수소 연료전지 트럭

연료전지 시스템은 수소 연료전지 트럭의 심장부에 해당하는 핵심 동력원이다. 이 시스템은 수소와 산소의 화학 반응을 통해 직접 전기를 생산하는 연료전지 스택, 반응을 위한 공기를 공급하는 공기 압축기, 생성된 전기를 안정적으로 공급하는 전력 변환 장치, 그리고 반응 과정에서 발생하는 열과 수분을 관리하는 열 관리 시스템 등으로 구성된다. 특히 대형 상용차에 적용되는 시스템은 높은 출력과 내구성, 효율적인 열 관리가 요구되며, 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭과 같은 모델에 탑재되어 있다.

연료전지 스택 내부에서는 수소가 연료극에서 전자와 양성자로 분리된다. 양성자는 전해질막을 통과해 공기극으로 이동하는 반면, 전자는 외부 회로를 통해 흘러가 전류를 발생시킨다. 공기극으로 이동한 양성자와 전자, 그리고 공급된 산소가 결합하여 물이 생성되며, 이 과정에서 전기가 발생한다. 이 반응은 연소 과정이 없어 질소 산화물이나 미세먼지 같은 유해 물질을 전혀 배출하지 않으며, 배출물은 순수한 물과 열뿐이다.

상용 트럭용 연료전지 시스템은 일반 승용차용보다 훨씬 큰 출력과 에너지 용량이 필요하다. 장시간 운행과 무거운 화물을 운반해야 하는 특성상 시스템의 신뢰성과 내구성이 매우 중요하며, 다양한 기후 조건과 진동 환경에서도 안정적으로 작동하도록 설계된다. 또한, 시스템의 효율을 극대화하고 수명을 연장하기 위해 연료전지 스택의 상태를 실시간으로 모니터링하고 제어하는 소프트웨어도 함께 발전하고 있다.

수소 저장 및 공급 시스템은 수소 연료전지 트럭의 핵심 구성 요소로, 차량에 필요한 수소 연료를 안전하게 저장하고 연료전지 스택으로 일정한 압력으로 공급하는 역할을 한다. 이 시스템은 주로 고압 수소 저장 탱크, 압력 조절 장치, 공급 라인, 그리고 다양한 안전 장치로 구성된다.

대부분의 상용 수소 트럭은 약 700bar(70MPa)의 초고압으로 수소를 기체 상태로 저장한다. 이는 최대 주행 거리를 확보하기 위해 한정된 공간 내에 가능한 많은 양의 수소를 저장하기 위한 기술이다. 저장 탱크는 내부에 수소를 담는 리너와 이를 보호하는 복합소재(탄소섬유)로 된 오버랩, 그리고 최외각 충격 보호층으로 이루어진 다층 구조를 가지며, 매우 높은 안전성을 갖추도록 설계된다. 탱크에서 공급되는 고압 수소는 감압 밸브 등을 통해 연료전지 스택이 요구하는 작동 압력까지 낮춰진 후 공급된다.

이 시스템의 성능은 트럭의 주행 거리를 직접적으로 결정한다. 예를 들어, 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭은 약 400km의 주행이 가능한데, 이는 차량에 탑재된 여러 개의 고압 수소 탱크에 저장 가능한 수소의 총량에 기인한다. 수소 충전은 일반 가솔린 또는 디젤 차량의 주유와 유사하게 특수 설계된 수소 충전소에서 약 3~20분 내에 완료될 수 있어, 전기 배터리 트럭에 비해 상대적으로 빠른 '재충전' 시간을 장점으로 내세운다. 안전을 위해 저장 탱크에는 과압 방출 장치가 마련되어 있으며, 사고 시 자동으로 수소 공급을 차단하는 시스템이 표준으로 적용된다.

수소 연료전지 트럭의 전기 구동 시스템은 연료전지 스택에서 생산된 전기를 활용하여 차량을 움직이는 핵심 부분이다. 이 시스템은 일반적으로 연료전지 스택에서 생성된 직류 전력을 전력변환장치를 통해 구동 모터에 적합한 전력으로 변환하고, 구동 모터를 통해 동력을 바퀴에 전달하는 방식으로 구성된다. 또한, 리튬 이온 배터리가 보조 전원 장치로 함께 사용되어, 급가속 시 추가 동력을 제공하거나 회생 제동 시 에너지를 회수하여 저장하는 역할을 한다.

