메르세데스-벤츠, 수소연료전지차 개발 25주년

연구·혁신 통해 지속 가능한 미래 모빌리티 개발 앞장

[프라임경제] 메르세데스-벤츠가 자사의 전기 구동화 전략을 이끄는 한 축인 수소연료전지차 개발이 올해로 25주년을 맞이했다고 16일 밝혔다.

메르세데스-벤츠는 다양한 미래 모빌리티 기술의 공존을 추구하며 △내연 기관 △하이브리드 △순수전기 총 3가지 파워트레인 전략을 바탕으로 고객의 세분화된 모빌리티 니즈를 충족시키고 있다. 

앞서 메르세데스-벤츠는 1994년 4월13일 자사 리서치 센터가 위치한 독일 울름(Ulm)에서 유럽 최초의 연료전지차 NECAR(네카)를 공개했다. 

새로운 전기차(New Electric Car)라는 뜻에서 붙여진 'NECAR'라는 이름은 이후 소개된 후속 개발 차량들과 구분하기 위해 NECAR 1(네카 1)으로 명명됐다. 

NECAR 1. ⓒ 메르세데스-벤츠 코리아

NECAR 1은 메르세데스-벤츠 MB 100 밴 모델(Mercedes-Benz MB 100 van model)을 기반으로 제작, 1993년 12월부터 독일의 도로에서 운행을 시작했다. 이듬 해 4월13일 발표 당시 이미 수천 마일을 주행거리를 기록해 안정적이고 혁신적인 전기 구동방식의 시작을 알리며, 새로운 에너지원의 기술적 가능성을 증명하는 초석을 마련했다.

NECAR 1에는 50kW의 출력을 발휘하는 캐나다 발라드 파워 시스템사(Ballard Power Systems Inc.)의 연료전지 12개와 150ℓ의 압축가스 주입이 가능한 연료 탱크가 탑재됐다. 이를 통해 NECAR 1에 장착된 전기모터는 최대 30kW(41마력)을 발휘했고, 최대 주행거리와 속도는 각각 130㎞와 시속 90㎞에 달했다.

메르세데스-벤츠는 NECAR 1을 통해 전 세계인들에게 연료전지 기술이 전기차 추진 장치로 적합하다는 것을 증명하고, 연료전지 기술이 가진 다양한 장점도 두루 선보였다. 

연료전지 자동차는 기존 내연기관 자동차에 사용되던 모든 주행시스템보다 현저하게 높은 에너지 전환 효율성, 높은 수준의 친환경성, 극히 적은 자원의 사용량 등의 장점을 가지고 있었다. 

A-클래스 F-CELL. ⓒ 메르세데스-벤츠 코리아

메르세데스-벤츠는 NECAR 1이 거둔 성과를 바탕으로 연료전지 시스템의 크기를 줄이고 효율성을 높임과 동시에 경량화를 실현하는 것을 다음 목표로 세웠다.

이후 메르세데스-벤츠는 끊임없이 수소 기반 연료전지차 연구와 개발을 이어갔다. 1996년 공개한 V-클래스 기반의 세계 최초의 연료전지 승용차 NECAR 2(네카 2)부터 2000년 선보인 NECAR 5(네카 5)까지 NECAR의 후속모델들과 함께 1997년 최대 250㎞ 주행에 성공한 연료전지 버스 NEBUS(네버스) 등 다양한 연료전지 차량을 선보였다. 

메르세데스-벤츠는 NECAR 테스트 차량을 통해 단계적으로 연료전지 시스템의 크기를 줄이는 것은 물론, 대량생산을 가능하게 하는 기술도 함께 발전시켰다.

이런 연구결과를 바탕으로 2002년 메르세데스-벤츠는 A-클래스 롱 휠베이스 버전의 차체 바닥에 한층 컴팩트해진 연료전지 시스템을 장착한 연구용 차량을 개발했고, 연료전지 차량에 F-CELL이라는 새 이름을 부여했다. 

B-클래스 F-CELL. ⓒ 메르세데스-벤츠 코리아

A-클래스 F-CELL은 이후 2004년 말부터 일상생활에서의 적합성을 입증하기 위해 △독일 △미국 △일본 △싱가폴에서 장기간 실제 도로주행 시험을 시작했다.

메르세데스-벤츠는 2009년 8월 첫 번째 양산 수소연료전지차인 B-클래스 F-CELL을 선보였고, 같은 해 연말부터 소량 생산을 시작했다. B-클래스 F-CELL은 수소연료 전지를 동력 장치로 사용하는 최신형 전기구동 시스템을 탑재해 높은 편의성과 안전성을 선사한 동시에 전기 모터의 힘으로 최고출력 136마력과 최대토크 29.8㎏·m의 성능을 발휘했다. 

또 수소를 3분만 충전하면 최대 400㎞ 거리를 달리고, 영하 25도에서도 작동하는 뛰어난 시능 능력을 겸비했다. 200여대의 B-클래스 F-CELL이 유럽과 미국 소비자들에게 전달됐고, 일반 승용차와 같은 환경에서 총 800만㎞ 이상을 달리며 연료전지 기술이 충분히 실용적이며 안전하다는 것을 다시 한 번 입증했다.

현재까지 300대 이상의 연구용 차량 및 연료전지차량을 만든 메르세데스-벤츠는 나아가 이 차량들을 바탕으로 총 1800만㎞에 달하는 거리를 달리며, 수소연료전지차 개발 관련 자료를 수집했다.

GLC F-CELL. ⓒ 메르세데스-벤츠 코리아

뿐만 아니라 메르세데스-벤츠는 1994년 브랜드 최초의 수소연료전지차를 공개한 후 이를 발판 삼아 여러 세대에 걸친 연구를 진행하며, 수소 기반 연료전지 자동차에 관한 경험을 쌓아 왔다. 

지난 2017년 프랑크푸르트 모터쇼에서 수소 연료전지차와 순수전기차의 특성을 결합한 세계 최초의 수소연료전지 플러그-인 하이브리드 차량인 GLC F-CELL을 공개하며 연료전지 기술의 눈부신 발전을 보여줬다. 

GLC F-CELL은 혁신적인 수소 연료전지 시스템과 순수 전기 구동계를 하나의 차에 담은 신개념 플러그-인 하이브리드 모델이다. 지능화된 작동 모드를 통해 배터리와 연료전지의 사용을 항상 최적의 상태로 유지하며 수소와 전기 사용을 최소화한 것이 특징이다. 

전체 시스템이 엔진룸 안에 들어갈 정도로 크기를 줄인 동시에 연료전지의 값을 높였던 백금 사용량을 90%까지 줄여 비용문제도 해결했다. 4.4㎏의 탱크에 수소를 채우는데 걸리는 시간은 단 3분이고, NEDC 기준 최대 약 430㎞까지 주행할 수 있다. 

아울러 대형 리튬이온 배터리를 사용해 전기모드로 NEDC 기준 최대 51㎞까지 주행이 가능한 추가 에너지를 제공한다.

메르세데스-벤츠는 연료전지차를 포함한 다양한 접근법을 통해 2022년까지 총 130개의 다양한 전기 구동화 모델을 선보이는 것을 목표로 친환경 모빌리티를 구현해가고 있다. 앞으로 새롭게 선보일 EQ 브랜드 모델에 100억유로 이상을, 배터리 생산 분야에 10억유로 이상을 투자하고 있다.