에 달한다.
• 일본 NEDO(신에너지종합개발기구)는 수소자동차와 하이브리드 자동차의 가격차이를 현재 3천만원 수준에서 2025년까지 700만원으로 축소할 수 있다고 보았다.

6.3. SOFC 연료전지 사용 검토

• 찬성 측
• 섭씨 700도의 고온으로 작동해 승용차 크기 실용화는 어려울지 몰라도, 어차피 '소형-승용은 전기차, 대형-상용은 수소차'가 되어가므로 도입을 검토할 만 하다. 고온을 장시간 견디는 재료를 쓰며 원가가 올라가지만, 백금 등의 고가 촉매를 사용하지 않아 원가가 저렴하다. 2020년 기준 kW당 800~1,000달러 수준.
• 예열시간이 길 것이므로, 자주 켜고 끄는 승용차엔 부적합하다. 따라서 연료전지는 꾸준히 발전하고, 배터리에 계속 축전시켜서 작동케 하면 된다. 장기간 운행하는 트럭 또는 규칙적인 운전이 보장된 열차 등에 도입할 수 있다.

• 반대 측
• 천연가스의 탄소(C)가 산화되면 일산화탄소(CO)가 만들어져, 연료전지의 수명 및 안정성에 지대한 악영향을 미친다. 이를 CO Poisioning이라고 부른다. 괜히 연료전지들이 순수소를 사용하는 것이 아니다. 이론적으로 CO를 사용할 수는 있지만, 수소에 비해 반응이 느려 Activation loss를 증가시켜 출력전압에 손실도 온다. 이 때문에 현재 SOFC 발전소들도 도시가스(천연가스)를 바로 쓰지 않고, 개질하여 순수소로 사용한다.
• 무엇보다 고온 SOFC의 효율이 저온 PEMFC의 효율과 비슷하거나 더 낮다. 따라서 그냥 PEMFC를 쓰지, 고온을 필요로 하는 SOFC를 차량에 도입할 이유가 없다.

• 천연가스를 연료통에 보관하고, 수소화장치를 달아서 수소로 만든 뒤 수소 연료전지를 이용하자는 방안
• 반박: 그냥 수소 연료통을 보관하지, 수소보다 위험한 기체인 천연가스를 보관하고[28], 또 수소화장치까지 달 이유가 없다.

7. 관련 문서

• 수소
• 수소경제
• 수소 열차
• 수소비행기
• 수소선박