미국 자동차 회사의 자동차 전동화 계획
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2010-08-10 12:57:37 |
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1. 배경 및 개요
에너지원을 기준으로 분류한 경우 전 세계적으로 사용되는 에너지중 가장 많은 양인 35 퍼센트가 석유로부터 생산되고 있고 이 중 61 퍼센트가 운송수단에 사용되고 있다. 자동차 연료의 96 퍼센트가 석유인 점을 감한하면, 전 세계 에너지 생산량의 약 21 퍼센트가 운송수단에 의해 사용되고 있다. 자동차시장의 연평균 성장률은 약 3퍼센트로 전망되고 있고 2020년에 이르면 전 세계적으로 10 억이상의 차량이 운행될 것으로 전망된다. 문제는 2020년에도 90 퍼센트 이상의 차량이 여전히 석유와 같은 액체 연료를 사용할 전망이라는 점이다. 따라서 2020년에도 여전히 내연 기관이 주 에너지 변환장치로 사용될 전망이다.
글 / 정도현 (미시간 대학교)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2010년 8월호
<그림 1>에 도시된 바와 같이 내연기관은 종량 출력밀도와 에너지 밀도에서 다른 대체 에너지 변환장치에 비해서 월등히 우월하다. 출력 밀도는 장치의 단위 무게당 출력으로 차량의 가속, 추월, 등판등 주행성능을 결정하는 인자이고 에너지 밀도는 단위 무게당 저장 혹은 운송 가능한 에너지량으로 차량이 재 주유/충전없이 주행가능한 거리와 관련된다. 따라서 동일한 무게를 기준으로 내연기관은 다른 장치들에 비해 출력 및 주행거리에 있어서 상대적으로 유리하다. 따라서 내연기관의 저렴한 생산비용을 고려하지 않더라도 향후 10-20 년내에 내연기관이 다른 장치에 의해 대체되는 획기적인 혁명을 기대하기는 어렵다 하겠다. 그러나 한가지 중요한 변화로 자동차의 전동화(Electrification)가 전망된다. 자동차의 전동화는 하이브리드 전기차, 플러그 인 하이브리드(Plug-In Hybrid)차, 배터리 전기차, 연료전지차등을 포함하는 동력계의 전동화와 조향계, 냉각계, 냉난방계등 의 주변장치의 전동화를 총칭할 수 있지만 본 기고에서는 동력계의 전동화에 국한해서 논의하고자 한다.
로 보는 견해가 우월하다. 역사적으로 보면 19세기에는 내연기관이 전기 차동차에 비해 신 기술이었던 셈이다.
당시에는 1회용 전지가 사용되었고 1859년에 프랑스의 Gaston Plante에 의해 재충전용 납산(lead-acid) 배터리가 발명된다. 이 또한 내연기관 발명보다 앞서 일어난 일이다. 1895년에는 미국 최초의 자동차 경기가 개최 되었고 이 경기에서 전기 자동차가 우승을 차지했다.
독일의 Ferdinand Porsche는 1898년 세계 최초의 하이브리드 차를 개발한다. 이 차에서는 엔진이 발전기를 구동시키고 차륜 허브에 전동 모터가 장착된 직렬 하이브리드(Series Hybrid) 방식이 사용 되었다. 당시 하이브리드 차의 개발 동기는 현재의 연비나 효율 문제와는 전혀 관련이 없었다. 자동차용 구동/변속장치가 개발되기 이전의 기술적 과도기에서 하이브리드 방식이 당시 효과적인 동력 전달 방법이었던 것이다. 이 차의 경우 배터리만 사용해서 약 40 마일를 주행할 수 있었다고 한다.
또 다른 흥미로운 사실은 1900년도에 생산된 차량의 시장점유율을 보면 증기 자동차, 가솔린 자동차, 그리고 전기 자동차 각기 약 3분의 1을 점유했었다. 그렇지만 세기전 전기 자동차의 전성은 정체된 배터리 기술과 꾸준한 내연기관 및 구동장치의 발달로 증기 자동차와 함께 급격한 쇠퇴의 길로 접어 들게 된다.
각 기술의 성장과 쇄퇴는 어느 한 기술의 절대적 우월성에 의해서 결정되기 보다는 경쟁 관계에 있는 다른 기술들과의 상대적 우위와 당시의 시장성에 의해서 결정되기 마련이다. 100여년 전에 쇄퇴를 경험했던 전기 및 하이브리드 자동차 개념이 21세기에 들어 새로운 시대적 요구에 따라서 중흥의 시대를 맞이한 셈이다.
