BMW는 X5 5세대에 수소 연료전지로 구동되는 버전을 추가할 준비를 하고 있다. 지금까지 승용차 시장에서 널리 보급되지 못한 기술에 베팅하는 것이다. 회사는 수소 모델인 iX5가 2028년에 출시될 것이라고 밝혔지만, 어느 국가에서 판매될지는 정하지 않았다.
BMW는 신형 X5를 가솔린·디젤 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 완전 전기차, 수소차를 포함한 5가지 파워트레인으로 출시할 예정이다. 차량 공개 행사에서는 수소 모델이 흰색 차체와 파란색 선으로 등장해 다른 버전과 구동 시스템이 다르다는 점을 나타냈다.
자동차를 넘어선 베팅
수소차는 배터리 전기차와 비교할 때 분명한 문제에 직면해 있다. 전기차 급속 충전망은 확대되고 있고 배터리 공급망도 더욱 성숙해졌지만, 수소 충전소는 여전히 적으며 일부 시장에 집중되어 있다.
미국에서는 미국 에너지부에 따르면 공공 수소 충전소 47곳이 모두 캘리포니아에 있다. 전 세계적으로는 지난해 수소 충전소의 80% 이상이 중국, 일본, 한국, 프랑스, 독일 등 5개국에만 있었다. 이러한 부족은 Toyota Mirai, Honda CR-V e:FCEV, Hyundai Nexo와 같은 차량이 큰 판매량을 달성하는 데 어려움을 겪은 이유를 설명하는 데 도움이 된다.
하지만 BMW는 수소를 자동차용 연료로만 보지 않는다. BMW Group의 차량 라인 책임자인 필리프 콘은 재생에너지원과 함께 수소 경제가 발전하면 연료 공급에 필요한 인프라 확대의 길이 열릴 수 있다고 말했다. 그는 수소가 막대한 양의 에너지를 저장할 수 있다고 덧붙였다.
아이디어는 풍력과 태양광에서 생산된 잉여 전력을 전기분해 장치 가동에 사용해 수소를 생산한 뒤, 이를 탱크에 저장하고 나중에 전력 생산이나 자동차·트럭·지게차 같은 산업용 애플리케이션 구동에 사용하는 것이다.
iX5 수소 시스템은 어떻게 작동하는가?
차량에는 총 7킬로그램, 즉 15.4파운드의 수소를 저장할 수 있는 실린더 7개가 탑재된다. 수소 연료전지는 전기화학적 과정을 통해 저장된 수소와 외부 공기에서 유입된 산소를 결합해 모터를 작동시키는 전기를 만든다.
BMW는 Mirai에 이 기술을 먼저 적용한 Toyota와 협력해 연료전지 시스템을 개발했다. BMW에 따르면 iX5는 WLTP 기준 최대 750킬로미터, EPA 기준 약 400마일의 주행거리를 제공한다. 또한 수소 탱크를 5분 이내에 충전할 수 있어 기존 연료 차량의 주유 시간과 비슷하다.
BMW에 따르면 iX5는 수소 파워트레인과 사륜구동 시스템을 갖춘 최초의 승용차가 된다. Hyundai Nexo와 Honda CR-V e:FCEV는 전륜구동을 사용하며, Toyota Mirai는 뒷바퀴에만 동력을 전달한다.
저장의 장점과 효율성의 한계
연구에 따르면 수소는 배터리 에너지 저장과 직접 경쟁하기보다는 이를 보완할 수 있다. 배터리 시스템은 일반적으로 전력망 변동을 균형 있게 조정하는 데 도움이 되는 빠른 충·방전 주기에 적합하지만, 시간이 지나면서 일부 에너지를 잃지 않고 장기간 완전히 충전된 상태를 유지하지는 못한다.
반면 수소는 자체 방전율이 매우 낮아 수개월 동안 저장할 수 있다. 이는 장기간 에너지를 보존해야 할 때 중요한 장점이며, 특히 풍력과 태양광처럼 변동성이 있는 재생에너지원에서 전력 생산이 증가할 때 더욱 그렇다.
그러나 이러한 장점에는 효율성 저하라는 대가가 따른다. 연구에서는 수소를 전기로 전환한 뒤 다시 전기로 되돌렸을 때 회수할 수 있는 전력량을 의미하는 수소의 전 과정 효율을 35%에서 55% 사이로 추정했다. 배터리 저장 시스템의 이 비율은 80% 또는 90%에 이르며, 더욱 확립된 공급망의 혜택도 누린다.
또한 미국 에너지부에 따르면 현재 미국에서 생산되는 수소의 약 95%는 화석연료에서 나온다. 이는 수소의 환경적 주장에 힘을 약화시킨다. 태양광과 풍력 같은 에너지원은 더 청정한 원천을 사용해 생산하는 이른바 그린 수소 생산을 뒷받침할 수 있다.
인프라가 판도를 바꾸기에 충분한가?
수소 연료전지 차량의 가격은 여전히 매우 높으며 BMW는 iX5의 가격을 발표하지 않았다. 또한 연료를 어디서 공급받을 수 있는지에 대한 문제도 해결되지 않았다. 이는 탱크 충전 속도가 빠르더라도 이러한 차량의 매력을 제한하는 요인이다.
BMW는 에너지 저장 분야에서 수소가 확산되면 결국 수소 충전소도 확대될 것이라고 기대한다. 동시에 배터리 저장 기술도 발전하고 있다. 더 저렴하고 내구성이 높은 리튬인산철 배터리가 점차 더 비싼 니켈·망간·코발트 셀을 대체하고 있으며, 나트륨 이온 셀도 또 다른 선택지로 등장하고 있다.
BMW는 “Heart of Joy” 컴퓨터와 6세대 고전압 배터리 아키텍처를 포함해 회전과 제동의 부드러움을 담당하는 시스템 등 다른 측면에서 iX5가 전기차 자매 모델과 비슷할 것이라고 말한다.
BMW의 수소 관련 경험은 승용차에만 국한되지 않는다. 회사는 10년 넘게 스파턴버그 공장에서 수백 대의 수소 지게차와 수소로 운행되는 운송 열차를 사용해 왔다. 또한 Hyundai Motor Group은 조지아주 공장에서 단거리 화물 운송을 위해 8급 연료전지 트럭 Xcient를 사용하고 있다.
BMW의 베팅이 타당한지는 자동차 산업 밖에서 수소 경제가 어떻게 발전하는지에 달려 있다. Toyota는 지난해 미국에서 Mirai를 단 210대 판매했으며, Honda는 2024년 캘리포니아에서 CR-V e:FCEV를 출시했다. Hyundai는 해외 시장에 차세대 Nexo를 출시할 계획이지만, 현재 미국에서의 판매 여부는 확실하지 않다. 따라서 에너지 저장 분야에서 수소의 미래가 iX5가 성장하기에 적합한 환경을 찾을 수 있을지, 아니면 높은 비용과 제한적인 보급률을 가진 실험으로 남을지를 결정할 수 있다.