‘르망 24시’는 명실공히 세계 최고의 권위를 지닌 스포츠카 레이스로 통한다. 바로 이 르망 24시의 주최자 중 하나인 ACO가 후원하는 프로젝트로 ‘미션 H24’가 있다.
지난 2018년부터 시작된 이 프로젝트는 내구 테스트용 스포츠카를 위한 저공해 솔루션으로 수소 연료를 탐구해왔다. F1에 하이브리드차량이 속속 도입되면서 ‘친환경’ 이슈는 모터스포츠에서 하나의 흐름으로 정착했다. 하지만 연료전지를 적용한 수소전기차는 변방에 머물러왔다.
작년 6월에 열린 제92회 르망 24시에서 수소전기 스포츠카라 할 수 있는 H24 EVO의 세 번째 버전이 수소마을(H2 Village)에 처음으로 모습을 드러냈다. 이는 실차가 아닌 목업(Mock-up)으로 여느 하이퍼카에 뒤지지 않는 세련된 디자인으로 눈길을 끌었다.
차량의 사양을 보면, 심비오(Symbio)의 차세대 멀티 스택을 적용한 300kW급 연료전지시스템, 2개의 700bar 고압용기를 적용해 7.8kg의 수소를 저장할 수 있다. 여기에 872hp의 출력을 내는 전기모터가 들어간다.
보쉬, 액체수소 저장 제어장치 공개
지난해만 해도 H24 EVO의 구동에 수소기체를 활용할 예정이었다. 그러다 계획을 바꿔 액체수소를 적용한다는 말이 흘러나왔고, 올해 르망 24시를 앞두고 보쉬 모터스포츠(이하 보쉬)가 H24 EVO에 적용된 새로운 L-HSCU 액체수소 저장 제어장치를 공개하면서 이를 기정사실로 받아들이게 됐다.
모터스포츠 분야에서 액체수소 저장 방식을 선호하는 이유는 명확하다. 기체보다 액체의 체적 밀도가 높아 경주용 차량에서 탱크가 차지하는 공간이 줄일 수 있다. 보쉬는 “경주용 차량에 수소 구동 시스템을 통합하기 위해 L-HSCU 액체수소 저장 제어장치와 이에 상응하는 안전 개념을 개발했다”라고 설명한다.
이 장치는 연료 재급유, 탱크 저장부터 연료전지 또는 내연기관 수소엔진에 연료를 공급하는 전과정을 제어하고 모니터링하는 일을 한다. 탱크와 연료관의 압력, 온도 같은 매개변수에 대한 데이터를 센서로 측정해서 제어 장치에 제공하고, 시스템에 이상이 생기면 보호회로를 자동으로 작동시킨다.
예를 들어 수소기체가 누출되면 팬이 돌면서 공기와 희석해 농도를 낮추게 된다. 또 차량 내외부 충전 시스템과 통신하면서 프로토콜에 따른 안전하고 효율적인 충전을 보장한다. 이 외에도 수소 증발가스를 안전하게 배출하는 장치도 개발 중이다.
연료전지, 수소엔진 차량에 액체수소 적용
수소는 영하 253°C에서 액화하기 때문에 다루기가 까다롭다. 진공단열 처리가 된 극저온 탱크에 최대 약 5bar의 압력으로 액화수소를 주입하게 되는데, 외부와의 온도차로 탱크 내부에 증발가스가 발생하게 된다.
도요타는 수소엔진을 장착한 ‘GR 코롤라’ 콘셉트 차량을 ‘후지 슈퍼 다이큐 24시간 레이스’ 등에 출전하면서 기술을 업그레이드해왔다. 이 차량도 기체수소를 거쳐 액체수소 저장시스템으로 넘어갔다. 증발 수소를 그냥 배출하면 대기 환경에 악영향을 미친다. 따라서 촉매를 거쳐 수증기로 변환한 후 안전하게 배출하는 장치를 적용하고 있다.
도요타는 증발된 수소기체를 회수해서 소형 연료전지 스택에 보내 전기를 생산하는 장치를 개발하고 있다. 소형 연료전지를 알터네이터(소형 발전기)처럼 적용해 수소를 버리지 않고 차량 내 장치 구동에 활용함으로써 에너지 효율을 높이겠다는 것이다. 이런 식으로 기술을 다듬어 양산 차량에 대한 적용 여부를 판단하게 된다.
피에르 필론 ACO 회장은 수소연료전지, 수소엔진을 장착한 스포츠 차량을 르망 24시에 도입하려 한다. 탄소배출을 없애면서 충전 시간을 단축할 수 있는 해법을 수소 연료에서 찾고 있다.
그는 “기체수소를 자동차 경주에 도입한 미션 H24는 이제 액체수소를 경쟁에 참여시키고 기존 내연기관과의 경쟁에서 우위를 점하는 이중의 도전 과제를 통해 새로운 국면에 접어들었다”고 말한다.
H24 EVO의 개발자들은 최소 11kg에서 14kg의 액체수소 탱크를 차량에 탑재할 계획이다. 이를 통해 기존 30분에서 10분가량 늘어난 40분 이상의 주행을 목표로 한다.
H24 EVO 시연 차량은 제63회 르망 24시의 수소마을에 다시 전시될 예정이며, 6월 12일과 14일로 잡힌 수소 연료 경주용 자동차를 위한 시범 랩에 참가할 예정이다.