[홍영택]자동차의 미래를 이끄는 화학소재

[사이언스 칼럼]홍영택 한국화학연구원 에너지소재 연구센터장

▲ 홍영택 한국화학연구원 에너지소재 연구센터장

끊임없는 혁신의 결과물인 자동차는 현대인의 필수품으로 자리잡았다. 자동차의 혁신에 있어서 조연에 그치던 화학소재가 최근에는 주인공으로 떠오르고 있다.

지난 10년간 국산차는 제품경쟁력과 브랜드 인지도 향상, 전략차종 투입 등으로 내수와 수출이 비약적으로 확대됐다. 2011년 기준으로 국내 자동차 생산은 460만대에 이른 것으로 나타났다. 이러한 자동차 산업의 지속성장을 위한 핵심요건으로 차체 경량화와 친환경 기술 개발이 추진되고 있다.

특히 자동차를 가볍게 하기 위한 플라스틱 소재와 같은 화학소재 활용이 확대되고 있다. 화학소재를 자동차에 적용하면 가벼운데다 가공이 쉬어 다양한 디자인의 자동차를 만들 수 있다. 그러나 화학소재는 장기간에 걸친 대규모 투자가 필요하고 산학연 공동연구체제가 필수다.

이에 따라 화학소재에 관한 한 아직까지는 기술선진국에서 글로벌 경쟁력을 가지고 있다. 예를 들어 변속기나 엔진의 핵심부품인 베어링의 경우에는 아직까지 대부분 독일, 일본기업에서 수입하고 있는 실정이다. 경량화 추세와 더불어 자동차 내외장재의 고급화 추세로 화학소재의 적용비율로 갈수록 높아지고 있다.

유럽의 경우 2000년 초반에 플라스틱이 자동차 부품의 10%를 차지했지만 향후에는 25%에 달할 것으로 전망된다. 이에 따라 자동차와 화학소재의 동반성장을 위한 세계 각국의 기술경쟁이 치열하게 펼쳐지고 있다. 특히, 미래 친환경 자동차를 선점하기 위한 화학소재 확보에 열을 올리고 있다.

여러 대안 가운데 주목받고 있는 것이 수소연료전지 자동차다. 수소는 우주에서 가장 풍부한 원소로 알려져 있다. 일반적으로 백과사전 속에서 수소는 가벼운 기체원소이며 빛깔과 냄새와 맛이 없고 불에 타기 쉽다고 정의되어 있다. 이런 수소를 이용해 에너지를 만드는 가장 대표적인 장치가 바로 연료전지다.

연료전지는 화력발전처럼 연소과정을 거치지 않는다. 당연히 환경오염이 없고 부산물도 배출하지 않는다. 예를 들어 자동차에 쓰이는 대표적인 연료인 휘발유의 에너지 전환효율이 최대 20%인데 비해 연료전지는 연료(수소ㆍ산소)의 40~60%를 전기로 변환한다. 크기에 구애받지 않아서 다양한 크기로 제작해서 활용할 수 있는 장점도 있다. 또한 자연환경에 따른 제약도 작아 도시에서도 유용하게 활용할 수 있다.

이러한 연료전지를 적용한 대표적인 사례로 주목받고 있는 것이 자동차다. 자동차 부문은 전세계 에너지 소비량의 24%를 차지할 정도로 매우 많은 에너지를 소비한다. 그런 만큼 50%가 넘는 고효율 연료전지 엔진을 사용한다면 에너지를 크게 절약할 수 있을 것이다. 특히 우리나라는 전체 에너지의 99%를 수입에 의존하고 있어 그 중요성은 더욱 커진다. 연료전지 자동차는 우선 장점이 많다. 무엇보다 엔진으로 무공해 연료전지를 장착하므로 환경을 전혀 오염시키지 않는다. 기존의 자동차처럼 연료를 주입할 수 있어서 주유소 등 현재의 연료주입 시스템을 그대로 사용할 수 있다. 차량의 연비 향상 효과와 수송 부문 에너지원의 다양화도 기대된다.

미국과 유럽연합 등 선진국은 지속적으로 환경규제가 강화해 왔다. 미국에서는 1992년 에너지정책법이 통과했고 캘리포니아 주환경국은 2003년부터 자동차 업체별로 무공해 차량을 10%이상 판매하도록 의무화했다. 지난 3월 유럽연합(EU) 집행위원회는 수소연료전지차 시범사업자로 현대자동차를 재선정했다. 결국 유럽연합도 수소연료전지차의 미래가치에 주목해 시범사업을 실시하고 있는 것이다. 이제 국가적 차원에서 산학연이 첨단 화학소재 개발에 힘을 모아야만 글로벌 자동차 시장의 미래를 선점할 수 있을 것이다.