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2030 자동차 동력의 가는 길, 전동화 시대와 내연기관의 존속

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글 : 유일한(chepa@global-autonews.com)
승인 2019-03-20 01:47:11

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자동차의 미래를 예측한다는 것은 어렵다. 대부분 C.A.S.E.에 따라 전동화가 이루어진다는 것에는 어느 정도 공감하고 있으나 어떠한 동력이 주가 될 것인지에 대해서는 아직도 의견이 갈린다. 환경 보호를 위해 유럽연합과 미국을 비롯해 거대한 자동차 시장에서 배출가스를 엄격하게 규제하고 순수한 내연기관의 종말을 불러오고자 하는 흐름 속에서도 이를 줄일 수 있는 전동화 자동차는 좀처럼 늘어나지 않는다.

 

글 : 유일한(글로벌오토뉴스 기자)

 

2015년에도 전동화와 함께 배출가스를 줄이는 방편으로 하이브리드 그리고 PHEV 모델의 판매량이 늘어날 것으로 전망했지만 실제로는 기대보다 훨씬 낮은 판매량을 기록했다. 배터리 전기차의 경우 그 수치를 비슷하게 맞추기는 했으나 자세히 살펴보면 막대한 보조금에 기대고 있는 게 좀 더 크다. 이를 수정해 2018년에 새로운 예측이 등장했는데, 과연 그 예측대로 될 수 있을지는 장담할 수 없는 것이 현실이다.

 

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그렇다면 근미래라고 할 수 있는 2030년에 과연 우리는 자동차에 어떤 동력을 적용하며 살고 있을까? 지금까지 등장한 동력은 100년이 넘는 역사를 자랑하는 내연기관, 대량양산을 통해 자동차의 첫 전동화를 실현한 하이브리드, 오래 전부터 등장했으나 최근에 주목을 받기 시작한 배터리와 전기모터 그리고 수소를 이용한 전기 생성으로 충전의 제약을 벗어난 연료전지로 나눌 수 있다. 어느 쪽도 소홀히 할 수 없는 기술들이다.

 

    연료전지차와 배터리 전기차는 함께 간다

 

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수소를 사용하는 연료전지차와 대량의 배터리를 충전해 사용하는 배터리 전기차는 대립점에 있는 듯 보이지만 사실 같은 자동차다. 두 자동차 모두 근간은 같으며, 차이가 있다면 배터리 용량을 극단적으로 줄인 후 수소를 사용해 얻은 전기로 모터를 구동하는 것이 연료전지차, 외부 전원 없이 배터리에 충전된 전기만으로 주행하는 것이 배터리 전기차라는 것뿐이다. 그래서 두 자동차는 대립하는 것이 아니라 공존할 필요가 있다.

 

그리고 자동차의 용도도 생각해야 한다. 배터리 전기차는 승용으로는 적합할 수 있어도 버스 또는 대형트럭 등 화물용으로는 부적합한 면이 있다. 특히 대형트럭은 되도록 화물을 빠르게 운반해야 하므로 배터리 전기차의 상대적으로 긴 충전시간은 생각할 수 없으며 기름과 비슷하게 빠른 속도로 보충할 수 있는 수소가 적합하다. 손님을 자주 태우고 충전 시간이 상대적으로 부족한 택시 역시 그렇다.

 

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그래서 정부에서 올해 1월에 구축한 수소경제 로드맵도 이를 기반으로 하고 있다. 연료전지차의 생산을 확대하는 것은 물론 수소 충전소를 현재의 14개소에서 2022년까지 310개소로 늘리고 승용차 외에도 택시, 버스, 트럭을 보급하는 것을 고려하고 있다. 현재 연료전지차를 보급하는 데 있어 걸림돌이 되는 높은 차량 가격과 인프라 부족 중에서 인프라는 해결 방안이 나오고 있는 것이다.

