수소 트럭

수소 트럭의 초기 개발은 21세기 초반부터 본격적으로 시작되었다. 초기 개념은 수소 연료전지 기술을 승용차에 적용하는 것에서 출발했으며, 이를 대형 상용차 분야로 확장하는 시도가 이루어졌다. 당시 기술적 난제는 대용량의 수소를 안전하게 저장하고, 트럭에 필요한 높은 출력과 장거리 주행을 가능하게 하는 연료전지 시스템을 개발하는 것이었다.

초기 프로토타입은 주로 대형 자동차 제조사와 공공 연구기관의 협력을 통해 등장했다. 이 시기의 개발 목표는 기술 실증에 중점을 두었으며, 실제 도로 주행 테스트를 통해 데이터를 수집하고 시스템 신뢰성을 검증하는 과정이 중요했다. 초기 모델들은 주로 제한된 노선에서 시범 운행되거나, 항만이나 대규모 공장 내부와 같은 폐쇄된 공간에서 물류 운송 수단으로 활용되기도 했다.

수소 트럭의 상용화를 이끈 주요 모델들은 현대자동차, 다임러 트럭, 볼보 등 글로벌 상용차 제조사들에 의해 개발되어 시장에 선보였다. 현대자동차는 2020년에 세계 최초로 양산형 수소 전기 트럭인 '엑시언트 수소 트럭'을 출시하며 선두를 달렸다. 이 모델은 스위스를 시작으로 유럽 시장에 본격적으로 공급되기 시작했다. 다임러 트럭 그룹은 메르세데스-벤츠 브랜드로 2023년에 'eActros 600'의 수소 연료전지 버전을 선보였으며, 볼보 역시 2023년부터 수소 연료전지 트럭의 고객 시승을 시작하며 본격적인 경쟁에 합류했다.

이외에도 닛산과 혼다를 포함한 일본의 자동차 메이커들도 수소 트럭 개발에 적극적이다. 특히 도요타는 켄워스와 협력하여 미국 시장을 겨냥한 수소 트럭을 개발했으며, 중국의 업체들도 정부의 강력한 지원 아래 관련 기술 개발과 시범 사업을 확대하고 있다. 각 모델의 구체적인 출시 연도와 사양은 제조사와 시장에 따라 차이를 보인다.

초기 모델들은 주로 도심 배송이나 지역 간 화물 운송과 같은 특정 용도에 맞춰 개발되었으나, 기술이 발전함에 따라 장거리 대형 화물 운송을 목표로 하는 모델들도 등장하고 있다. 이는 배터리 전기 트럭이 극복하기 어려운 주행 거리와 충전 시간 문제를 수소 연료전지 기술로 해결하려는 전략이다. 주요 모델들의 등장은 수소 트럭이 실험 단계를 넘어 실제 물류 현장에서 운용 가능한 기술로 자리매김하는 데 중요한 이정표가 되었다.

수소 트럭의 기술 발전 추이는 크게 연료전지 시스템의 고출력화, 수소 저장 기술의 고용량화, 그리고 차체 및 구동 시스템의 통합 최적화라는 세 가지 축을 중심으로 이루어져 왔다.

초기 개발 단계에서는 승용차용 연료전지 시스템을 기반으로 한 소형 트럭이 주를 이루었으나, 점차 대형 상용차에 적합한 고출력 연료전지 스택이 개발되면서 장거리 화물 운송이 가능한 모델이 등장했다. 특히 연료전지 스택의 내구성 향상과 냉각 시스템 효율 개선은 장시간 운행에 필수적인 요소로 부각되었다. 동시에 수소 저장 기술도 발전하여, 기존의 350bar 압력 용기에서 700bar 급 고압 복합재 용기로 전환됨에 따라 한 번 충전으로 주행 가능한 거리가 크게 늘어났다.

최근의 기술 발전은 시스템 전체의 효율과 경제성 향상에 초점이 맞춰져 있다. 연료전지에서 발생하는 폐열을 재활용하는 열 관리 시스템, 구동 모터와 인버터의 효율 극대화, 그리고 공기역학적으로 최적화된 차체 설계 등이 종합적으로 적용되고 있다. 또한 디지털 트윈 기술을 활용한 시뮬레이션과 실시간 데이터 모니터링을 통해 연료 효율을 높이고 유지보수 비용을 줄이는 지능형 운행 관리 시스템의 도입도 활발히 진행 중이다. 이러한 기술적 진보는 수소 트럭의 총 소유 비용을 낮추고, 전기 트럭 및 기존 디젤 트럭과의 경쟁력을 높이는 데 기여하고 있다.