이러한 구성은 순수 전기차의 구동 시스템과 유사하지만, 전기를 실시간으로 생산하는 연료전지 스택이 주 전원이라는 점이 다르다. 구동 모터는 높은 토크를 즉시 발생시킬 수 있어 대형 화물차의 무거운 하중을 운반하고 출발하는 데 유리하다. 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭은 350kW(약 476마력)급의 구동 시스템을 적용하여 대형 트럭으로서의 동력 성능을 확보했다. 전기 구동 시스템의 적용으로 엔진과 변속기가 불필요해져 기계적 구조가 단순화되고, 진동과 소음이 현저히 줄어드는 장점도 있다.

수소 연료전지 트럭의 가장 큰 장점은 운행 과정에서 유해 배출가스를 전혀 배출하지 않는 무공해 특성이다. 기존의 내연기관을 사용하는 디젤 트럭은 질소산화물, 미세먼지, 일산화탄소 등 대기오염 물질과 온실가스인 이산화탄소를 배출한다. 반면, 수소 연료전지 트럭은 수소와 공기 중의 산소를 화학 반응시켜 전기를 생산하며, 이 과정에서 발생하는 배출물은 순수한 물과 수증기뿐이다. 따라서 도심 지역이나 터널, 항만, 창고 등 폐쇄된 공간에서도 대기 오염 없이 운행할 수 있어 친환경 물류 수단으로 주목받고 있다.

이러한 무공해 특성은 전기 트럭과 공유하지만, 수소 연료전지 트럭은 배터리 전기 트럭과 달리 배터리 생산 및 폐기 과정에서 발생할 수 있는 간접적인 환경 부담과 관련된 논의에서 자유롭다는 점이 강조되기도 한다. 또한, 배터리를 충전하는 전력의 생산 방식에 따라 간접 배출량이 달라질 수 있는 전기차와 비교했을 때, 수소의 생산 과정을 제외한 순수 차량 운행 단계에서는 절대적인 무공해를 실현한다는 점이 명확한 장점으로 꼽힌다. 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭과 같은 상용화 모델은 이러한 무공해 운송의 실현 가능성을 입증하고 있다.

무공해 배기는 단순한 기술적 장점을 넘어서 각국의 강화되는 환경 규제와 탄소 중립 정책에 대응하는 핵심 해결책이 되고 있다. 특히 유럽을 중심으로 도심 접근 차량에 대한 배출가스 규제가 엄격해지고 있으며, 항만이나 공항 같은 특정 구역에서는 무공해 차량만의 운행이 허용되는 추세다. 이에 따라 장거리 대형 화물차 시장에서 수소 연료전지 트럭은 디젤 트럭을 대체할 수 있는 유력한 제로 에미션 기술로 부상하고 있으며, 물류 업계의 탄소 배출량 감축 목표 달성에 기여할 것으로 기대된다.

수소 연료전지 트럭은 기존 전기 트럭의 주요 약점 중 하나인 짧은 주행 거리를 극복할 수 있는 대안으로 주목받는다. 배터리 전기차는 대용량 배터리를 탑재할 경우 무게와 비용이 급증하며, 충전에 많은 시간이 소요되는 반면, 수소 연료전지 트럭은 비교적 가벼운 수소 탱크에 많은 에너지를 저장할 수 있어 장거리 운송에 유리하다. 예를 들어, 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭은 1회 충전으로 약 400km를 주행할 수 있어 중장거리 화물 운송 수요를 충족시킬 수 있다.

이러한 장거리 주행 가능성은 물류 및 운송 산업에서 매우 중요한 요소이다. 특히 고속도로를 이용한 국가 간 운송이나 대형 화물차가 필요한 장거리 노선에서 내연기관 트럭을 대체할 수 있는 잠재력을 보여준다. 수소 충전은 일반 전기 충전에 비해 훨씬 빠르게 완료될 수 있어, 운전자의 휴식 시간에 맞춰 충전이 가능하여 운송 효율을 저하시키지 않는 장점도 있다. 따라서 수소 연료전지 기술은 배터리 전기차와 함께 탄소 중립 운송 수단의 핵심으로 자리매김하고 있다.

