영국 NAIGT의 차세대 자동차 기술과 발전 전망

1. 서론
글로벌 기후변화(Climate Change)는 이미 진행되고 있다. 2050년까지 적어도 현재 배출되는 온실가스(GHG)량 대비 약 50% 수준까지 줄이기 위해서는 전 세계적으로 확고한 공감대를 형성함과 동시에 실질적이면서도 지속가능한 저탄소형 시스템(Sustainable Low Carbon System)개발에 역량을 모아야 한다. 이를 위해 현재 주요 선진국에서는 핵심 산업분야별로 중장기 저탄소(Low Carbon Future) 실천계획을 수립하고 있는데, 특히 국가 경제와 현대생활의 기본이 되는 자동차 산업에 대해서는 보다 혁신적으로 진행 중에 있다. 이는 기후 변화라는 대명제하에 저탄소 자동차 분야로 새로운 성장모멘텀을 만들고, 이를 통해 보다 능동적으로 국제 선도적 자동차 기술혁신을 실현하기 위해서이다.
글 / 이진욱 (숭실대학교)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2009년 12월호
특히, 유럽은 기후변화 대응을 위한 저탄소 자동차 산업구조 구축을 위해 매우 적극적인데, 환경친화형 자동차의 실질적인 보급에 힘입어 유럽내 저탄소 자동차 시장은 빠르게 성장될 전망이다. 이에 대비하여 최근 영국정부는 영국경제의 새로운 비전으로 저탄소 자동차 및 저탄소 교통문화 정착을 위한 실행 프로그램들을 연이어서 발표하고 있다. 영국에서 운행되는 약 2,600만대의 자동차 중에서 단 1%만이 저탄소 배출 자동차이며, 영국 전체 이산화탄소 배출량의 약 22%가 이들 차량에서 발생된다는 사실에 근거해서, 자동차에서 발생하는 이산화탄소의 배출량 감소를 기후변화 대응에 있어서 가장 핵심적인 해결책으로 다루고 있는 것이다. 따라서 차세대 저탄소 자동차 기술을 확보하는 것은 미래 글로벌 자동차산업의 경쟁력 측면에서 볼 때, 매우 중요하다.
<그림 1>은 유럽내 주요 자동차국가인 독일, 스웨덴, 영국, 이탈리아, 프랑스에서 2000년부터 판매된 신차의 주행거리(km)당 평균 이산화탄소 배출량과 EU 27개국에 대한 이의 평균치 그리고 향후 EU의 자동차 이산화탄소 배출 허용기준(2012년부터 신규자동차의 65%, 2013년 75%, 2014년 80%, 2015년 이후 100%에 대해 평균 130g/km 그리고 2020년부터는 평균 95g/km 적용)을 함께 나타낸 것으로써, 저탄소 자동차 기술은 향후 세계 자동차 산업의 패러다임을 주도적으로 변화시키고 또한 치열해지는 글로벌 경쟁속에서 필수적인 생존 조건임을 다시하여금 확인할 수 있다.
이러한 상황에서, 최근 영국의 사업기업/법규개혁부(BERR) 산하 NAIGT(New Automotive Innovation and Growth Team)에서 발표한‘영국 자동차산업의 미래에 대한 보고서’내 기술된 차세대 자동차 기술 및 이의 전망은 앞서 언급한 저탄소 실천계획과 저탄소 자동차기술을 파악하는데 도움이 되기에, 본 고에서는 이의 핵심내용을 바탕으로 차세대 저탄소 자동차 기술 및 발전 전망에 대해 요약해서 기술하고자 한다.

2. 영국 NAIGT 소개
New Automotive Innovation and Growth Team (신자동차 혁신과 성장팀)의 약어인 NAIGT는 향후 20년내 다가올 자동차 혁신과 성장 도전에 대처할 새로운 자동차 산업의 종합적인 전략을 마련하기 위해서 2008년 4월에 발족하였다. 이 조직은 영국 BERR (Department for Business, Enterprise and Regulatory Reform)내 자동차분과(Automotive Unit)에 의해 지원되는 산업 주도형의 프로젝트(Industry-led Project)를 주관하고 있다.
NAIGT에는 <그림 2 (a)>와 같이, 5개의 세부 그룹 (①Supply Chain Development, ② Technology and Low Carbon Product Development, ③ Technology and Low Carbon Infrastructure, ④ Business Environment, ⑤ Key Performance Indicators)이 있는데, 지난 1년 동안(2008년 5월~2009년 4월) 해당 그룹별로 수행한 활동 결과를 가지고 2009년 5월에 보고회를 개최하였다.