연료전지 시스템은 수소 트럭의 핵심 동력원으로, 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 장치이다. 이 시스템은 연료전지 스택, 공기 공급 시스템, 수소 공급 시스템, 열 관리 시스템, 전력 변환 시스템 등으로 구성된다. 연료전지 스택 내부에서는 수소가 산화되고 산소가 환원되는 전기화학 반응이 일어나며, 이 과정에서 전자의 흐름, 즉 전류가 발생한다. 최종적으로는 수소와 산소가 결합하여 물이 생성되어 배출된다.

수소 트럭에 주로 사용되는 연료전지 유형은 고분자 전해질 막 연료전지이다. 이 기술은 상대적으로 낮은 작동 온도에서 빠른 시동이 가능하며, 높은 출력 밀도를 제공하는 특징이 있다. 시스템의 출력은 일반적으로 수십에서 수백 킬로와트 규모로, 트럭의 중량과 요구되는 주행 거리에 따라 다르게 구성된다. 연료전지에서 생성된 직류 전기는 전력 변환 장치를 거쳐 모터를 구동하는 데 사용된다.

연료전지 시스템의 성능과 내구성은 운용 환경에 큰 영향을 받는다. 특히, 연료인 수소의 순도는 매우 중요하며, 불순물은 연료전지 스택의 성능 저하와 수명 단축을 초래할 수 있다. 또한, 반응 과정에서 발생하는 열과 수분을 효율적으로 관리하는 열 관리 시스템과 수분 관리 시스템도 시스템의 안정적인 작동을 위해 필수적이다. 이러한 기술적 완성도를 높이는 것은 수소 트럭의 상용화 성패를 가르는 핵심 과제 중 하나이다.

수소 트럭의 핵심 구성 요소 중 하나는 수소를 안전하고 효율적으로 저장하고 공급하는 시스템이다. 이 시스템은 차량의 주행 가능 거리와 성능, 안전성을 직접적으로 결정한다.

현재 상용 수소 트럭에 가장 널리 적용되는 수소 저장 기술은 고압 복합재 탱크를 사용하는 방식이다. 수소 가스를 약 700기압(70MPa)의 초고압으로 압축하여 탄소섬유 등으로 강화된 복합재 탱크에 저장한다. 이 방식은 비교적 기술이 성숙되어 있으며, 상대적으로 높은 저장 밀도를 제공하여 장거리 운행이 필요한 화물 운송에 적합하다. 저장된 수소는 압력 조절기를 통해 연료전지 스택이 요구하는 낮은 압력으로 감압된 후 공급된다.

보다 높은 에너지 밀도를 위한 차세대 저장 기술로는 액화 수소 저장과 수소 흡착체를 이용한 고체 수소 저장 기술이 연구 개발 중이다. 액화 수소는 기체 상태보다 부피당 저장량이 크지만 영하 253도 이하의 극저온을 유지해야 하는 기술적 난제가 있다. 또한, 수소를 금속 수소화물이나 다공성 물질에 흡착시켜 저장하는 고체 저장 방식은 안전성 측면에서 장점이 있으나, 현재는 저장 용량과 흡탈리 속도에서 상용화에 필요한 수준에 도달하지 못하고 있다. 이러한 수소 저장 및 공급 시스템의 안정성과 효율 향상은 수소 트럭의 상용화와 경제성 제고를 위한 중요한 기술 과제로 남아있다.

수소 트럭의 주행 성능은 연료전지 시스템과 전기 모터의 특성에 기반한다. 일반적으로 높은 토크를 즉시 발생시키는 전기 모터의 장점으로 인해, 가속 성능이 우수하며 특히 무거운 화물을 싣고 출발할 때 유리하다. 최대 출력과 최대 토크는 각 모델의 연료전지 스택 용량과 모터 사양에 따라 결정되며, 대형 트럭의 경우 기존 디젤 트럭에 버금가는 출력을 구현한다. 한편, 주행 중 소음과 진동이 내연기관 트럭에 비해 현저히 적어 운전자의 피로도를 줄이고 주변 환경을 개선하는 효과가 있다.

주행 효율은 연료전지 시스템의 에너지 변환 효율과 수소 소비량으로 평가된다. 수소 연료전지 트럭의 경우, 탱크-휠 효율(Well-to-Wheel Efficiency)이 중요한 지표로 작용한다. 이는 수소 생산부터 차량 구동까지의 전체 에너지 흐름을 고려한 효율이다. 차량 자체의 에너지 효율은 높은 편이지만, 그린 수소 생산 및 운송 과정에서의 에너지 손실을 포함한 전체 효율은 개선 여지가 있다. 주요 제조사들은 연료전지 스택의 효율을 높이고 보조 시스템의 전력 소모를 최적화하여 주행 거리를 확보하기 위해 노력하고 있다.