수소 연료전지 트럭의 주요 장점 중 하나는 기존 전기차에 비해 상대적으로 빠른 연료 보충 시간이다. 디젤 트럭과 유사한 수준의 충전 편의성을 제공하는 것이 목표다. 일반적으로 수소 충전은 약 15분에서 20분 정도가 소요되어, 대용량 배터리를 완속 충전하는 데 수 시간이 걸리는 배터리 전기 트럭에 비해 상당한 시간 절약 효과를 가진다. 이는 장거리 운송에서 차량의 가동률을 높이고 운송 효율을 유지하는 데 중요한 요소로 작용한다.

이러한 빠른 충전은 수소 충전소에서 고압(보통 350bar 또는 700bar)으로 수소를 연료 탱크에 주입하는 방식으로 이루어진다. 충전 속도는 충전소의 압축기 성능과 트럭의 수소 저장 시스템 설계에 따라 달라진다. 현재 상용화된 모델인 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭도 이러한 빠른 수소 충전 방식을 채택하고 있다. 이로 인해 운전자는 장시간의 충전 대기 없이 비교적 짧은 휴식 시간 동안 연료를 보충하고 다시 운행을 시작할 수 있다.

하지만, 이러한 장점은 아직 충분히 구축되지 않은 수소 인프라에 대한 의존도가 높다는 점에서 현실적인 제약을 받고 있다. 수소 충전소의 보급률과 접근성이 향상되어야만 트럭 운행 경로 상에서 편리하고 빠른 충전이 실현될 수 있다. 따라서, 수소 연료전지 트럭의 보급 확대를 위해서는 차량 기술 개발과 더불어 수소 생산, 수소 저장, 수소 유통을 포함한 전반적인 에너지 인프라의 확충이 병행되어야 하는 과제를 안고 있다.

수소 연료전지 트럭의 가장 두드러지는 장점 중 하나는 매우 조용한 운행 특성이다. 이는 기존의 내연기관 트럭과 근본적으로 다른 구동 방식에서 비롯된다. 수소 연료전지 트럭은 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하고, 이 전기로 모터를 구동하여 움직인다. 따라서 연소 과정이나 복잡한 기계적 피스톤 운동이 발생하지 않아, 소음의 주요 원천인 엔진 소음이 거의 없다. 구동계의 소음은 주로 공기 압축기, 냉각 팬, 그리고 고속 주행 시 발생하는 타이어 마찰음과 공기 저항 소음으로 제한된다.

이러한 저소음 특성은 도시 환경과 물류 중심지에서 큰 장점으로 작용한다. 특히 야간 시간대에 운영되는 물류 차량이나 도심 내 배송 트럭의 경우, 소음 공해를 크게 줄여 주변 주민 생활에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 또한 창고나 물류 터미널 같은 실내 공간에서도 조용하게 기동 및 주행이 가능하여 작업 환경을 개선하고, 근로자의 피로도를 낮추는 데 기여한다. 일부 국가와 지역에서는 소음 규제가 엄격한 구역에 대한 진입 제한을 완화하는 효과도 기대된다.

저소음 운행은 단순한 편의성을 넘어서 운전자의 피로 관리와도 연결된다. 장시간 운전 시 지속되는 엔진 소음과 진동은 운전자의 집중력 저하와 피로 누적에 영향을 미친다. 수소 연료전지 트럭의 평온한 주행 환경은 이러한 소음성 피로를 줄여 운전자의 주행 안전성과 쾌적성을 동시에 향상시킬 수 있는 가능성을 제시한다.

현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭은 세계 최초로 양산 단계에 진입한 대형 수소 연료전지 트럭이다. 2020년에 처음 출시된 이 모델은 유럽 시장을 시작으로 스위스 등지에서 실제 화물 운송 업무에 투입되어 운행 데이터를 축적하고 있다. 이 트럭은 180kW급 연료전지 시스템과 최대 7개까지 탑재 가능한 수소 저장 탱크를 통해 약 400km의 주행이 가능하며, 대형 상용차로서의 실용성을 입증하고 있다.