2. 자동차 전동화 계획
본 기고에서는 미국 주요 자동차 회사인 지엠, 포드, 도요타의 자동차 전동화 전략과 계획을 살펴 보고자 한다. 삼사의 공통적인 계획은 지속적인 내연기관과 변속기의 개선과 병행해서 중기적으로 하이브리드 전기차, 배터리 전기차를, 장기적으로 연료전지차를 개발하는 것을 골자로 하고 있다. 점진적으로 전동화율이 높은 동력계의 개발 및 투입을 계획하고 있다. 하지만 한가지 주목할 점은 삼사가 모두 어느 한 방식이 기존 기술을 대체하기 보다는 여러가지 동력계가 공존하는 다양성의 시대가 올 것으로 예측하고 있다. 물론 구체적인 계획에 있어서 각 회사별로 차이점이 있고 이를 살펴볼 필요가 있다.
지엠은 최근까지 세계 1위 자동차회사이었던 것에 걸맞게 신 기술개발면에서 적극적이었다. 1996년에 이미 배터리 전기승용차인 EV1 을 양산했고 2002년 지엠은 Hy-wire라는 연료전지 차량용 범용 플랫폼을 공개하면서 주목을 받았다. 반면 하이브리드 차량 개발에는 일본회사들보다 뒤늦어 2004년에서야 상용차를 시작으로 하이브리드 차량을 출시하였다. 올해에는 프러그인 하이브리드인 Chevrolet 브랜드의 Volt를 출시할 계획이다. 플러그 인 하이브리드는 전기차와 하이브리드 차의 중간정도의 성격을 갖는다.
기술적 측면이나 구동 방식에서 보면 플러그 인 하이브리드와 직렬 방식 하이브리드는 큰 차이점이 없다. 아주 단순하게 설명하면 엔진은 발전기와 직결되어 있어서 배터리의 충전상태와 차량의 운전조건에 따라서 발전을 하고 전동 모터가 발전기 혹은 배터리로부터 전기를 공급받아 차량을 구동한다. 가장 큰 차이점은 배터리의 용량과 파워 매니지먼트 (Power Management) 방식이다. 플러그 인 하이브리드의 경우 상대적으로 큰 용량의 배터리를 장착하여 외부 전원으로 충전한 후에 배터리의 방전 한계까지는 엔진을 작동시키지 않는 것이 주 목적이고 방전 한계이후의 작동은 직렬방식 하이브리드와 큰 차이가 없다. 반면 일반 하이브리드 차량은 엔진이 동력원으로 사용된다.
Chevrolet Volt의 경우 배터리가 완전히 충전된 상태에서 40 마일까지 배터리로 주행이 가능하고 이후에는 엔진을 작동시켜서 계속 주행이 가능하다. GM의 조사에 의하면 약 75% 의 운전자가 하루에 40 마일 이하를 운전하는 것으로 나타났다. 이 경우에 운전자는 연료를 전혀 사용하지 않아도 된다. 따라서 차량에서 배출되는 배기가스도 전혀 없다. 이점이 지엠에서 주장하는 플러그 인 하이브리드의 가장 큰 장점이다.
포드의 글로벌 전동화 그룹 이사 Nancy Gioia에 의하면 포드는 2011년까지를 선행기술 도입기, 2020년까지를 검증 신 기술 적용기, 2030년까지를 대체 에너지원 도입기로 설정하고 <표 1>에 정리된 바와 같이 세 단계의 기술전략을 수립해 놓았다. 포드의 기술전략에서도 내연기관과 변속기의 개선과 병행해서 중장기적으로 전동화율이 높은 동력계의 개발 및 투입을 계획하고 있다.
포드는 2004년 소형 SUV에 하이브리드 적용을 시작했고 2010년 디트로이트 북미 오토쑈에서 올해의 트럭상을 수상한 소형 상용차인 Transit Connect의 배터리 전기차 사양을 조만간 선보일 예정이다. 지엠의 Volt가 일반 소비자를 겨냥한 승용차인 반면 포드의 Transit Connect는 상용 플리트(Fleet)를 겨냥한 틈새시장 전략 차종이다. 포드에 의하면 Transit Connect는 일회 충전시 80 마일까지 주행이 가능하다. 일과중에 배달이나 서비스에 사용된 후 충전장치가 있는 회사 주차설비에서 야간에 재충전시키는 방식으로 사용하기에 적합하다.