주행 가능 거리는 탑재된 수소의 양과 연료전지 시스템의 효율에 직접적으로 좌우된다. 대부분의 상용 수소 트럭은 600~800km 이상의 주행 거리를 목표로 개발되며, 이는 장거리 화물 운송의 요구를 충족시키기 위한 것이다. 급속 충전이 가능한 배터리 전기 트럭과 달리, 수소 트럭은 수소 충전에 소요되는 시간이 짧아(약 15~20분) 운행 중 대기 시간을 최소화할 수 있는 것이 큰 장점이다. 이는 운송 회사의 운송 효율과 차량 가동률을 높이는 데 기여한다.

효율과 성능을 극대화하기 위해 회생 제동 시스템이 표준적으로 적용된다. 이 시스템은 제동 시 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하여 보조 배터리에 저장함으로써 전체 에너지 효율을 높인다. 또한, 열 관리 시스템은 연료전지 스택이 최적의 온도에서 작동할 수 있도록 하여 성능과 내구성을 보장하는 핵심 역할을 한다. 추운 기후에서의 시동 성능과 열 효율도 중요한 기술적 과제로, 각 제조사는 이를 해결하기 위한 다양한 솔루션을 개발 중이다.

수소 트럭의 전기 구동 시스템은 연료전지에서 생성된 전기를 활용하여 차량을 움직이는 핵심 메커니즘이다. 이 시스템은 일반적으로 연료전지 스택, 고전압 배터리, 전동기, 파워 컨트롤 유닛 및 관련 전력 전자 장치로 구성된다. 연료전지 스택이 수소와 산소의 화학 반응을 통해 지속적으로 전기를 생산하는 동안, 고전압 배터리는 가속 시 필요한 추가 전력을 공급하거나 제동 시 회생 에너지를 저장하는 보조 역할을 한다. 이렇게 생성 및 관리된 직류 전력은 파워 컨트롤 유닛에 의해 최적화된 형태의 교류 전력으로 변환되어 전동기를 구동한다.

전동기는 이 변환된 전기에너지를 기계적 에너지로 바꾸어 구동축과 차륜을 회전시킨다. 수소 트럭에는 주로 높은 토크와 효율성을 제공하는 동기 전동기가 사용된다. 구동 시스템의 배치는 차량 설계에 따라 다양할 수 있으며, 대형 트럭에서는 하나의 강력한 전동기로 차축을 구동하는 방식이 일반적이다. 모든 구성 요소는 차량 제어 시스템에 의해 통합 관리되어 효율적인 전력 흐름과 안정적인 주행 성능을 보장한다.

이러한 전기 구동 시스템은 내연기관 트럭과 비교할 때 진동과 소음이 현저히 적으며, 구동계의 구성이 상대적으로 단순해 유지보수가 용이한 장점이 있다. 또한, 회생 제동 시스템을 통해 제동 에너지의 상당 부분을 전기로 회수하여 다시 배터리에 저장함으로써 전체 에너지 효율을 높인다. 결과적으로 수소 트럭은 무공해 추진과 함께 전기차 특유의 부드럽고 강력한 가속 성능을 화물 운송 분야에 적용한 것으로 평가된다.

수소 트럭 시장은 글로벌 자동차 제조사와 상용차 전문 기업들이 주도하고 있다. 현대자동차는 세계 최초로 양산형 수소 전기 트럭인 엑시언트를 출시했으며, 트럭 부문에서 선도적인 위치를 차지하고 있다. 유럽에서는 다임러 트럭이 메르세데스-벤츠 브랜드로 수소 연료전지 트럭을 개발 중이며, 볼보 그룹도 수소 연료전지 트럭 사업에 적극적으로 참여하고 있다.

미국에서는 지멘스와의 합작 기업인 니콜라가 초기에 수소 연료전지 트럭을 주목받게 했으나, 이후 경영상의 어려움을 겪었다. 일본의 도요타는 수소 연료전지 기술을 승용차에 먼저 적용한 후, 히노자동차와의 협력을 통해 상용차 분야로 확대하고 있다. 중국의 경우 사나와 같은 기업들이 수소 트럭 개발에 박차를 가하고 있으며, 정부의 강력한 지원 정책 아래 관련 산업이 빠르게 성장하는 추세이다.