다임러 트럭 그룹은 메르세데스-벤츠 GenH2 Truck을 개발 중이며, 이 모델은 액화수소를 사용하여 1,000km 이상의 장거리 주행을 목표로 하고 있다. 볼보 트럭도 Volvo FH Fuel Cell Truck을 선보이며, 2020년대 후반 양산을 계획하고 있다. 이들 모델은 주로 장거리 중량 화물 운송에 적합하도록 설계되어, 배터리 전기 트럭만으로 해결하기 어려운 분야를 담당할 것으로 기대된다.

미국의 스타트업 니콜라는 Nikola Tre FCEV를 통해 북미 시장을 공략하고 있으며, 토요타는 Project Portal이라는 프로젝트 명으로 개발한 수소 트럭을 로스앤젤레스 항구 등에서 시범 운행한 바 있다. 이러한 모델들은 대부분 대기 오염이 심한 항구나 광산 지역, 혹은 주요 고속도로를 연결하는 물류 경로에서의 실증 사업을 통해 신뢰성을 검증하는 단계에 있다.

수소 연료전지 트럭의 본격적인 상용화와 시장 확대를 위해서는 해결해야 할 여러 기술적 과제가 존재한다. 가장 큰 과제 중 하나는 시스템의 내구성과 신뢰성 향상이다. 상용 트럭은 승용차에 비해 훨씬 가혹한 운용 조건과 긴 주행 거리를 견뎌야 하므로, 연료전지 스택과 주변 기기의 장기간 안정적인 성능 유지가 필수적이다. 특히 진동, 충격, 극한의 온도 변화 등 다양한 환경에서의 내구성을 확보하기 위한 연구 개발이 지속되고 있다.

또한, 시스템의 효율성을 높이고 비용을 절감하는 것이 핵심 과제이다. 현재 수소 연료전지 시스템은 제조 단가가 높아 차량 가격이 전통적인 내연기관 트럭이나 배터리 전기 트럭에 비해 비싼 편이다. 연료전지 스택에 사용되는 백금과 같은 고가의 촉매 재료를 줄이거나 대체할 수 있는 기술, 그리고 시스템을 간소화하여 부품 수와 무게를 줄이는 기술 개발이 경제성 확보를 위해 필요하다.

수소 저장 기술의 발전도 중요한 과제이다. 장거리 주행을 위해서는 많은 양의 수소를 안전하게 저장하고 공급해야 한다. 현재는 고압 복합재 탱크를 사용하고 있으나, 저장 밀도를 더욱 높여 탱크의 부피와 무게를 줄이면서도 안전성을 유지하는 기술, 예를 들어 액체 수소 저장 기술이나 화합물 형태의 수소 저장 기술 등의 연구가 진행 중이다. 이는 동일한 공간에 더 많은 에너지를 저장하여 주행 거리를 획기적으로 늘리는 데 기여할 수 있다.

마지막으로, 전체 차량 시스템의 통합 최적화와 열 관리 기술도 중요한 개발 분야이다. 연료전지에서 발생하는 전기 에너지를 구동 모터로 효율적으로 전달하고, 시스템 작동 중 발생하는 열을 효과적으로 관리하여 성능을 극대화하고 수명을 연장해야 한다. 특히 무거운 화물을 운반하는 대형 트럭의 특성상, 구동 시스템의 출력과 효율을 동시에 만족시키는 통합 제어 기술의 고도화가 요구된다.

수소 연료전지 트럭의 보급을 위해서는 충분한 수소 충전소 인프라가 필수적이다. 현재 전 세계적으로 수소 충전소는 가솔린 충전소나 전기차 충전소에 비해 그 수가 매우 제한적이며, 특히 대형 상용차에 적합한 고압·대용량 수소 충전 시설은 더욱 부족한 실정이다. 이는 수소 트럭의 운행 범위를 제약하는 주요 장애물로 작용하고 있다.

주요 국가별로 인프라 구축 현황을 살펴보면, 대한민국과 독일, 일본, 미국의 캘리포니아주 등이 비교적 앞서 있다. 대한민국은 2040년까지 수소 경제 선도 국가를 목표로 수소 충전소 확대 계획을 수립하고 있으며, 독일은 유럽의 핵심 허브로서 주요 고속도로를 따라 수소 충전 네트워크 구축을 추진 중이다. 일본은 2020년 도쿄 올림픽을 계기로 수소 인프라 투자를 확대해 왔고, 미국 캘리포니아주는 대기 질 개선 정책의 일환으로 수소 충전소 보조금 프로그램을 운영하고 있다.

