수소 연료 전지 자동차가 주행할 때 온실가스나 매연을 전혀 배출하지 않고 pure한 물만 배출하는 이유를 수소와 산소의 전기화학적 반응 관점에서 설명해 주세요.

Question

수소 연료 전지 자동차가 주행할 때 온실가스나 매연을 전혀 배출하지 않고 pure한 물만 배출하는 이유를 수소와 산소의 전기화학적 반응 관점에서 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

수소연료전지 자동차가 주행할 때 오염물질 없이 순수한 물만 배출하는 이유는 연료를 불로 태우는 연소 과정 없이 수소와 산소의 전기화학 반응으로만 전기를 만들기 때문입니다.

​연료전지 내부의 음극에 수소 가스가 공급되면 촉매에 의해 수소 이온과 전자로 분리됩니다. 여기서 분리된 전자가 외부 회로로 흘러가면서 자동차를 움직이는 전기 에너지를 발생시키고, 수소 이온은 전해질막을 통과해 반대편 양극으로 이동합니다. 양극에서는 외부에서 흡입한 공기 중의 산소와, 전해질막을 넘어온 수소 이온, 그리고 일을 마치고 돌아온 전자가 모두 결합하여 최종적으로 물을 생성합니다.

​기존 내연기관 자동차는 탄소를 포함한 휘발유나 디젤을 고온에서 연소시키기 때문에 이산화탄소 같은 온실가스나 불완전 연소로 인한 매연, 질소산화물이 필연적으로 발생합니다. 반면 수소연료전지는 연료 자체에 탄소 성분이 아예 존재하지 않으며, 고온의 폭발 과정 대신 낮은 온도에서 전자의 이동만을 유도합니다. 따라서 일산화탄소나 탄소 찌꺼기, 질소산화물 같은 미세먼지 유발 물질이 생겨날 조건이 원천적으로 차단됩니다. 결과적으로 수소 분자와 산소 분자가 결합하는 과정에서 자연스럽게 발생하는 깨끗한 물만이 유일한 부산물로 배출됩니다.