이들 기업들은 단순한 차량 제조를 넘어, 수소 생산, 운송, 충전 인프라 구축까지 포함한 생태계 조성에 주력하고 있다. 특히 대형 트럭의 장거리 운송 수요를 충족시키기 위해 수소 연료전지 기술이 각광받으면서, 기존 디젤 트럭을 대체할 수 있는 실질적인 대안으로 부상하고 있다.

수소 트럭의 보급 현황과 판매 실적은 아직 초기 단계에 머물러 있다. 전 세계적으로 상용화된 모델의 누적 판매 대수는 수천 대 수준으로, 전체 상용차 시장에서 차지하는 비중은 미미하다. 보급은 주로 유럽, 중국, 미국, 대한민국 등에서 정부의 지원 정책과 시범 사업을 통해 이루어지고 있으며, 특히 공공 부문의 물류 기업이나 대형 유통 회사가 파일럿 프로젝트 형태로 도입하는 사례가 많다. 이러한 초기 시장 형성 단계에서는 실제 판매보다는 임대나 리스를 통한 운행 실증이 더 활발하게 진행되고 있다.

주요 판매 실적은 현대자동차의 엑시언트 수소 트럭과 다임러 트럭(구 다임러)의 메르세데스-벤츠 eActros 600 수소 모델 등 소수 제조사의 플래그십 모델을 중심으로 집계된다. 현대자동차는 스위스를 비롯한 유럽 시장에 1,000대 이상의 수소 트럭을 공급하는 계약을 체결하며 선두를 달리고 있다. 중국에서는 SAIC 홍옌과 같은 현지 기업들이 자체 개발한 수소 트럭을 지역별 시범 사업에 투입하고 있다. 그러나 이러한 수치는 아직 대량 생산과 본격적인 상업 판매가 시작되었다고 보기 어려운 실증 단계의 물량에 해당한다.

보급 확대의 가장 큰 걸림돌은 높은 차량 가격과 부족한 수소 충전소 인프라이다. 수소 트럭의 구매 가격은 동급 디젤 트럭에 비해 수 배에 달하며, 이는 연료전지 시스템과 고압 수소 탱크의 비용이 크기 때문이다. 또한 장거리 화물 운송에 필수적인 고속도로 상의 수소 충전소 네트워크가 극히 제한적이어서 운행 범위와 편의성에 제약을 준다. 따라서 단기적인 판매 실적의 급성장보다는, 유럽의 수소 벨리 프로젝트나 중국의 수소 모빌리티 클러스터 구상과 같은 장기적 인프라 구축 계획이 실질적인 보급 규모를 결정할 중요한 변수로 작용할 전망이다.

수소 트럭의 보급 확대를 위해 세계 각국은 다양한 정책과 재정 지원을 시행하고 있다. 이러한 국가별 전략은 수소 경제 생태계 조성과 탄소 중립 목표 달성의 핵심 축으로 자리 잡고 있다.

유럽 연합은 수소 트럭을 포함한 무공해 차량의 도입을 적극적으로 장려하고 있다. 대표적으로 유럽 그린딜과 REPowerEU 계획을 통해 수소 생산 및 충전 인프라 구축에 막대한 예산을 투입하고 있으며, 유럽 연합 집행위원회는 2030년까지 주요 도로망에 수소 충전소를 구축할 것을 제안했다. 독일과 프랑스, 네덜란드 등은 자국 내 수소 트럭 구매 보조금과 세제 혜택을 제공하며 선도적인 역할을 하고 있다.

아시아에서는 대한민국과 일본이 수소 트럭 개발 및 보급에 주력하고 있다. 대한민국은 수소 경제 활성화 로드맵을 수립하고, 수소 트럭 구매 시 보조금을 지원하며, 수소법을 제정해 산업 기반을 구축하고 있다. 일본은 기본 수소 전략을 통해 수소 공급망 구축과 함께, 도요타와 혼다 등 자국 기업의 기술 개발을 지원해 왔다. 중국 역시 에너지 절약 및 신에너지 자동차 산업 발전 계획을 통해 수소 연료전지 차량, 특히 상용차 분야의 연구 개발과 시범 사업을 확대하고 있다.

북미 지역에서는 미국이 인프라 투자 및 일자리 법과 인플레이션 감축법을 통해 수소 인프라와 상용차 구매에 대한 세액 공제를 지원하고 있다. 캘리포니아주는 Zero-Emission Vehicle 프로그램을 통해 수소 트럭의 판매 비중을 의무화하는 등 적극적인 규제 정책을 펼치고 있다. 캐나다도 수소 전략을 발표하며 청정 연료 생산과 운송 부문의 탈탄소화를 추진 중이다.

