수소차용 수소 저장 기술 — 고압탱크 vs 액체수소 vs 금속수소화물 비교 분석

수소차의 핵심, 수소 저장 기술의 현재와 미래

수소차는 친환경 미래 모빌리티의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 전기차보다 빠른 충전 시간과 긴 주행거리, 그리고 온실가스 배출이 거의 없다는 점이 수소차의 큰 장점으로 알려져 있죠. 그러나 이러한 장점을 실제로 구현해내기 위해서는 수소를 안전하고 효율적으로 저장하는 기술이 필수입니다.

수소는 우주에서 가장 가벼운 원소로, 자연 상태에서는 쉽게 기체로 존재합니다. 하지만 자동차에서 동력원으로 사용하려면 고압, 저온 액화, 또는 화학적 저장 형태로 저장해야 합니다. 저장 기술의 발전 수준은 수소차의 상용화와 경제성을 결정짓는 핵심 요소라고 할 수 있습니다.

이번 글에서는 수소 저장의 대표적인 세 가지 기술인 고압탱크(Compressed Hydrogen), 액체수소(Liquid Hydrogen), 금속수소화물(Metal Hydride) 저장 방식에 대해 각각의 원리, 장단점, 상용화 가능성을 분석해보겠습니다. 이를 통해 수소차 기술의 현재 위치와 앞으로의 방향성을 이해할 수 있을 것입니다.

 

고압탱크 저장 — 현재 상용 수소차의 표준 기술

현재 대부분의 수소차, 예를 들어 현대차의 넥쏘(NEXO)나 토요타의 미라이(Mirai)는 700bar(약 700기압)로 압축된 수소를 저장하는 고압탱크 방식을 사용하고 있습니다. 고압탱크는 섬유 강화 플라스틱과 탄소섬유로 제작된 다층 구조를 통해 높은 압력에서도 폭발하지 않도록 설계됩니다.

이 방식의 가장 큰 장점은 기술이 이미 상용화되어 있다는 점입니다. 충전소에서도 동일한 압력으로 수소를 공급받기 때문에 인프라가 잘 구축되어 있습니다. 또한 충전 시간이 3~5분으로 짧아, 전기차 대비 사용 편의성이 높습니다.

하지만 단점도 분명합니다. 첫째, 고압으로 압축해도 수소의 에너지 밀도가 낮기 때문에 비교적 큰 공간이 필요합니다. 이는 차량 내부 설계에 제약을 주며, 무게 증가로 인해 연비에도 영향을 미칩니다. 둘째, 고압탱크는 제조 비용이 비싸고, 사용 주기마다 안전 점검이 필수입니다. 그럼에도 불구하고 현재로서는 가장 현실적인 기술로 자리 잡고 있습니다.

액체수소 저장 — 항공우주 기술에서 자동차로

액체수소 저장은 극저온(-253℃)에서 수소를 액체 상태로 유지하는 방식입니다. 액화 수소는 부피당 저장할 수 있는 수소량이 고압탱크보다 약 4배 이상 높아, 이론적으로는 더 작은 탱크로도 긴 주행거리를 확보할 수 있습니다.

이 기술은 주로 우주항공 분야에서 사용되어왔고, 최근에는 BMW와 같은 제조사에서 실험적인 차량에 적용하기 시작했습니다. 대표적인 사례로 BMW iX5 Hydrogen 프로젝트에서는 액체수소를 사용하는 시험차량을 선보였죠.

그러나 상용화에는 큰 장벽이 있습니다. 액체수소를 유지하기 위해서는 초저온 냉각 시스템이 필요하고, 지속적으로 에너지가 소비됩니다. 또한 기화 손실(Boil-off) 현상으로 인해 일정 시간이 지나면 수소가 자연적으로 증발하는 문제가 있습니다. 이 때문에 액체수소는 장거리 대형 운송수단이나 항공 분야에서는 유리하지만, 일반 승용차에는 아직 비효율적이라는 평가를 받고 있습니다.

금속수소화물 저장 — 미래형 기술의 가능성과 한계

금속수소화물(Metal Hydride) 저장 방식은 비교적 생소한 개념일 수 있습니다. 이 방법은 특정 금속이나 금속 합금이 수소를 화학적으로 흡수해 저장하고, 필요할 때 가열하여 수소를 방출하는 원리입니다. 수소는 금속 격자 사이에 저장되기 때문에 비교적 저압에서 안전하게 보관할 수 있는 장점이 있습니다.

현재 연구 중인 금속수소화물로는 라나탄륨(Lanthanum) 기반 합금이나 티타늄-철(TiFe) 기반의 합금 등이 있으며, 이들은 높은 수소 흡수율과 방출 용이성을 목표로 개발되고 있습니다.

가장 큰 장점은 저압에서도 안정적으로 수소를 저장할 수 있어 폭발 위험이 적다는 점입니다. 또한 외부 환경 변화에도 비교적 안전합니다. 그러나 단점은 명확합니다. 저장체 자체의 무게가 무겁고, 온도 조절을 위한 열 관리 시스템이 필요하다는 점입니다. 아직 상용 차량에 적용하기엔 기술 성숙도가 부족하며, 주로 연구용 또는 특수 목적의 저장 기술로 사용되고 있습니다.

하지만 미래에는 금속수소화물 기반의 고효율 저장 기술이 상용화되면 수소차의 안전성과 경제성이 획기적으로 개선될 가능성도 있습니다.

수소 저장 기술 비교 — 장단점과 적용 가능성 분석

저장 방식장점단점현재 활용도

고압탱크	상용화, 짧은 충전시간, 인프라 구축	고비용, 부피 큼, 안전 관리 필요	현재 상용차 대부분
액체수소	고밀도 저장, 장거리 주행 가능	냉각 필요, 기화 손실, 고비용	시험단계 및 특수 차량
금속수소화물	저압 저장, 안전성 높음	무게 무겁고 열관리 필요, 기술 미성숙	연구개발 단계

 

고압탱크는 이미 상용화되어 있어 현실적인 선택지로 평가되며, 인프라가 함께 발전하고 있는 것이 강점입니다. 액체수소는 항공 및 대형 운송 분야에서 유리할 수 있으며, 금속수소화물은 안전성 측면에서 미래 잠재력이 크지만 기술 성숙까지 시간이 필요합니다.

결국 현재의 수소차는 고압탱크가 중심이지만, 기술 발전에 따라 액체수소와 금속수소화물이 각각의 용도에 맞춰 시장에서 활용될 가능성이 높습니다.

수소차의 미래를 열어갈 저장 기술의 선택

수소 저장 기술은 단순한 저장 그 이상의 의미를 가집니다. 이는 수소차의 주행거리, 안전성, 경제성, 그리고 상용화 가능성에 직접적인 영향을 미치는 핵심 기술이기 때문입니다.

현재는 고압탱크가 유일한 상용화 기술이지만, 액체수소와 금속수소화물 기술도 각기 다른 장점을 지니고 있어 분야별로 특화된 활용이 기대됩니다. 특히 대형 상용차나 항공 운송 분야에서는 액체수소가, 고도의 안전성과 에너지 효율이 요구되는 분야에서는 금속수소화물이 미래를 이끌 중요한 기술이 될 것입니다.

기술 발전 속도에 따라 향후 10년 내에는 다양한 수소 저장 기술이 공존하면서 시장이 다변화될 가능성이 큽니다. 따라서 자동차 제조사뿐 아니라 관련 산업군 모두가 수소 저장 기술에 주목하고 있으며, 이 기술이 수소 경제 시대의 판도를 결정짓는 핵심 열쇠가 될 것입니다.