작년 미국에서 하이브리드 시장의 점유율을 보면 도요타가 압도적인 점유율을 확보했고 다른 회사들이 4분의 1의 시장을 나누어 점유했다. 그런데 도요타는 Prius이외에도 중형 승용차인 Camry와 Highlander라는 SUV에도 하이브리드 사양을 판매하고 있다. 하지만 도요타 하이브리드 차량 판매의 70% 가량을 Prius가 차지하고 있다. 즉 하이브리드 시장에서 도요타의 성공은 도요타의 성공이라기 보다는 Prius의 성공이라 하겠다. 작년 미국 시장에서는 20여종이 넘는 하이브리드 차가 시판되었다. 이들 중에서 혼다가 작년부터 Insight라는 브랜드로 다시 하이브리드 차를 시판한 것을 제외하면 Prius만이 유일하게 하이브리드 전용차량이었고 다른 차종들은 기존 엔진 사양을 기본으로 한 모델에 하이브리드사양을 추가한 경우들이다. Prius의 성공은 브랜드의 차별화가 고객의 구매 욕구와 맞물려 상승 효과를 만들어 낸 사례라 할 수 있다. 한 소비자 설문 조사에 의하면 Prius의 구매 동기가 우선적으로 좋은 연비이기도 하지만 이뿐 만 아니라 친환경 제품이라는 것이 중요한 구매 동기로 조사되었다. 즉, 소비자들은 Prius를 운전함으로써 친환경 이미지를 사는 것이다. 그런데 다른 차들의 경우 기존 엔진사양과 차체를 공유하기 때문에 이러한 가치를 충분히 제공할 수 없다. 이러한 이유로 도요타의 하이브리드 차종 중에서도 Prius가 압도적으로 많이 팔린다는 것이 필자의 생각이다. 혼다가 작년부터 Insight 브랜드로 다시 하이브리드 차를 시판하기로 한 것도 이와 같은 맥락으로 볼 수 있다.
3. 자동차 제조사별 전동화 전략의 차이
일본 자동차회사들도 친환경 자동차 개발 전략으로 자동차의 전동화에 행보를 같이하는 듯 보이지만 구체적인 전략 계획을 비교해 보면 다소의 차이가 있음을 알 수 있다. <그림 2>에는 주요 자동차 제조사가 계획하는 2015년 전동화 전략을 전동화 기술별로 구분지어서 비교하였다.
도시된 바와 같이 지엠이 플러그 인 하이브리드에 주력할 계획으로 있는 반면 그림에 나열된 다른 회사들은 하이브리드를 주 전략 차종으로 하고 있다. Volt의 시판을 계기로 플러그 인 하이브리드의 붐을 조성하고 새로운 시장을 개척하려는 지엠의 전략을 엿볼 수 있다. 그러나 지엠의 계획대로 Volt의 출시가 시장에서 충분한 반향을 일으킬지는 의문시 된다. 신기술 개발에 있어서 적극적인 지엠이지만 새로운 시장 개발에는 최근 고전을 면치 못한 것도 사실이다. 신기술 사업의 성패는 소비자의 구매욕구의 성숙도에 맞춘 적절한 시기의 시장진출, 즉 타이밍이 전적으로 중요하다. 이점에서 지엠은 몇가지 실책을 보여왔다.
지엠의 입장에서는 Volt의 제품 기획 당시 세계 제일의 자동차 생산 회사임에도 불구하고 연료전지 차량 개발로 의도했던 기술 선진 기업 이미지 구축에 실패하고 뒤 늦은 하이브리드 차량 개발로는 자존심 회복이 불가능한 상황이었다. 따라서 지엠은 단기간의 획기적인 대안이 필요했다. 기술적으로 볼때 플러그 인 하이브리드는 기존 하이브리드와 큰 차이가 없고 구동장치가 간단하다는 점에서 오히려 개발이 용이한 면이 있다. 뿐만 아니라 연료전지차에 사용되는 상당부분의 기술을 플러그 인 하이브리드에도 그대로 적용할 수 있다. 결국 지엠의 입장에서 플러그 인 하이브리드의 개발은 대규모의 신규투자나 장기간의 개발 기간이 필요없는 대안이었다. 지엠은 제품의 차별화를 위해서 Volt라는 별도의 브랜드를 내새웠고 플러그 인 하이브리드라는 보편적인 용어 대신 Extended-Range 전기 차라는 신조어를 만들어 낸다.