인프라 확장의 핵심 과제는 막대한 건설 비용과 경제성 문제다. 고압 수소 저장 탱크와 압축기, 냉각 시스템 등이 필요한 수소 충전소는 일반 주유소나 급속 충전소보다 건설 단가가 훨씬 높다. 또한 초기 수소 차량 보급 대수가 적어 충전소의 이용률이 낮으면 운영 적자를 피하기 어렵다. 이를 해결하기 위해 정부의 보조금 지원, 민간 에너지 기업과 자동차 제조사의 합작 투자, 그리고 물류 회사와의 협력을 통한 수요 창출이 병행되고 있다.

장기적으로는 그린 수소 생산 기지와 연계된 공급망 구축이 중요해지고 있다. 재생 에너지로 생산된 그린 수소를 대량으로 저장·수송할 수 있는 파이프라인 네트워크와 액화 수소 운반선 등의 인프라가 마련되어야 수소의 가격 경쟁력과 공급 안정성을 확보할 수 있다. 이는 단순히 충전소 수를 늘리는 것을 넘어, 수소 경제의 생태계를 완성하는 데 필요한 포괄적인 과제이다.

현대자동차는 세계 최초로 양산된 대형 수소 연료전지 트럭인 엑시언트 수소연료전지 트럭(XCIENT Fuel Cell Truck)을 2020년에 출시하며 상용차 분야의 수소 경제 실현을 주도하고 있다. 이 모델은 현대자동차의 2세대 수소 연료전지 시스템을 탑재하여 약 400km의 주행이 가능하며, 주로 물류 및 운송 분야의 대형 상용차로 활용되고 있다.

이 트럭은 180kW급 연료전지 시스템과 73kW급 고전압 배터리를 결합한 하이브리드 구동 방식을 채택했다. 7개의 대용량 수소 탱크를 장착하여 약 31kg의 수소를 저장할 수 있으며, 수소 충전은 약 20분 내외로 완료된다. 이러한 사양은 중장거리 화물차 운행에 필요한 성능을 제공한다.

현대자동차는 스위스를 시작으로 독일, 미국 등지에서 이 모델을 본격적으로 도입하며 실증 사업을 확대해 왔다. 특히 유럽 시장에서 탄소 중립 정책에 부응하는 친환경 상용차 솔루션으로 주목받고 있으며, 실제 운행 데이터를 바탕으로 내구성과 경제성을 지속적으로 검증하고 있다.

이 모델의 성공적인 상용화는 수소 트럭 시장의 초기 형성에 기여했으며, 현대자동차 그룹이 수소 모빌리티 생태계를 상용차부터 승용차, 특장차까지 포괄적으로 구축하려는 전략의 핵심 축을 이루고 있다.

[정보 테이블 확정 사실]은 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭에 대한 정보이므로, 이 섹션의 주제인 다임러 트럭(메르세데스-벤츠 GenH2 Truck)에는 적용할 수 없습니다. 따라서 아래 내용은 사전 조사된 일반적 사실에 기반하여 작성합니다.

다임러 트럭은 메르세데스-벤츠 GenH2 Truck이라는 이름의 수소 연료전지 트럭을 개발하고 있다. 이 트럭은 액화 수소를 연료로 사용하는 것이 특징으로, 기체 수소를 사용하는 경우보다 더 높은 에너지 밀도로 인해 장거리 운송에 적합하도록 설계되었다. 다임러 트럭은 이 기술을 통해 1,000km 이상의 장주행이 가능한 무공해 상용차를 목표로 하고 있다.

GenH2 Truck은 두 개의 연료전지 스택과 함께 고출력 배터리를 결합한 하이브리드 구동 시스템을 채택한다. 트럭의 개발 및 테스트는 유럽을 중심으로 진행되고 있으며, 다임러 트럭은 볼보 트럭과의 합작 회사인 셀센트를 통해 연료전지 시스템의 양산을 준비 중이다. 이 모델은 특히 중장거리 중량 화물 운송 분야에서 디젤 트럭을 대체할 수 있는 솔루션으로 기대를 받고 있다.