수소 트럭의 가장 큰 환경적 장점은 운행 중 탄소 배출이 전혀 없다는 점이다. 수소 연료전지 시스템은 수소와 공기 중 산소를 반응시켜 전기를 생산하며, 이 과정에서 발생하는 유일한 배출물은 물이다. 따라서 대기 오염 물질인 질소산화물이나 미세먼지를 배출하지 않아 도시 지역의 공기 질 개선에 기여할 수 있다.

또한, 수소 트럭은 전기 트럭과 마찬가지로 소음이 매우 적어 소음 공해를 줄이는 데 효과적이다. 특히 야간이나 주거 지역에서의 화물 운송 시 소음 저감 효과가 두드러진다. 이는 물류 차량이 빈번하게 운행하는 도심 및 항만 지역의 생활 환경 개선에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.

수소의 생산 과정이 재생 에너지를 통해 이루어진다면, 수소 트럭은 탄소 중립을 실현하는 핵심 수송 수단이 될 수 있다. 태양광이나 풍력 발전으로 생산된 전력을 이용해 수전해 방식으로 그린 수소를 제조하고, 이를 트럭의 연료로 사용하면 전 주기에 걸쳐 온실가스 배출을 극적으로 줄일 수 있다. 이는 기후 변화 대응을 위한 교통 부문의 핵심 해결책으로 주목받고 있다.

수소 트럭의 운영 경제성은 초기 구매 비용, 유지보수 비용, 그리고 가장 중요한 연료 비용을 종합적으로 고려하여 평가된다. 현재 시점에서 수소 트럭의 총 소유 비용은 전통적인 디젤 트럭이나 배터리 전기 트럭에 비해 상당히 높은 편이다. 이는 주로 고가의 연료전지 시스템과 수소 저장 탱크로 인한 차량 가격 프리미엄, 그리고 상대적으로 높은 수소 연료 단가에서 기인한다. 특히 그린 수소 생산 비용이 여전히 높고, 수소 충전 인프라가 부족하여 운송 및 저장 비용이 추가로 발생하는 것이 주요 원인이다.

그러나 운영 경제성은 규모의 경제와 기술 발전에 따라 개선될 가능성이 크다. 장기적으로 볼 때, 재생 에너지를 이용한 수소 생산량이 증가하고 수전해 기술이 발전하면 수소 연료의 단가는 하락할 전망이다. 또한, 연료전지의 수명이 길어지고 대량 생산이 본격화되면 차량의 초기 구매 가격도 점차 낮아질 것으로 예상된다. 수소 트럭은 배터리 전기 트럭에 비해 긴 주행 거리와 빠른 충전 시간을 제공하므로, 장거리 및 고강도 운송 작업에서 시간 효율성을 높여 간접적인 운영 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.

국가별 탄소 중립 정책과 규제 강화도 운영 경제성에 영향을 미친다. 많은 국가에서 탄소 배출권 거래제를 도입하거나 내연기관 차량에 대한 규제를 강화하고 있으며, 친환경 차량 구매 시 보조금 및 세제 혜택을 제공하고 있다. 이러한 정책적 지원은 수소 트럭의 높은 초기 비용을 상쇄하고, 탄소 배출로 인한 잠재적 비용(탄소세 등)을 회피하는 효과를 가져와 총 소유 비용을 개선하는 데 기여할 수 있다. 따라서 수소 트럭의 경제성은 단순한 연료 비용 비교를 넘어, 환경 규제 대응 비용과 정부 지원 정책을 포함한 포괄적인 비용 편익 분석을 통해 평가되어야 한다.

수소 트럭의 상용화를 가로막는 가장 큰 기술적 과제는 높은 제조 원가이다. 핵심 부품인 연료전지 스택과 고압 수소 저장 탱크의 제조 비용이 여전히 높으며, 특히 연료전지에 사용되는 백금과 같은 귀금속 촉매의 의존도가 큰 비중을 차지한다. 이는 대량 생산 체계가 완전히 구축되지 않았기 때문이며, 생산 규모의 경제를 실현하기 위해서는 시장 수요가 안정적으로 확보되어야 하는 선순환 구조가 필요하다.

또한, 수소 트럭의 내구성과 신뢰성은 아직 장기적인 검증이 부족한 상황이다. 화물차는 일반 승용차에 비해 가혹한 운행 조건과 긴 주행 거리를 요구한다. 극한의 기온 변화, 진동, 장시간 연속 운전에 노출되는 연료전지 시스템의 수명과 성능 저하 문제는 실증 단계에서 꾸준히 평가받고 있다. 특히 냉각 시스템의 효율과 내구성은 연료전지의 출력과 효율을 유지하는 데 핵심적이다.