즉, 지엠의 Volt 양산결정에는 시장성이나 사업 경제성 이외 요인이 더 크게 작용했다고 볼 수 있다. 그러나 플러그 인 하이브리드의 잠재 소비자군은 기존 차량에 비해서 훨씬 작을 수 밖에 없다. 우선 소비자가 배터리 재충전이 용이한 주거 조건을 가져야 한다. 미국내 약 52%의 소비자들만이 재충전이 가능한 집에서 살고 있다. 이들중 플러그 인 하이브리드를 구매할 의향이 있는 소비자 비율은 49% 가량으로 조사됐고 따라서 이 두가지만 고려해도 신차 고객중 약 25% 만이 플러그 인 하이브리드 잠재 고객이 된다. 여기에서 한가지 더 고려 해야할 점은 차량 가격이다.
하이브리드 차량의 경우에는 15% 내외의 신기술 프리미엄이 차량 가격에 더해지고 있는데 플러그 인 하이브리드의 경우는 그 비율이 훨씬 높다. Chevrolet Volt의 예상 차량 가격은 사양에 따라 차이가 있겠지만 리튬-이온 배터리관련 비용 상승분을 고려할때 대략 4만 달러내외로 추정된다. 따라서 소비자가 지불해야 하는 초기차량 프리미엄을 연료비 절감분을 통해서 회수하는데는 현재 휘발유의 가격을 기준으로 대략 10 년이상 걸릴 것으로 예상된다. 뿐만 아니라 이 차를 구매할 수 있는 구매층은 상대적으로 소득이 높은 소비자들로 더욱 제한이된다. 가격면에서 고급 브랜드의 차종과 경쟁을 해야 하는데 Chevrolet의 브랜드 이미지가 고급 차종이 아니라는 문제점도 안고 있다. 물론 미국 정부에서는 Volt 구입자에게 세금 감면 혜택을 줄 것으로 예정되어 있지만 Volt가 수익성을 기대할 수 있는 차량이 될 것인가에는 회의적인 견해가 많다.
<그림 2>에서 찾아볼 수 있는 또 다른 특이점은 아시아 삼사는 2015년에 플러그 인 하이브리드나 배터리 전기차의 양산 계획이 없다는 점이다. 이는 아시아 삼사의 기술적 능력의 문제라기 보다는 시장성 예측의 차이에서 오는 전략적 결정으로 보인다. 북미 도요타사의 Justin Ward는 지난 3월 디트로이트 공영방송이 후원하고 미시간대학교 디어본 캠퍼스에서 주관한‘미래의 에너지’라는 주제의 워크숍에서 도요타의 친환경 차량개발 전략에 대한 경연 중에 전기차에 대한 도요타의 소극적인 입장을 뒷받침하는 자료를 제시하였다. Justin Ward는 플러그 인 하이브리드나 배터리 전기차와 같이 전기를 연료로 대체하는 경우 발전과정의 효율을 포함한 총 에너지 효율을 고려하면 가솔린을 연료로 사용하는 하이브리방식에 비해서 장점이 없다고 지적하였다. <표 2>의 파워트레인의 유형별 총효율 비교를 참조하면 전기차의 경우 전기를 동력으로 변환하는 과정의 차량 동력 변환 효율이 상대적으로 높지만 발전과정에서의 에너지 변환 효율이 낮다.
4. 맺음말
전세계 주요 자동차 제조사들의 친환경, 고연비 차량개발전략을 살펴보면 중장기적으로 자동차의 전동화율으로 증가 시켜야 한다는 전략을 공통적으로 표방하고 있지만 세부적인 계획에 있어서는 회사별로 계획하고 있는 전동화 유형의 시장 투입 시기에는 다소의 차이가 있음을 알 수 있다. 차량의 신 기술개발은 장기적으로 꾸준한 투자가 요구되기 때문에 지적 재산권 개발 및 방어를 위해서도 기술 선점이 중요하지만 이의 양산적용은 기술의 성숙도뿐만 아니라 시장의 성숙도를 고려한 적절한시기 선정이 투자효율의 극대화를 위한 중요한 전략적 결정이라 하겠다. 따라서 회사별로 전략적 견해와 판단에 따라 신 기술의 양산 투입 시기 결정이 크게 다를 수 있으며, 특히 최근 큰 관심을 끌고 있는 플러그 인 하이브리드나 배터리 전기차의 양산계획은 회사별로 큰 차이가 있을 것으로 전망된다.