참고로 5개의 세부 그룹 중에서‘저탄소 기술 및 부품개발’그룹에 참여한 전문가 목록을 <그림 2 (b)>에 첨부하였는데, 이 그룹을 포함한 5개 세부 그룹에 속한 구성원들의 대부분은 산업체 소속이기에 이산화탄소 규제대응 미래 저탄소 자동차 기술 및 개발 전망에 대한 유럽자동차 및 부품업계의 실제 전략을 보고서를 통해 간접적으로 유추할 수 있다. 이러한 자동차 제작사의 향후 차세대 자동차 개발 전략에는 실제 자동차 운전자들이 이산화탄소 배출을 저감할 수 있도록 운전자에게 알려주는 조치(예를 들면, Gear Shift Indicator, 타이어-압력 모니터링 시스템 등)까지도 향후 포함될 예정이다.
NAIGT의 최종 목표는 향후 영국의 자동차 산업을 이미 확보된 자동차 엔지니어링 기술과 차량 디자인, 집약된 고생산성과 신뢰성 등을 바탕으로, 친환경 저탄소 자동차 산업으로의 전환을 위해 미래지향적인 계획 수립과 실천 방안을 제시함에 있다.
3. 영국 NAIGT의 차세대 자동차 기술 및 발전 전망
지난 5월, 영국 NAIGT에서는 점점 강화되고 있는 이산화탄소 규제에 대응하면서 향후 자동차 기술이 2040년까지 어떻게 발달할지를 나타내는 기술 로드맵을 <그림 3>과 같이 주요 기술 단계별로 세분화하여 제시하였다.
크게 ① 차량 경량화와 공기저항감소 그리고 기존 내연기관 기술의 혁신적 향상, ② 마이크로/마일드/Full/플러그-인 하이브리드자동차, ③ 전기자동차, ④ 연료전지 자동차의 단계적 상용화를 통해, 우선적으로는 2020년 EU의 자동차 이산화탄소 배출 허용기준인 평균 95g/km을 맞출 것으로 전망하고 있다. 즉, 약 130여년동안 자동차 동력원으로써 지배적 역할을 하고 있는 내연기관의 기술향상이 지속적으로 진행될 것이고, 동시에휘발유 또는 경유를 사용하는 내연기관과 전기모터를 사용하는 하이브리드 동력원이 양산시범용 전기자동차와 함께 본격적으로 자동차 시장에 진입할 것으로 전망하고있다. 좀 더 나아가서는 플러그-인 옵션을 지닌 하이브리드 자동차와 양산시범용 연료전지자동차가 각각의 사용 에너지(전기, 수소) 저장 인프라의 확충으로 관련 시장을 확보할 수 있을 전망이다. 이를 위해서는 대량 시장규모에 부합되는 전기자동차 기술과 배터리기술의 획기적인 진전이 계속될 필요가 있으며, 연료전지자동차도 이와 유사한 과정이 겪게 될 것으로 예상하고 있다. 장기적으로는 연료전지기술과 수소저장기술의 확립을 통해 연료전지자동차가 시장에 도입되면서 차세대 자동차 동력원으로써의 입지를 강화할 것으로 전망하고 있다.