수소 저장 기술의 한계도 중요한 과제이다. 현재 상용 차량에 주로 적용되는 700기압급 고압 복합재 탱크는 안전성과 경량화 측면에서 진보했지만, 에너지 저장 밀도 측면에서는 여전히 디젤 연료에 비해 낮다. 이는 동일한 주행 거리를 확보하기 위해 더 많은 공간을 수소 탱크에 할당해야 함을 의미하며, 이는 적재 공간 및 화물 중량에 영향을 미칠 수 있다. 액화 수소 저장 기술은 더 높은 에너지 밀도를 제공하지만, 극저온 유지에 필요한 추가 에너지와 시스템 복잡성으로 인해 상용차 적용에는 더 많은 시간이 필요할 것으로 보인다.

마지막으로, 연료전지의 작동 환경에 대한 제약도 존재한다. 영하의 낮은 온도에서 시스템 시동 시 성능이 저하될 수 있으며, 고온 다습한 환경에서의 효율 관리도 중요한 기술적 난제이다. 이러한 다양한 기후 조건과 주행 사이클에서도 일관된 성능과 내구성을 보장하는 것은 수소 트럭이 전 세계 시장에서 경쟁력을 갖추기 위한 필수 조건이다.

수소 트럭의 보급을 가로막는 가장 큰 장애물 중 하나는 충전, 즉 수소 공급 인프라의 부족이다. 수소 트럭은 수소 연료전지를 통해 전기를 생산해 구동되므로, 주기적으로 수소 충전소에서 수소를 공급받아야 한다. 그러나 현재 전 세계적으로 수소 충전소는 매우 드물게 구축되어 있으며, 특히 장거리 화물 운송에 적합한 대형 트럭용 고압·대용량 수소 충전 시설은 더욱 찾기 어렵다. 이로 인해 수소 트럭의 운행 범위와 노선이 크게 제한받고 있다.

수소 충전소 구축은 초기 투자 비용이 매우 높은 데다 기술적, 규제적 장벽도 많다. 고순도 수소의 생산, 액화 또는 고압 압축, 저장, 운송, 그리고 충전소 건설 및 안전 관리까지 모든 과정에 막대한 자본이 필요하다. 또한, 수소는 화학적으로 매우 활발한 기체이기 때문에 안전 기준과 규정이 엄격하여 인프라 확장 속도를 늦추는 요인으로 작용한다. 이에 비해 전기 트럭용 충전 인프라나 기존 내연기관 차량의 주유소 네트워크는 훨씬 더 밀집되어 있다.

인프라 문제는 닭과 달걀의 문제를 낳는다. 충전소가 부족하면 수소 트럭을 구매할 유인이 줄어들고, 수소 트럭의 보급 대수가 적으면 충전소 건설 사업의 수익성을 기대하기 어려워 투자가 더뎌진다. 이를 해결하기 위해 각국 정부와 주요 자동차 제조사들은 핵심 운송 노선을 따라 수소 충전소 네트워크를 구축하는 협력 프로젝트를 추진하고 있지만, 전국적 또는 대륙적 규모의 완전한 네트워크를 형성하기까지는 상당한 시간과 자원이 추가로 필요할 전망이다. 따라서 수소 트럭의 본격적인 상용화를 위해서는 차량 기술 개발과 병행하여 인프라 구축에 대한 지속적이고 대규모의 투자와 정책적 지원이 필수적이다.

수소 트럭과 전기 트럭(배터리)은 모두 내연기관 트럭을 대체할 수 있는 무공해차 솔루션으로 주목받고 있으나, 기술적 접근 방식과 운영 특성에서 뚜렷한 차이를 보인다. 가장 근본적인 차이는 에너지 저장 및 추진 시스템에 있다. 수소 트럭은 수소 연료전지 스택에서 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하여 모터를 구동하는 방식인 반면, 배터리 전기 트럭은 사전에 전력망으로부터 충전된 대용량 리튬이온 배터리에 저장된 전기에너지를 직접 사용한다. 이로 인해 주행 거리, 충전 시간, 차량 중량, 인프라 요구사항 등에서 서로 다른 장단점이 형성된다.