에너지원을 기준으로 분류한 경우 전 세계적으로 사용되는 에너지중 가장 많은 양인 35 퍼센트가 석유로부터 생산되고 있고 이 중 61 퍼센트가 운송수단에 사용되고 있다. 자동차 연료의 96 퍼센트가 석유인 점을 감한하면, 전 세계 에너지 생산량의 약 21 퍼센트가 운송수단에 의해 사용되고 있다. 자동차시장의 연평균 성장률은 약 3퍼센트로 전망되고 있고 2020년에 이르면 전 세계적으로 10 억이상의 차량이 운행될 것으로 전망된다. 문제는 2020년에도 90 퍼센트 이상의 차량이 여전히 석유와 같은 액체 연료를 사용할 전망이라는 점이다. 따라서 2020년에도 여전히 내연 기관이 주 에너지 변환장치로 사용될 전망이다.
글 / 정도현 (미시간 대학교)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2010년 8월호
<그림 1>에 도시된 바와 같이 내연기관은 종량 출력밀도와 에너지 밀도에서 다른 대체 에너지 변환장치에 비해서 월등히 우월하다. 출력 밀도는 장치의 단위 무게당 출력으로 차량의 가속, 추월, 등판등 주행성능을 결정하는 인자이고 에너지 밀도는 단위 무게당 저장 혹은 운송 가능한 에너지량으로 차량이 재 주유/충전없이 주행가능한 거리와 관련된다. 따라서 동일한 무게를 기준으로 내연기관은 다른 장치들에 비해 출력 및 주행거리에 있어서 상대적으로 유리하다. 따라서 내연기관의 저렴한 생산비용을 고려하지 않더라도 향후 10-20 년내에 내연기관이 다른 장치에 의해 대체되는 획기적인 혁명을 기대하기는 어렵다 하겠다. 그러나 한가지 중요한 변화로 자동차의 전동화(Electrification)가 전망된다. 자동차의 전동화는 하이브리드 전기차, 플러그 인 하이브리드(Plug-In Hybrid)차, 배터리 전기차, 연료전지차등을 포함하는 동력계의 전동화와 조향계, 냉각계, 냉난방계등 의 주변장치의 전동화를 총칭할 수 있지만 본 기고에서는 동력계의 전동화에 국한해서 논의하고자 한다.
로 보는 견해가 우월하다. 역사적으로 보면 19세기에는 내연기관이 전기 차동차에 비해 신 기술이었던 셈이다.
당시에는 1회용 전지가 사용되었고 1859년에 프랑스의 Gaston Plante에 의해 재충전용 납산(lead-acid) 배터리가 발명된다. 이 또한 내연기관 발명보다 앞서 일어난 일이다. 1895년에는 미국 최초의 자동차 경기가 개최 되었고 이 경기에서 전기 자동차가 우승을 차지했다.
독일의 Ferdinand Porsche는 1898년 세계 최초의 하이브리드 차를 개발한다. 이 차에서는 엔진이 발전기를 구동시키고 차륜 허브에 전동 모터가 장착된 직렬 하이브리드(Series Hybrid) 방식이 사용 되었다. 당시 하이브리드 차의 개발 동기는 현재의 연비나 효율 문제와는 전혀 관련이 없었다. 자동차용 구동/변속장치가 개발되기 이전의 기술적 과도기에서 하이브리드 방식이 당시 효과적인 동력 전달 방법이었던 것이다. 이 차의 경우 배터리만 사용해서 약 40 마일를 주행할 수 있었다고 한다.
또 다른 흥미로운 사실은 1900년도에 생산된 차량의 시장점유율을 보면 증기 자동차, 가솔린 자동차, 그리고 전기 자동차 각기 약 3분의 1을 점유했었다. 그렇지만 세기전 전기 자동차의 전성은 정체된 배터리 기술과 꾸준한 내연기관 및 구동장치의 발달로 증기 자동차와 함께 급격한 쇠퇴의 길로 접어 들게 된다.
각 기술의 성장과 쇄퇴는 어느 한 기술의 절대적 우월성에 의해서 결정되기 보다는 경쟁 관계에 있는 다른 기술들과의 상대적 우위와 당시의 시장성에 의해서 결정되기 마련이다. 100여년 전에 쇄퇴를 경험했던 전기 및 하이브리드 자동차 개념이 21세기에 들어 새로운 시대적 요구에 따라서 중흥의 시대를 맞이한 셈이다.