볼보 트럭은 수소 연료전지 기술을 적용한 대형 상용차 개발에 적극적으로 참여하고 있다. 볼보 트럭의 대표적인 수소 연료전지 트럭 모델은 Volvo FH를 기반으로 개발된 Volvo FH Fuel Cell Truck이다. 이 모델은 볼보 그룹과 다임러 트럭이 합작 설립한 셀퓨얼(Cellcentric)에서 생산하는 고출력 연료전지 스택을 탑재하고 있다.

이 트럭은 전기 구동 시스템을 채용하여 운행 중 온실가스와 대기오염물질을 배출하지 않는다. 또한, 배터리 전기 트럭에 비해 상대적으로 짧은 시간에 수소 충전이 가능하며, 장거리 운송에 적합한 주행 거리를 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 볼보 트럭은 이 모델을 통해 화물 운송 분야의 탄소 중립을 실현하고자 한다.

니콜라 트레 수소연료전지 전기차는 미국의 신생 트럭 제조사인 니콜라가 개발한 대형 수소 연료전지 트럭이다. 이 차량은 회사의 주력 상용차 모델인 니콜라 트레의 배터리 전기차 버전과 함께 선보인 연료전지 전기차 버전으로, 장거리 중량 운송을 주요 목표로 한다.

니콜라는 볼보 그룹과의 전략적 파트너십을 통해 트레 모델의 개발과 생산을 진행했다. 이 협력에 따라, 트레 FCEV는 볼보의 FH 시리즈 트럭 플랫폼을 기반으로 제작되었으며, 니콜라의 수소 연료전지 시스템과 구동 기술이 통합되었다. 이를 통해 기존의 신뢰성 높은 상용차 샤시와 첨단 무공해 차량 기술의 결합을 추구했다.

이 트럭의 핵심은 수소 가스를 전기로 변환하는 연료전지 시스템이다. 니콜라는 초기에는 자체 개발한 연료전지 기술을 적용할 계획이었으나, 이후 보쉬와의 협력을 통해 핵심 연료전지 스택 공급 계약을 체결하기도 했다. 차량에는 고압 수소 탱크가 장착되어 있으며, 한 번 충전으로 최대 약 800km의 장거리 주행이 가능할 것으로 발표되었다.

니콜라 트레 FCEV는 북미와 유럽 시장을 중심으로 한 화물 운송 회사들을 주요 고객으로 상정하고 있으며, 제로 배출 차량 수요가 증가하는 시장에서 디젤 엔진 트럭의 대안으로 자리매김하기 위해 개발되었다. 회사는 이 차량의 상용화와 함께 수소 충전소 인프라 구축 계획도 함께 발표한 바 있다.

토요타의 프로젝트 포털(Project Portal)은 2017년에 처음 공개된 수소 연료전지 대형 트럭 실증 프로젝트이다. 이 프로젝트는 토요타가 미국 캘리포니아주의 항만 물류 환경에서 수소 연료전지 트럭의 실용성을 검증하기 위해 시작되었다. 초기 모델은 토요타 미라이에 탑재된 연료전지 시스템을 두 세트 결합하여 구동력을 확보한 프로토타입이었다.

프로젝트 포털은 알라메다 카운티의 항만에서 실제 화물 운송 업무에 투입되어 데이터를 수집했다. 이를 통해 수소 연료전지 기술이 중장비 상용차 분야에서도 적용 가능하며, 무공해와 장거리 주행이라는 장점을 입증하는 계기가 되었다. 이 실증 사업의 성과는 이후 토요타가 켄워스(Kenworth)와 협력하여 개발한 T680 수소연료전지 트럭과 같은 상용화 모델 개발의 기반이 되었다.

수소 연료전지 트럭의 총 소유 비용은 구매 비용, 연료 비용, 유지보수 비용, 잔존 가치 등을 종합적으로 고려하여 평가한다. 초기 구매 단가가 디젤 트럭이나 배터리 전기 트럭에 비해 높은 편이지만, 운행 중 연료 효율과 유지보수 비용, 그리고 정책적 지원에 따라 장기적인 경제성이 달라질 수 있다.

주요 비용 요소로는 고가의 연료전지 스택과 수소 저장 탱크 등이 포함된 차량 가격, 수소 연료의 단가, 그리고 시스템 유지보수 비용이 있다. 특히 수소 충전소 인프라가 부족한 현실에서 연료 공급의 안정성과 가격 경쟁력은 TCO에 큰 영향을 미치는 변수이다. 일부 국가에서는 탄소세 부과나 보조금 지급 등 정책을 통해 수소 트럭의 경제성을 보완하고 있다.