 

연료전지차의 대량 보급을 통해 현재 7천만 원 선인 차량의 가격을 앞으로 10년 후에는 절반 정도로 낮출 수 있을 것으로 전망된다. 상용차에 걱정 없이 사용하도록 만들기 위해 연료전지차의 필수라고 할 수 있는 수소 스택의 내구성을 더 높이고 현재의 부생수소를 좀 더 활용하며 천연가스에서 수소를 추출하는 기술 등 효율적으로 수소를 얻는 기술도 개발한다. 물론 여기에는 투자가 필요하고, 이것은 자동차 제조사만으로는 이룰 수 없는 작업이다.

 

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전기차 역시 지금보다는 발전할 필요가 있다. 배터리 기술은 물론 모터와 인버터, 충전 기술도 더 높아져야 한다. 배터리 가격은 2010년 이후 연평균 20%씩 저감되어 왔지만, 최근에는 그 추세가 상당히 낮아져 있는 상태이다. 지금까지 전기차에서 잘 사용하지 않았던 변속기 기술도 다듬어야 한다. 아무래도 배터리의 발전이 중심이 되지만, 다른 기술들을 다듬어내면 궁극적으로 배터리 전기차의 성능과 함께 연료전지차의 성능도 올라간다.

 

충전에 있어서는 충전기와 함께 태양광 설비를 연계하고, 충전 시간을 효율적으로 보낼 수 있도록 차량 진단과 카페 등의 부가서비스를 제공하는 도심형 복합충전소가 설립될 필요가 있다. 정비 및 튜닝 산업과 함께 수명이 다한 전기차에서 추출한 폐배터리를 가정용 ESS 등으로 재활용하는 것도 필요하다. 이를 위해서는 기술을 보유한 대기업과 부품 기술을 보유한 중소기업이 기술제휴와 공동개발을 진행할 필요가 있다.

 

 내연기관의 발전과 함께하는 하이브리드

 

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최근 강력한 환경규제의 영향으로 인해 내연기관의 종말을 논하는 곳이 많아졌지만, 그런 토론 그리고 이상과는 달리 여전히 도로를 주행하고 있는 자동차의 대부분 그러니까 약 90% 이상은 내연기관만을 갖고 있다. 그리고 전동화가 진행된다 해도 배터리 또는 연료전지차보다는 하이브리드가 좀 더 많을 것으로 전망되며, 하이브리드는 어쨌든 내연기관을 품고 있다. 그 말은 궁극적으로는 내연기관이 발전해야 오염을 줄일 수 있다는 것이다.

 

그래서 자세히 보면 내연기관들도 끊임없이 발전하고 있으며, 단 1%의 열효율 향상을 위해서 많은 노력이 가해지고 있다. 이제는 기술적으로 가솔린과 디젤 엔진의 경계도 희미해지고 있으며, 열효율 50% 이상을 달성하면서도 오염 물질을 대폭 줄이는 기술을 2030년까지 개발하는 것이 목표가 되었다. 이미 메르세데스 벤츠가 실험실에서 F1 머신에 탑재하는 엔진을 이용해 이 열효율을 달성했는데, 이를 일반 차량에서도 달성하는 것이 과제이다.

 

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여기서 엔진의 효율을 높이는 데 있어 빠질 수 없는 것이 전기 모터의 동력 일부를 사용하는 ‘마일드 하이브리드’다. 기존 12V보다 전달 효율이 좋은 48V 시스템을 사용해 엔진의 동력 효율을 높이는 것은 물론 배출가스도 줄이는 것이다. 이는 가솔린과 디젤을 가리지 않고 차량에서 공간을 많이 차지하지 않기 때문에 주목을 받고 있다. 여기서 더 나아가 하이브리드가 되면 내연기관은 좀 더 힘을 얻게 된다.