2. 자동차 전동화 계획
본 기고에서는 미국 주요 자동차 회사인 지엠, 포드, 도요타의 자동차 전동화 전략과 계획을 살펴 보고자 한다. 삼사의 공통적인 계획은 지속적인 내연기관과 변속기의 개선과 병행해서 중기적으로 하이브리드 전기차, 배터리 전기차를, 장기적으로 연료전지차를 개발하는 것을 골자로 하고 있다. 점진적으로 전동화율이 높은 동력계의 개발 및 투입을 계획하고 있다. 하지만 한가지 주목할 점은 삼사가 모두 어느 한 방식이 기존 기술을 대체하기 보다는 여러가지 동력계가 공존하는 다양성의 시대가 올 것으로 예측하고 있다. 물론 구체적인 계획에 있어서 각 회사별로 차이점이 있고 이를 살펴볼 필요가 있다.
지엠은 최근까지 세계 1위 자동차회사이었던 것에 걸맞게 신 기술개발면에서 적극적이었다. 1996년에 이미 배터리 전기승용차인 EV1 을 양산했고 2002년 지엠은 Hy-wire라는 연료전지 차량용 범용 플랫폼을 공개하면서 주목을 받았다. 반면 하이브리드 차량 개발에는 일본회사들보다 뒤늦어 2004년에서야 상용차를 시작으로 하이브리드 차량을 출시하였다. 올해에는 프러그인 하이브리드인 Chevrolet 브랜드의 Volt를 출시할 계획이다. 플러그 인 하이브리드는 전기차와 하이브리드 차의 중간정도의 성격을 갖는다.
기술적 측면이나 구동 방식에서 보면 플러그 인 하이브리드와 직렬 방식 하이브리드는 큰 차이점이 없다. 아주 단순하게 설명하면 엔진은 발전기와 직결되어 있어서 배터리의 충전상태와 차량의 운전조건에 따라서 발전을 하고 전동 모터가 발전기 혹은 배터리로부터 전기를 공급받아 차량을 구동한다. 가장 큰 차이점은 배터리의 용량과 파워 매니지먼트 (Power Management) 방식이다. 플러그 인 하이브리드의 경우 상대적으로 큰 용량의 배터리를 장착하여 외부 전원으로 충전한 후에 배터리의 방전 한계까지는 엔진을 작동시키지 않는 것이 주 목적이고 방전 한계이후의 작동은 직렬방식 하이브리드와 큰 차이가 없다. 반면 일반 하이브리드 차량은 엔진이 동력원으로 사용된다.
Chevrolet Volt의 경우 배터리가 완전히 충전된 상태에서 40 마일까지 배터리로 주행이 가능하고 이후에는 엔진을 작동시켜서 계속 주행이 가능하다. GM의 조사에 의하면 약 75% 의 운전자가 하루에 40 마일 이하를 운전하는 것으로 나타났다. 이 경우에 운전자는 연료를 전혀 사용하지 않아도 된다. 따라서 차량에서 배출되는 배기가스도 전혀 없다. 이점이 지엠에서 주장하는 플러그 인 하이브리드의 가장 큰 장점이다.
포드의 글로벌 전동화 그룹 이사 Nancy Gioia에 의하면 포드는 2011년까지를 선행기술 도입기, 2020년까지를 검증 신 기술 적용기, 2030년까지를 대체 에너지원 도입기로 설정하고 <표 1>에 정리된 바와 같이 세 단계의 기술전략을 수립해 놓았다. 포드의 기술전략에서도 내연기관과 변속기의 개선과 병행해서 중장기적으로 전동화율이 높은 동력계의 개발 및 투입을 계획하고 있다.
포드는 2004년 소형 SUV에 하이브리드 적용을 시작했고 2010년 디트로이트 북미 오토쑈에서 올해의 트럭상을 수상한 소형 상용차인 Transit Connect의 배터리 전기차 사양을 조만간 선보일 예정이다. 지엠의 Volt가 일반 소비자를 겨냥한 승용차인 반면 포드의 Transit Connect는 상용 플리트(Fleet)를 겨냥한 틈새시장 전략 차종이다. 포드에 의하면 Transit Connect는 일회 충전시 80 마일까지 주행이 가능하다. 일과중에 배달이나 서비스에 사용된 후 충전장치가 있는 회사 주차설비에서 야간에 재충전시키는 방식으로 사용하기에 적합하다.