현실적인 TCO 분석을 위해서는 디젤 트럭과의 비교뿐만 아니라, 경쟁 기술인 배터리 전기차 트럭과의 비교도 중요하다. 배터리 전기차는 상대적으로 저렴한 전기 요금과 간단한 구동계 구조로 유지보수 비용이 낮은 장점이 있지만, 장거리 운송 시 필요한 대용량 배터리로 인한 차체 무게 증가와 긴 충전 시간이 단점으로 지적된다. 반면 수소 트럭은 빠른 충전과 긴 주행 거리로 물류 효율성을 높일 수 있어, 총 비용 산정 시 운송 생산성을 고려해야 한다.

따라서 수소 연료전지 트럭의 경제성은 특정 운송 조건과 시장 환경에 크게 의존한다. 장거리 및 고강도 운송이 필요한 화물차 시장에서 운행 패턴과 규모에 맞는 인프라가 구축되고, 수소 생산 단가가 하락하며, 연료전지 시스템의 내구성이 증명된다면 TCO 경쟁력은 점차 향상될 전망이다.

수소 연료전지 트럭의 가장 큰 환경적 장점은 운행 과정에서 온실가스와 대기오염 물질을 전혀 배출하지 않는 무공해 특성에 있다. 연료전지 시스템 내에서 수소와 산소가 화학 반응을 일으켜 전기를 생산할 때, 배출되는 유일한 물질은 물(H2O)이다. 따라서 이산화탄소(CO2)나 질소산화물(NOx), 미세먼지(PM)와 같은 유해 배기가스를 발생시키지 않아, 특히 도심 지역의 대기 오염 저감에 직접적으로 기여할 수 있다.

전 과정에서의 탄소 배출을 평가하는 탄소 발자국 관점에서 보면, 수소 연료전지 트럭의 환경적 영향은 수소 생산 방식에 크게 좌우된다. 그린 수소라 불리는 재생 에너지를 이용한 수전해 방식으로 생산된 수소를 사용할 경우, 웰 투 휠 기준의 탄소 배출량은 거의 제로에 가깝다. 반면, 현재 주류 생산 방식인 천연가스 개질을 통한 그레이 수소를 사용하면, 생산 과정에서 상당량의 이산화탄소가 배출되어 전체적인 탄소 감축 효과가 제한될 수 있다.

이러한 점에서 수소 연료전지 트럭의 환경적 가치는 재생 에너지와 그린 수소 생산 인프라의 확장과 직접적으로 연결되어 있다. 풍력 발전이나 태양광 발전 등으로 생산된 청정 전력을 이용해 수소를 만들고, 이를 운송 부문에 활용하는 에너지 시스템이 구축된다면, 화물 운송 분야의 탄소 중립 목표 달성에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.

수소 연료전지 트럭 시장은 글로벌 탄소 중립 목표와 함께 상업용 차량의 탈탄소화 요구에 힘입어 지속적인 성장이 예상된다. 특히 장거리 및 중대형 화물 운송 분야에서 전기 트럭의 한계인 긴 충전 시간과 짧은 주행 거리를 보완할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 물류 및 운송 산업의 규제가 강화되고, 기업들의 환경, 사회, 지배구조 책임 경영이 확대되면서 친환경 상용차 수요는 꾸준히 증가할 전망이다.

시장 규모와 관련된 여러 연구기관의 보고서에 따르면, 향후 10년간 수소 연료전지 상용차 시장은 연평균 두 자릿수의 높은 성장률을 기록할 것으로 예측된다. 이는 유럽 연합과 미국, 중국 등 주요 국가들이 수소 경제 로드맵을 발표하고 수소 충전소 구축 및 차량 구매 보조금 등 정책적 지원을 확대하고 있기 때문이다. 대한민국 또한 수소 경제 활성화 로드맵을 통해 상용차 부문의 수소차 보급을 적극적으로 추진 중이다.

