하이브리드카와 전기자동차는 환경 문제의 대안으로 탄생했다. 이들 자동차는 어떤 이유로 환경 친화적이라는 것이며, 도대체 어떤 원리로 움직이는 것일까? 또 다른 방식의 친(親) 환경 자동차는 어떤 것이 있을까?
■하이브리드카:엔진과 모터를 함께 움직인다
하이브리드카는 원래 두 종류 이상의 동력 원(源)을 함께 이용하는 자동차를 말하는데, 통상 휘발유(혹은 디젤) 엔진과 전기 모터를 함께 사용하는 차를 말한다.
하이브리드카는 연료가 많이 이용되는 순간에 휘발유 엔진 대신 전기 모터를 작동시킴으로써 연료 사용을 줄이고, 배기가스 배출도 줄이게 된다. 전기 모터 작동에 필요한 전기 에너지는 100% 엔진의 구동력을 통해 얻어진다. 결국 환경 친화적이면서 연료비 부담도 줄여서 일거양득인 셈이다.
좀더 구체적으로 살펴 보자. 휘발유 차는 서 있다가 출발할 때 또는 급가속 할 때 가속 페달을 세게 밟아야 한다. 즉 엔진의 실린더 안에 휘발유를 쏟아 붓는다는 얘기다.
반면 하이브리드카는 급가속 할 때 엔진에 휘발유를 더 쏟아 붓는 대신 전기 모터가 힘을 보탠다. 따라서 연료 소모가 적다.
그런데, 휘발유 차가 정속(定速) 주행을 할 때는 연료 소모가 많지 않다. 이 경우에는 전기 모터가 도와줄 필요가 없으니 휘발유 엔진으로 작동한다. 또 도심에서 신호를 기다리느라 일시 정지할 때는 휘발유 엔진이 꺼진다. 출발 시에도 대부분 전기 모터로만 움직여 연료의 급격한 소모를 막아준다. 이렇게 필요할 때마다 변신함으로써 휘발유 차량보다 최대 2배 정도 연비를 향상시킬 수 있는 것이다. 이 기술의 요체는 배터리이다. 전기 에너지를 많이 이용하므로 일반 자동차에 비해 훨씬 용량이 크고 성능이 좋은 배터리가 필요하다. 아직 배터리 값이 매우 비싸서 대중화의 걸림돌이 되고 있다.
■플러그인 하이브리드카:필요할 때만 충전해 쓴다
말 그대로 전기 소켓에 플러그를 꼽아 충전해 쓰는 하이브리드카를 뜻한다. 일반적인 하이브리드카는 휘발유를 넣기만 하면 연료를 아낄 수 있는 최적의 상태로 휘발유 엔진과 전기 모터를 번갈아 사용해 달리게 된다. 그러나 전기 모터를 충분히 사용하려면 엔진을 그만큼 많이 돌려 충전을 해야 한다. 전기 에너지가 엔진의 구동력에서 얻어지기 때문이다. 결국 연비를 향상시키는 데 그만큼 한계가 있다는 뜻이다.
이런 단점을 극복한 것이 플러그인 하이브리드다. 부족한 전기를 외부에서 충전해서 보충하는 것이다. 하루 50~60km 이상의 거리를 달리지 않는다면 충전해 둔 전기만으로도 주행이 가능하다. 그러나 휘발유를 적게 쓰기 때문에 연비가 일반 자동차는 물론, 하이브리드카보다도 월등히 높아질 수 있다. 수치상으로는 L당 100km도 가능하다. (도요타의 하이브리드카인 프리우스의 연비는 L당 25km 수준이다.) 충전을 하기 때문에 전기 요금을 물어야 하지만, 심야 전기를 활용하면 경제성을 살릴 수 있다. 역시 배터리 개발이 과제다.
■전기 자동차:충전한 전기 사용해 모터 힘으로 달려
말 그대로 엔진이 없고, 전기 모터의 힘으로만 달리는 차를 말한다. 필요한 전기는 100% 충전을 통해 얻는다. 대기 오염을 일으키지 않고 휘발유 차에 비해 엔진 소음도 없는 편이다. 다만 엔진이 내는 강한 힘만큼을 모두 전기 모터가 내기 위해서는 배터리에 전기를 아주 많이 저장해야 한다. 또 배터리 용량이 아무리 크더라도 현재 수준에서는 200~300km 이상을 달리는 데 한계가 있다. 따라서 단거리 소형차 위주로 개발될 가능성이 높다. 앞으로 전기 충전 시설이 곳곳에 마련된다면, 보다 보급이 확산될 수 있다. 그러나 전기 자동차나 플러그인 하이브리드카가 진정 환경 친화적인지에 대해서는 논란이 있다. 아직까지 전기는 대부분 화석 연료(석유·석탄) 발전소에서 공급·충전되고 있기 때문이다. 풍력이나 태양광 발전으로 전기를 공급 받을 때 명실상부한 친환경차로 평가 받을 수 있다는 것이다.
■연료전지 자동차:수소에서 얻은 전기로 움직여
연료전지(fuel cell) 자동차는 전기 자동차와 마찬가지로 100% 전기 모터의 힘으로 작동되지만, 이때 전기 에너지를 연료전지로부터 얻는 점이 다르다. 연료전지란 수소와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 만들어내는 장치를 말한다. 물을 전기 분해했을 때 수소와 산소가 발생하는 것의 반대 과정이라고 보면 이해가 쉽다. 수소를 차 안에 저장해 놓았다가 필요할 때마다 전기를 만들고 이 에너지로 모터를 돌려 차를 움직이게 된다. 배기가스는 전혀 없으며 물만 배출될 뿐이다. 매우 깨끗하고 에너지 효율도 높지만, 수소를 어떻게 대량으로 저렴하게 생산하느냐가 숙제다. 수소를 차량의 연료탱크 안에 저장하려면 초고압과 극저온의 상태로 밀봉해야 하는데, 이 또한 매우 어렵고 비용도 많이 드는 기술이다. 따라서 상용화 시점이 2010~2015년에서 2020년 또는 그 이후로까지 계속 늦춰지고 있는 상황이다.
■수소 엔진 자동차-휘발유 대신 수소로 달린다
기존의 자동차와 엔진 구조는 똑같은데, 휘발유 대신 수소를 집어넣은 뒤 태워서 생긴 폭발력으로 차를 움직인다. 수소 탱크에서 빠져 나온 수소가 엔진으로 들어가 폭발하면서 에너지를 발생시킨다. 전 세계 자동차회사 가운데 유일하게 독일의 BMW만이 이 방식을 고집하고 있다. 이 방식을 고집하는 것은 BMW의 모토인 '달리는 즐거움'을 잃지 않기 위해서라고 한다. 전기자동차나 연료전지 자동차의 경우 휘발유 엔진과 기존의 변속기를 통해 느껴지는 특유의 가속감과 엔진 사운드를 기대할 수 없다는 것이다.