따라서 영국 정부는 이 NAIGT의 차세대 자동차 기술로드맵에 의거하여, 단계적으로 해당 기술개발과 시범사업을 지원할 예정이며, 국제선도적으로 초-저탄소자동차(Ultra-Low Carbon Vehicle) 개발을 달성하고자 노력 중에 있다.
먼저, 저탄소 자동차 혁신 플랫폼(Low Carbon Vehicles Innovation Platform)을 통해 약 1억 4천만 파운드를 지원하여 저탄소 자동차 기술(내연기관 효율향상, 하이브리드, 차량 경량화, 에너지 저장, 수소 연료전지, 차량 동력학 등) 분야에 대한 연구와 개발 그리고 시범운영을 체계적으로 진행할 예정이다.
아울러서 새로운 저탄소 자동차를 영국에 빠르게 도입하기 위한 영국 정부의 실질적인 노력은 이미 지난 6월, 저탄소 자동차 혁신 플랫폼이 속해 있는 기술 전략 위원회(The Technology Strategy Board)에서 최종 선정한 저탄소 자동차 지역시범사업(2천 5백만 파운드 지원)인 다음의 8개 프로젝트를 살펴보면 더욱 더 실감할 수 있다.
▷ London South East Bid
(주요 참여기관 : EDF Energy, Elektromotive, Greater London Authority, and Westminster City Council이며, 2007년부터 운행 중에 있는 100대의 벤츠 Smart 전기자동차 모니터링과 함께 2010년 추가 도입될 Smart 전기자동차에 대해 일반인이 참가하는“Ssmart Electric Drive”프로그램 운영)
▷ PHV - Paving the Way to Full
Commercialisation of Plug-in Hybrid Vehicles (주요 참여기관 : Toyota, EDF Energy이며, 20대의 플러그-인 하이브리드 자동차를 런던 내 공공기관과 개인에게 제공하여 2010년 하반기부터 시범운영)
▷ Coventry and Birmingham Low Emission Demonstrators (CABLED)
(주요 참여기관 : 자동차 에너지 전문회사인 Arup이 주도하여, Jaguar Land Rover, Mitsubishi/Colt, Mercedes-Benz/smart, Tata Motors, LTI and Microcab Industries, E.ON 등 13개 기관이며, 미쯔비시사의 i MiEV, 벤츠사의 Smart Fortwo, LTI사의 TX4E 택시, Tata사의 Vista EV 등의 전기자동차와 수소자동차인 Microcab과 랜드로바사의 플러그-인 하이브리드자동차가 참여)
▷ MINI E Research Project
(주요 참여기관 : BMW Group, Scottish and Southern Energy이며, Oxford Brookes University에 서 BMW사의 MINI E 시범차량(120mile/10시간 충전)의 주행데이터를 기술적 분석 및 사회적 영향 연구 담당)
▷ The Allied Vehicles Project
(주요 참여기관 : Glasgow City Council, Scottish-Power, 배터리업체 Axeon and Strathclyde University이며, 2009년 10월부터 푸조에서 만든 40대의 전기자동차를 시범운영하여, GPS를 사용하여 운행거리와 운행횟수 등을 모니터링해서 Strathclyde
University에서 분석)
▷ Ford Focus Battery Electric Vehicle
(주요 참여기관 : Ford, Scottish and Southern Energy)
▷ EEMS Accelerate
(주요 참여기관 : AEA, Delta Motorsport, Ecotricity
Cars, Westfield Sports Cars and Lightning Car
Company이며, 첨단 전기 스포츠카를 일정 기간(12개월) 동안 시범운영)
▷ Electric Vehicle Accelerated Development in the North East (EVADINE)
(주요 참여기관 : Nissan, AVID Vehicles, Liberty Electric Cars, Newcastle University 등이며, 미니버스 형태의 전기자동차를 운영하고, 뉴캐슬대학에서 모니
터링 담당)
위와 같이 영국 지방정부, 자동차제작사 전력회사 및 영국대학들이 컨소시움 형태로 참가하여 각 지역마다 다른 전기 및 플러그-인 하이브리드 자동차와 수소 연료전지자동차들을 다양한 생활패턴대로 실제 운용하면서, 향후 이에 대한 시장 잠재성과 본격적인 보급에 대한 실질적인 대비를 완료할 예정이다. 즉, 향후 최장 18개월 동안 340대의 전기기반으로 구동되는 2인용 자동차에서부터 7인용 다목적 자동차를 영국 8개 지역((London, Birmingham/Coventry, Oxford, Glasgow, Southeast, Gateshead, Tees Valley)에서 사용자 관점으로 시범적으로 운영되기에 (예를 들면 자동차 제작사에서는 개인 참여자에게 차량 제공, 전력회사는 이 차량들이 충전할 수 있도록 이들의 집과 해당지역 내 충전포인트 설치 등), 이는 향후 우리에게도 중요한 벤치마킹 자료가 될 것으로 판단된다.