 

최근 국내에서 미세먼지가 심해지면서 내연기관 특히 디젤 엔진에 대한 퇴출 움직임이 일고 있지만, 좀 더 생각해보면 디젤 엔진을 퇴출시킬 수가 없다. 만약 그렇게 되면, 현재 컨테이너 등 대량의 화물을 신속하게 수송할 수 있는 대형 트럭은 모두 운행을 멈춰야 하고 일상 속에서 큰 불편 정도가 아닌 생활의 마비가 일어날 것이다. 장거리를 운행해야 하는 고속버스 역시 마찬가지이다.

 

그래서 2030년이 되어도 내연기관은 존속하게 될 것이다. 그리고 중요한 것은 내연기관으로 인해 한국 내 자동차 부품산업이 존속할 수 있다는 것이다. 배터리 전기차 그리고 연료전지차는 내연기관에 비해 상대적으로 부품이 적기 때문에 그만큼 인력을 적게 고용할 것이고 대량의 실업자가 발생할 것이라는 현실도 있다. 이는 단순히 자동차를 넘어 한국에서 중산층이 그만큼 더 사라진다는 이야기도 된다.

 

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내연기관과 함께 하이브리드도 연비 향상이 주요 과제가 된다. 이를 위해서는 하이브리드 전용 파워트레인 개발이 필요한데, 토요타 프리우스와 현대 아이오닉을 놓고 비교해보면 될 것이다. 물론 아이오닉의 하이브리드 기술도 상당히 발전한 형태이지만 프리우스에 비하면 아주 약간 부족한데, 전용 하이브리드 시스템이 아니기에 시스템 효율이 극대화되지 못하기 때문이다. 이 점은 연구와 투자를 통해 극복할 수 밖에 없다.

 

또한 하이브리드는 주행 상황에 따라 모터와 엔진을 오고가게 되는데, 이를 효율적으로 제어하는 기술이 필요하다. 네비게이션과 현재 위치를 연동하여 언덕길에서의 동력 분배 로직을 바꾸거나 교통상황에 따라 다른 로직을 적용할 필요도 있다. 연비와 환경 규제에 대응할 수 있는 현실적인 자동차인데다가 기술 발전과 대량 양산으로 인해 그 판매가격 역시 상당히 낮아진 만큼 하이브리드에 주목할 이유는 충분하다.

 

 자동차의 발전은 중요하다

 

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친환경에 대한 필요성이 대두되고 과거보다는 확실히 배터리 전기차 등 극단적인 전동화 자동차의 판매량이 늘었다. 그럼에도 불구하고 차량 구입을 고려하면서 배터리 전기차 또는 연료전지차를 선뜻 선택하는 이들은 아직도 적다. 그것을 친환경에 대한 인식 부족 또는 사명 부족이라고만 말할 수는 없다. 결국 자동차는 집 다음으로 비싼 물품이고 오랜 기간 사용하는 만큼 선택에 있어 보수적으로 될 수 밖에 없기 때문이다.

 

만약 자동차 기술을 단순히 배출가스가 적은 친환경성이 아니라 경제성과 에너지 안보까지 생각해서 선택한다면 어떻게 될까? 자동차의 출력, 주행거리, 가격 등 구매 시 고려하는 것은 의외로 많아진다. 이 사항들을 모두 늘어놓고 봤을 때, 현재 제일 많은 점수를 얻을 수 있는 자동차는 하이브리드 자동차이고 그 다음이 내연기관을 탑재한 자동차이다. 배터리 전기차의 경우 아직까지도 주행거리가 문제가 되고, 연료전지차는 차량 가격 등 경제성의 문제가 있다.

 

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하이브리드가 적극적으로 선택할 수 있는 범위에 도달하면서 배출가스를 낮추는데 있어 큰 도움이 될 것이라는 것은 분명하다. 그리고 배터리 전기차와 연료전지차의 점수를 높이기 위한 노력도 중요하다. 단기간 내에 결과가 나올 수 없고 환경과 경제에 큰 영향을 미치기에 다양한 것을 고려해야 하고 길게 봐야 한다. 자동차 제조사의 연구개발 투자 확대와 더불어 정부의 투자 및 인프라 확보도 같이 필요해지는 때이다.


 

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