성장 동력은 주로 공공 부문의 선도적 도입과 대규모 물류 기업들의 파일럿 프로젝트 확대에서 찾을 수 있다. 현대자동차의 엑시언트 수소연료전지 트럭이 스위스 및 독일 등 유럽에서 수백 대 규모로 운행 중인 것은 상업적 검증의 중요한 사례가 되고 있다. 또한, 항만 물류나 광산 등 특정 구간에서의 폐쇄형 운송 시스템은 초기 시장 형성의 발판이 될 것으로 보인다.

장기적인 시장 성장을 위해서는 총 소유 비용의 경쟁력 확보가 핵심 과제이다. 현재는 배터리 전기 트럭이나 내연기관 디젤 트럭에 비해 차량 가격과 수소 연료 비용이 높지만, 기술 발전과 생산량 증가로 인한 규모의 경제, 그리고 그린 수소 생산 비용 하락이 이루어진다면 경제성은 크게 개선될 것이다. 궁극적으로 장거리 중량 운송을 책임지는 제로 배기차의 주류 기술 중 하나로 자리매김할 가능성이 있다.

수소 연료전지 트럭의 본격적인 보급을 가로막는 기술적 과제는 여전히 존재한다. 가장 큰 장벽은 높은 총 소유 비용이다. 핵심 부품인 연료전지 스택과 고압 수소 저장 탱크는 여전히 제조 단가가 높으며, 백금과 같은 희귀 금속을 촉매로 사용함에 따라 원자재 비용 부담도 크다. 또한 시스템의 내구성과 신뢰성을 장거리, 중장기 사용 환경에서 입증해야 하는 과제도 남아 있다.

연료전지 시스템의 효율과 출력을 극대화하면서도 소형화 및 경량화를 이루는 것은 지속적인 연구 개발이 필요한 분야이다. 특히 대형 트럭의 경우 필요한 출력이 크기 때문에 스택의 크기와 무게를 줄이는 기술이 중요하다. 한편, 극한의 기후 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있는 성능과, 장시간 운행 시 성능 저하 없이 오래 견딜 수 있는 내구성 확보는 실용화를 위한 필수 조건이다.

수소 저장 기술 역시 중요한 과제이다. 현재 상용화된 트럭들은 주로 700기압급 고압 기체 수소를 사용하지만, 저장 밀도 향상을 위해 액화 수소나 고체 수소 저장 기술 개발이 활발히 진행 중이다. 특히 액화 수소는 기체에 비해 훨씬 높은 에너지 밀도를 제공하여 주행 거리를 획기적으로 늘릴 수 있지만, 극저온 유지와 관련된 기술적, 경제적 난제가 있다.

수소 연료전지 트럭의 보급을 가로막는 가장 큰 장애물 중 하나는 충분한 수소 충전소 인프라의 부재이다. 현재 대부분의 국가에서 수소 충전소는 극히 제한적으로 구축되어 있으며, 특히 대형 상용차에 적합한 고압·대용량 수소 충전 시설은 더욱 드물다. 이로 인해 운송 회사들은 특정 노선이나 지역에만 차량을 투입할 수밖에 없어 운용의 유연성이 크게 제한받고 있다. 인프라 확장은 막대한 초기 투자 비용과 장기적인 수익 모델의 불확실성으로 인해 민간 투자 유치가 쉽지 않은 상황이다.

인프라 구축의 과제는 단순히 충전소 수를 늘리는 데 그치지 않는다. 그린 수소 생산을 위한 재생에너지 발전 설비, 수소를 생산 현장에서 충전소까지 운반할 수소 운송 체계, 그리고 안전 기준과 인증 절차를 포함한 표준화된 시스템이 함께 마련되어야 한다. 특히 대형 트럭은 승용차에 비해 훨씬 많은 양의 수소를 빠른 시간 안에 충전해야 하므로, 기존의 소형차용 인프라와는 차별화된 고성능 설비가 필요하다.

이러한 과제를 해결하기 위해 각국 정부와 산업계는 협력 체계를 구축하고 있다. 유럽 연합은 수소 백본 네트워크 구축 계획을 추진 중이며, 미국과 중국, 한국 등에서도 수소 경제 로드맵을 통해 충전소 확대 목표를 설정하고 재정 지원을 확대하고 있다. 인프라의 확장 속도가 수소 트럭의 생산 및 보급 속도를 따라잡지 못할 경우, 시장 성장이 정체될 수 있다는 점이 가장 큰 우려사항으로 지적되고 있다.