<그림 4>는 NAIGT에서 저탄소 배출 차세대 자동차에 필요한 핵심기술을 추진(동력원), 에너지 저장, 차량 효율, 시스템 제어, 에너지+연료공급 그리고 공정별로 단기(5-10년), 중기(7-15년), 장기(10-20년)별로 구분해서 나타낸 것이다.
자동차 동력계통에 있어서, 기존 내연기관은 차체 소형화를 위한 과급기술, 가변 밸브액츄에이션 시스템, 폐열 회수 및 고효율 기술 등을 바탕으로 획기적인 신개념 내연기관(열효율 70%이상) 실현이 요구되고 있다.
전기 모터의 경우, 저비용∙소형화된 배터리, 고효율모터, 모터∙연료전지의 재질에 대한 기술 확립이 필요하며, 에너지 저장과 연료공급계통은 상대적으로 저렴한 소비전력 단가와 kg당 최대 400Wh이상의 전력발생원 그리고 수소저장기술 확보가 요구된다.
또한 2세대 바이오연료 공급 및 이의 인프라 확충에 보다 집중할 필요가 있으며, 이 외, 차량효율과 시스템제어 및 공정 계통에 있어서는 차체경량화, 저저항 타이어, 공기역학적 최적 차체설계, 지능형 안전 및 주행 통합제어, 가상시스템 활용 자동 최적공정 확립 등이 지속적으로 필요하다.

<그림 5>는 향후 2020년에서 2030년 기간에 사용될 자동차(초고효율 내연기관자동차, Full Hybrid, 플러그-인 하이브리드, 전기자동차, 연료전지자동차)의 동력시스템과 요구되는 핵심 개발항목을 함께 나타낸 것인데, 장기적으로 신개념(융복합) 열역학 사이클 기반 내연기관, 초전도 모터, 열에너지 회수 기술, 그리고 모터나 연료전지용 첨단소재 확보를 위한 주요 원천기술 연구개발에 적극적으로 매진할 것을 함축적으로 제시하고 있다.
그리고 연료전지자동차와 전기자동차 중에서 어느 유형이 차세대 자동차로써의 위상을 점진적으로 확립할 수 있을지는 무엇보다도 각각에 해당되는 핵심기술 즉, 재생가능한 수소와 전기 그리고 수소저장과 배터리 기술분야에 있어서 상대적 개발 진척율에 따라 결정될 수 있음을 <그림 6>을 통해 제시하고 있다.
4. 결론
최근 영국 New Automotive Innovation and Growth Team (신자동차 혁신과 성장팀)에서 발표한 향후 30년 동안의 차세대 자동차의 기술발전 로드맵은 우리에게 많은 점을 시사해 준다. 왜냐하면 친환경 저탄소 자동차에 대한 수요는 글로벌 기후변화에 대처할 수 있는 환경에너지기술 개발수준에 따라 향후 몇 년내 전 세계적으로 더욱 커질 전망이기 때문이다.
참고로, 현재 영국에서 운행되고 있는 약 2,600만대 자동차 중에서 약 0.1% 미만 정도가 전기자동차인데, 향후 10만대의 전기자동차를 도입하고 약 25,000개의 전기자동차 충전포인트를 설치하여 런던을 유럽의 전기자동차 수도를 만들기 위한 영국 정부의 계획은 전기자동차 뿐 만 아니라 초고효율 내연기관자동차, 하이브리드 자동차 그리고 연료전지자동차를 포함한 저탄소형 차세대 자동차를 통해 궁극적으로 저탄소 자동차 산업체제로의 획기적인 전환을 추진함에 있다.

이런 맥락에서 볼 때, 국내에서도 차세대 저탄소 자동차 시장의 본격적인 성장을 위해서는 단기적으로는 친환경자동차 구입 시 보조금 지급 등과 같은 정책을 통해 친환경자동차 구매자에게 다양한 인센티브를 제공함과 동시에, 관련 인프라 기술의 육성 및 보급을 지속적으로 추진해야 한다. 또한 중장기적으로는 상업화할 수 있는 잠재력이 뛰어난 저탄소형 미래 자동차 핵심기술 개발에보다 더 역량을 집중해야 함을 밝히면서 이 글을 맺고자 한다.