주행 거리와 충전 시간 측면에서 수소 트럭이 상대적인 우위를 가진다. 수소 트럭은 압축된 기체 수소를 고압 탱크에 저장하므로, 동등한 중량 대비 에너지 밀도가 높아 한 번 충전으로 800km 이상의 장거리 주행이 가능한 모델이 개발되고 있다. 또한 수소 충전은 약 15~20분 내에 완료될 수 있어 기존 디젤 트럭의 연료 보급 시간에 근접한다. 반면, 배터리 전기 트럭은 배터리 용량과 중량의 제약으로 주행 거리가 상대적으로 제한적이며(대부분 300~500km 수준), 완속 충전에는 수 시간, 급속 충전에도 1~2시간 이상이 소요될 수 있다.

운용 유연성과 초기 비용 구조에서는 배터리 전기 트럭이 유리한 점이 있다. 배터리 전기 트럭은 전기 모터 구동으로 인해 정비가 간단하고 에너지 효율이 매우 높으며, 전기 요금이 수소 연료 가격보다 안정적이고 저렴한 지역에서는 운영 비용 측면에서 강점을 보인다. 또한 충전 인프라 구축이 상대적으로 용이하다는 장점이 있다. 수소 트럭은 고가의 연료전지 시스템과 수소 저장 탱크로 인해 차량 구매 가격이 매우 높으며, 수소 생산, 수송, 저장, 충전에 이르는 전주기적인 인프라 구축이 막대한 투자를 필요로 하는 과제로 남아있다. 결국, 단거리 및 정해진 노선의 운송에는 배터리 전기 트럭이, 장거리 및 중장거리 운송과 빠른 연료 보급이 필수적인 분야에는 수소 트럭이 각각 적합한 기술로 평가받으며, 시장에서 상호 보완적인 역할을 할 것으로 전망된다.

수소 트럭은 기존의 디젤 엔진을 사용하는 내연기관 트럭과 근본적인 작동 원리와 환경적 영향에서 큰 차이를 보인다. 내연기관 트럭은 경유나 휘발유와 같은 화석 연료를 실린더 내에서 연소시켜 발생하는 열에너지를 기계적 운동 에너지로 변환한다. 이 과정에서 이산화탄소, 질소산화물, 미세먼지 등 다양한 대기 오염 물질이 배출된다. 반면, 수소 트럭은 수소와 공기 중의 산소를 연료전지 스택 내에서 화학 반응시켜 직접 전기를 생산하고, 이 전기로 모터를 구동한다. 유일한 배출물은 물이므로, 주행 중 지역 대기 오염 물질 배출이 전무하다는 점이 가장 큰 환경적 장점이다.

운행 측면에서 비교하면, 내연기관 트럭은 수십 년에 걸쳐 발전해 온 성숙한 기술 덕분에 높은 신뢰성과 긴 주행 거리, 빠른 연료 보충이 가능하다. 또한 전 세계적으로 구축된 정유 및 주유소 인프라를 활용할 수 있어 운송 사업자의 운영 편의성이 매우 높다. 수소 트럭은 주행 거리와 연료 보충 시간 면에서 내연기관 트럭에 근접할 수 있는 잠재력을 가지고 있지만, 수소 충전소 인프라가 극히 제한적이라는 점이 상용화의 주요 걸림돌로 작용한다.

경제성 측면에서는 상황이 복잡하다. 내연기관 트럭은 초기 구매 비용이 상대적으로 낮고 유지보수 체계가 잘 정립되어 있으나, 유가 변동에 따른 연료비 부담이 크다. 수소 트럭은 현재 차량 제조 단가가 매우 높고, 수소 연료의 가격도 화석 연료 대비 비싼 편이다. 그러나 장기적으로 재생 에너지를 이용한 그린 수소 생산이 확대되고 규모의 경제가 실현되면 연료 비용 경쟁력이 향상될 가능성이 있다. 또한 탄소 배출 규제가 강화되는 흐름 속에서 배출권 거래제 비용을 절감할 수 있는 잠재적 이점을 지닌다.

수소 트럭의 기술 발전 방향은 크게 연료전지 시스템의 고성능화와 내구성 향상, 수소 저장 기술의 고용량화 및 경량화, 그리고 차체 및 구동 시스템의 효율 극대화로 나뉜다. 연료전지 스택의 출력 밀도와 내구성을 높여 초기 투자 비용을 낮추고 경제성을 확보하는 것이 핵심 과제이다. 이를 위해 촉매로 사용되는 백금의 사용량을 줄이거나 대체 재료를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 또한 극한의 기후 조건에서도 안정적으로 작동할 수 있는 내한 및 내열 성능을 강화하는 방향으로 발전하고 있다.