작년 미국에서 하이브리드 시장의 점유율을 보면 도요타가 압도적인 점유율을 확보했고 다른 회사들이 4분의 1의 시장을 나누어 점유했다. 그런데 도요타는 Prius이외에도 중형 승용차인 Camry와 Highlander라는 SUV에도 하이브리드 사양을 판매하고 있다. 하지만 도요타 하이브리드 차량 판매의 70% 가량을 Prius가 차지하고 있다. 즉 하이브리드 시장에서 도요타의 성공은 도요타의 성공이라기 보다는 Prius의 성공이라 하겠다. 작년 미국 시장에서는 20여종이 넘는 하이브리드 차가 시판되었다. 이들 중에서 혼다가 작년부터 Insight라는 브랜드로 다시 하이브리드 차를 시판한 것을 제외하면 Prius만이 유일하게 하이브리드 전용차량이었고 다른 차종들은 기존 엔진 사양을 기본으로 한 모델에 하이브리드사양을 추가한 경우들이다. Prius의 성공은 브랜드의 차별화가 고객의 구매 욕구와 맞물려 상승 효과를 만들어 낸 사례라 할 수 있다. 한 소비자 설문 조사에 의하면 Prius의 구매 동기가 우선적으로 좋은 연비이기도 하지만 이뿐 만 아니라 친환경 제품이라는 것이 중요한 구매 동기로 조사되었다. 즉, 소비자들은 Prius를 운전함으로써 친환경 이미지를 사는 것이다. 그런데 다른 차들의 경우 기존 엔진사양과 차체를 공유하기 때문에 이러한 가치를 충분히 제공할 수 없다. 이러한 이유로 도요타의 하이브리드 차종 중에서도 Prius가 압도적으로 많이 팔린다는 것이 필자의 생각이다. 혼다가 작년부터 Insight 브랜드로 다시 하이브리드 차를 시판하기로 한 것도 이와 같은 맥락으로 볼 수 있다.
3. 자동차 제조사별 전동화 전략의 차이
일본 자동차회사들도 친환경 자동차 개발 전략으로 자동차의 전동화에 행보를 같이하는 듯 보이지만 구체적인 전략 계획을 비교해 보면 다소의 차이가 있음을 알 수 있다. <그림 2>에는 주요 자동차 제조사가 계획하는 2015년 전동화 전략을 전동화 기술별로 구분지어서 비교하였다.
도시된 바와 같이 지엠이 플러그 인 하이브리드에 주력할 계획으로 있는 반면 그림에 나열된 다른 회사들은 하이브리드를 주 전략 차종으로 하고 있다. Volt의 시판을 계기로 플러그 인 하이브리드의 붐을 조성하고 새로운 시장을 개척하려는 지엠의 전략을 엿볼 수 있다. 그러나 지엠의 계획대로 Volt의 출시가 시장에서 충분한 반향을 일으킬지는 의문시 된다. 신기술 개발에 있어서 적극적인 지엠이지만 새로운 시장 개발에는 최근 고전을 면치 못한 것도 사실이다. 신기술 사업의 성패는 소비자의 구매욕구의 성숙도에 맞춘 적절한 시기의 시장진출, 즉 타이밍이 전적으로 중요하다. 이점에서 지엠은 몇가지 실책을 보여왔다.
지엠의 입장에서는 Volt의 제품 기획 당시 세계 제일의 자동차 생산 회사임에도 불구하고 연료전지 차량 개발로 의도했던 기술 선진 기업 이미지 구축에 실패하고 뒤 늦은 하이브리드 차량 개발로는 자존심 회복이 불가능한 상황이었다. 따라서 지엠은 단기간의 획기적인 대안이 필요했다. 기술적으로 볼때 플러그 인 하이브리드는 기존 하이브리드와 큰 차이가 없고 구동장치가 간단하다는 점에서 오히려 개발이 용이한 면이 있다. 뿐만 아니라 연료전지차에 사용되는 상당부분의 기술을 플러그 인 하이브리드에도 그대로 적용할 수 있다. 결국 지엠의 입장에서 플러그 인 하이브리드의 개발은 대규모의 신규투자나 장기간의 개발 기간이 필요없는 대안이었다. 지엠은 제품의 차별화를 위해서 Volt라는 별도의 브랜드를 내새웠고 플러그 인 하이브리드라는 보편적인 용어 대신 Extended-Range 전기 차라는 신조어를 만들어 낸다.
즉, 지엠의 Volt 양산결정에는 시장성이나 사업 경제성 이외 요인이 더 크게 작용했다고 볼 수 있다. 그러나 플러그 인 하이브리드의 잠재 소비자군은 기존 차량에 비해서 훨씬 작을 수 밖에 없다. 우선 소비자가 배터리 재충전이 용이한 주거 조건을 가져야 한다. 미국내 약 52%의 소비자들만이 재충전이 가능한 집에서 살고 있다. 이들중 플러그 인 하이브리드를 구매할 의향이 있는 소비자 비율은 49% 가량으로 조사됐고 따라서 이 두가지만 고려해도 신차 고객중 약 25% 만이 플러그 인 하이브리드 잠재 고객이 된다. 여기에서 한가지 더 고려 해야할 점은 차량 가격이다.
하이브리드 차량의 경우에는 15% 내외의 신기술 프리미엄이 차량 가격에 더해지고 있는데 플러그 인 하이브리드의 경우는 그 비율이 훨씬 높다. Chevrolet Volt의 예상 차량 가격은 사양에 따라 차이가 있겠지만 리튬-이온 배터리관련 비용 상승분을 고려할때 대략 4만 달러내외로 추정된다. 따라서 소비자가 지불해야 하는 초기차량 프리미엄을 연료비 절감분을 통해서 회수하는데는 현재 휘발유의 가격을 기준으로 대략 10 년이상 걸릴 것으로 예상된다. 뿐만 아니라 이 차를 구매할 수 있는 구매층은 상대적으로 소득이 높은 소비자들로 더욱 제한이된다. 가격면에서 고급 브랜드의 차종과 경쟁을 해야 하는데 Chevrolet의 브랜드 이미지가 고급 차종이 아니라는 문제점도 안고 있다. 물론 미국 정부에서는 Volt 구입자에게 세금 감면 혜택을 줄 것으로 예정되어 있지만 Volt가 수익성을 기대할 수 있는 차량이 될 것인가에는 회의적인 견해가 많다.
<그림 2>에서 찾아볼 수 있는 또 다른 특이점은 아시아 삼사는 2015년에 플러그 인 하이브리드나 배터리 전기차의 양산 계획이 없다는 점이다. 이는 아시아 삼사의 기술적 능력의 문제라기 보다는 시장성 예측의 차이에서 오는 전략적 결정으로 보인다. 북미 도요타사의 Justin Ward는 지난 3월 디트로이트 공영방송이 후원하고 미시간대학교 디어본 캠퍼스에서 주관한‘미래의 에너지’라는 주제의 워크숍에서 도요타의 친환경 차량개발 전략에 대한 경연 중에 전기차에 대한 도요타의 소극적인 입장을 뒷받침하는 자료를 제시하였다. Justin Ward는 플러그 인 하이브리드나 배터리 전기차와 같이 전기를 연료로 대체하는 경우 발전과정의 효율을 포함한 총 에너지 효율을 고려하면 가솔린을 연료로 사용하는 하이브리방식에 비해서 장점이 없다고 지적하였다. <표 2>의 파워트레인의 유형별 총효율 비교를 참조하면 전기차의 경우 전기를 동력으로 변환하는 과정의 차량 동력 변환 효율이 상대적으로 높지만 발전과정에서의 에너지 변환 효율이 낮다.
4. 맺음말
전세계 주요 자동차 제조사들의 친환경, 고연비 차량개발전략을 살펴보면 중장기적으로 자동차의 전동화율으로 증가 시켜야 한다는 전략을 공통적으로 표방하고 있지만 세부적인 계획에 있어서는 회사별로 계획하고 있는 전동화 유형의 시장 투입 시기에는 다소의 차이가 있음을 알 수 있다. 차량의 신 기술개발은 장기적으로 꾸준한 투자가 요구되기 때문에 지적 재산권 개발 및 방어를 위해서도 기술 선점이 중요하지만 이의 양산적용은 기술의 성숙도뿐만 아니라 시장의 성숙도를 고려한 적절한시기 선정이 투자효율의 극대화를 위한 중요한 전략적 결정이라 하겠다. 따라서 회사별로 전략적 견해와 판단에 따라 신 기술의 양산 투입 시기 결정이 크게 다를 수 있으며, 특히 최근 큰 관심을 끌고 있는 플러그 인 하이브리드나 배터리 전기차의 양산계획은 회사별로 큰 차이가 있을 것으로 전망된다.