수소 저장 기술은 현재 주로 사용되는 고압 복합재 탱크의 압력을 700bar에서 더 높은 수준으로 올려 주행 거리를 연장하는 연구와 함께, 액체 수소나 화합물 형태의 수소 저장 기술의 상용화를 위한 개발이 이루어지고 있다. 특히 수소의 에너지 밀도를 높여 동일한 크기의 탱크로 더 많은 수소를 저장할 수 있게 하면, 트럭의 적재 공간을 확보하고 경량화에 기여할 수 있다.

차량 전체의 효율을 높이기 위한 통합 제어 기술과 열 관리 시스템의 고도화도 중요한 발전 축이다. 연료전지에서 발생하는 폐열과 전기 구동 시스템의 열을 효율적으로 관리하여 난방 및 냉방 에너지로 재활용함으로써 전체 에너지 소비를 줄이는 기술이 개발되고 있다. 또한 자율주행 기술과의 융합을 통해 컨보이 주행이 가능해지면, 공기 저항을 줄여 에너지 효율을 획기적으로 개선할 수 있을 것으로 기대된다.

장기적으로는 그린 수소 생산 기술의 발전과 연계되어, 탄소 중립 물류 체계의 핵심 요소로 자리매김할 것으로 전망된다. 이를 위해 수소 충전소 인프라와의 원활한 호환성을 보장하는 표준화 작업과 더불어, 수소 트럭의 생애 주기 전반에 걸친 탄소 발자국 평가 방법론이 정립되어야 한다.

수소 트럭 시장의 성장은 글로벌 탄소 중립 목표와 함께 본격화될 것으로 전망된다. 주요 국가들의 강력한 규제와 지원 정책이 시장 확대의 핵심 동력으로 작용하고 있으며, 특히 장거리 대형 화물 운송 분야에서 배터리 전기 트럭의 한계를 보완하는 솔루션으로 주목받고 있다. 유럽 연합과 미국, 중국, 대한민국 등은 수소 경제 로드맵을 통해 상용차 부문의 수소화를 적극 추진 중이다.

시장 규모 측면에서는 향후 10년간 급격한 성장이 예상된다. 여러 시장 조사 기관들은 2030년대에 이르러 수소 트럭의 연간 판매 대수가 수십만 대 수준에 도달할 것이라 전망하며, 이는 물류 및 운송 산업의 구조적 변화를 의미한다. 장거리 노선, 대용량 화물 운송, 그리고 빠른 충전이 필요한 특수 운송 부문에서 먼저 보급이 확대될 것으로 보인다.

성장을 위한 핵심 과제는 수소 충전소 인프라의 대규모 구축과 수소 생산 단가의 경쟁력 확보이다. 그린 수소 생산량 증가와 수전해 기술 발전을 통한 원가 절감이 지속되어야 시장의 자생적 성장이 가능해질 것이다. 또한, 연료전지 시스템의 내구성 향상과 제조 원가 하락도 중요한 기술적 목표로 자리 잡고 있다.

수소 트럭의 보급 확대를 위해서는 수소 생산, 수송, 저장, 충전에 이르는 전 주기의 인프라 체계 구축이 필수적이다. 현재 전 세계적으로는 이러한 인프라가 매우 부족한 상태이며, 이를 해결하기 위해 국가 및 지역별로 중장기적인 계획이 수립되고 투자가 이루어지고 있다.

주요 계획은 대규모 수소 충전소 네트워크를 구축하는 데 초점이 맞춰져 있다. 예를 들어, 유럽 연합은 주요 고속도로와 물류 거점에 수소 충전소를 설치하는 계획을 추진 중이며, 미국과 중국 역시 각국의 수소 로드맵에 따라 주요 도로와 항만, 산업단지 주변에 충전 인프라를 확충할 계획을 발표했다. 이러한 계획에는 그린 수소 생산을 위한 재생 에너지 발전 시설과의 연계, 액화 또는 고압 가스 상태로 수소를 수송할 파이프라인 또는 특수 운송차량 체계 구축도 포함되는 경우가 많다.

인프라 구축의 핵심 과제는 막대한 초기 투자 비용과 수소의 생산부터 소비까지의 가격 경쟁력 확보이다. 이를 해결하기 위해 정부 주도의 재정 지원, 민간 기업 간의 협력 체결, 그리고 국제적인 표준화 노력이 활발히 진행되고 있다. 특히 물류 회사, 자동차 제조사, 에너지 기업이 컨소시엄을 구성하여 특정 물류 경로를 따라 시범 인프라를 구축하는 사례가 늘고 있으며, 이는 위험과 비용을 분산하면서 실증 데이터를 축적하는 효과적인 방식으로 평가받는다.