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[오토저널] 자동차 동력기술, 뒤로 돌아 앞을 보기

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2018-11-26 12:22:26

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자동차의 종류와 전망
자동차의 종류를 표현하는 방법이 여러가지가 있지만 흔히 그 동력기관으로 구분해서 자동차를 부른다. 지난 130여년간 가솔린자동차와 디젤자동차는 왕성하게 발전하면서 자동차시장을 주도해 왔고 지금도 수송기관을 대표하고 있다. 그러나 이제 하이브리드자동차, 배터리전기자동차, 수소연료전지 자동차 같은 새로운 기술들이 등장해서 앞날을 예측하기 힘든 대전환기이면서 혼돈의 시기에 와 있으며, 과연 다음 세대의 차는 언제 어떻게 변모해 갈지 종잡기 어렵다.

 

가장 과학적이고 합리적으로 미래의 기술과 시장을 예측하기 위해서는 정확하게 과거를 파악하고 미래 기술의 적합성을 평가하는 분석이 필요하다.

 

자동차 동력기술의 다양성과 변동성
수 많은 기관과 전문가가 예측을 발표하고 있지만, 대표적으로 국제에너지기구(IEA)의 2050년 에너지기술전망(ETP2050)에 나오는 승용차기술 시나리오를 보면, 가장 이상적인 시나리오라고 하는 2DS는 2100년 지구의 온도가 2015년 기준 2도 이상 오르지 않도록 한다는 Two degree scenario의 준말로, 지난 12년 동안 계속 시나리오를 개정하면서 2050년의 가솔린차, 디젤차, 하이브리드차, 배터리전기차, 수소전기차의 비율을 예측해 왔는데 그 값이 매번 들죽날죽이고 작년에는 갑자기 수소전기차의 비율을 줄여 발표 하는 변화를 보이면서 예측의 어려움을 단적으로 보여주고 있다.

 

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여기서 일단 우리에게 시사하는 것은 자동차 파워트레인 기술은 어느 한가지로 단일화되지는 않고 다양한 기술들이 계속 함께 경쟁하면서 발전한다는 점이다. 2DS는 혁신적인 기술개발과 경제성장을 전제로 한 반면 6DS(지금 명칭은 RTS ; Reference Technology Scenario)와 같이 신기술의 시장진입이 느린 매우 현실적인 경우와 그 중간의 4DS 시나리오도 제시하고 있는데 시나리오 간의 예측값의 차이가 매우 크다<그림 1>. 이 중 IEA 450 시나리오란 2050년 지구 이산화탄소 농도를 450ppm이하로 유지한다는 가장 이상적인 시나리오의 하나로서 우리나라는 이를 목표로 해서 기술개발 투자를 해왔지만 시장조사기구인 IHS, 연료회사인 ExxonMobile, 유럽기구인 EUCAR의 시나리오가 보여주는 것처럼 새로운 기술의 시장 진입이 완만하게 이루어질 것으로 예측되기도 한다. 이로 미루어 볼 때 기술개발 방향은 다양한 자동차기술 전망을 고려해서 기술별로 전략을 세우고 변동성에 대응하는 균형을 갖추어야 한다.

 

치우친 전망과 편중된 기술 투자의 오류
우리나라의 경우도 자동차기술 전망을 통하여 기술개발 투자를 하는 과정에서 시행착오를 겪어왔는 바, 지난 십여년간 잠정적으로 가장 이상적인 시나리오(IEA 450)를 차용해서 주로 한가지 기술에 집중 투자 하는 모습을 보여 왔다. 그 한 예가 <그림 2>의 2000년대 미래형자동차 개발사업의 기본예측 자료라고 할 수 있다. 이 예측치는 2004년에 IHS의 Global Insight가 발표했던 시장 전망이고 우리는 이 자료를 몇 년에 걸쳐서 정책의 기본 자료로 사용하였다. 그로부터 11년이 지난 2015년 기준으로 볼 때 이 예측자료는 자동차시장 규모를 17% 작게, 내연기관 시장은 3분의2로 작게, 하이브리드 시장은 실제의 15배 정도로 크게 잡았고 실제 미래의 유일한 답이라던 수소전기차는 시장이 형성하지 않는 등의 오류가 보인다. 몇 년후 지금까지 유망한 미래기술로 여겨지는 배터리전기차 기술은 아예 등장하지도 않는 점을 고려하면 이 자료는 당시의 전세계 수소광풍을 반영한 매우 즉흥적이고 일방적인 스케치로 보일 정도이다. 당시의 연료전지자동차 기술개발이 헛되지는 않았지만 다른 기술들과의 형평을 생각하면 투자의 균형을 잃었다고 할 수 있다.

 

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이 후 우리나라는 다시 배터리전기차에 집중 투자하고 보급을 장려하면서 올인하는 모습을 보이고 있지만, 성급한 몰아주기 투자나 특정 기술 보급은 예산 낭비를 초래할 가능성도 있다는 점에서 경계할 일이라고 할 수 있다. 이렇게 성급한 집중의 문제를 전문가들이 지적하고 있는 사이에 <그림 3>에 보이듯이 유럽의 EUCAR 전망치나 미국에서 JD Power, 최근의 IHS 전망은 이 후 시장을 비교적 근사하게 예측하고 있었다. 우리가 전망 자료를 신중하게 보아야 하며, 자동차 전망 자료를 선정하는 데에 있어서 그 다양성과 변동성을 염두에 두어야 한다는 점을 시사한다.

 

적합성 평가를 통한 합리적 전망
가장 최근에 국제에너지기구가 발표한 도로수송부문의 2050년 전망을 보면 화석연료 기반의 내연기관이 아직 대세를 보여서 신기술의 적용에는 적지 않은 시간이 걸릴 수도 있다는 점을 시사하고 있다<그림 3>. 이 시나리오의 경우에 도시지역과 비도시지역에 대하여 기술혁신이 성공하는 이상적인 경우와 점진적 기술 발전의 경우에 이르기까지 전망치를 내놓고 있는데 대체연료의 적용이나 배터리, 수소연료전지와 같은 신기술의 시장 진입이 느리게 진행될수 있다는 것을 보이고 있다. 이 것은 화물수송용 대형차를 포함하고 있어서, 동력밀도와 경제성에서 우월성을 보이는 디젤엔진을 대체할 동력기관을 개발하기 어려운 점을 감안하고 있다.

 

각 시대 상황 아래 자동차 동력기관 기술의 발달 과정에서 적합성을 판단하기 위하여 고려하여야 할 점들이 여러가지 있다. 환경성, 기술성, 경제성과 에너지 안보를 고려하여 기술의 적합성을 판단하는 것은 에너지기술 전반에 걸쳐 적용되는데, 자동차 동력기관 즉 파워트레인의 경우에는 특수한 고려사항도 여러가지 있다.

 

유해배출물과 온실가스 특히 이산화탄소를 최소화 해야하는 친환경성, 성능과 안전, 편의성 등을 포함한 기술적 성숙도, 소비자 입장에서의 가격과 연비, 생산판매자 입장에서의 이윤, 정부 입장에서 세금수입을 통한 재정기여도, 고용 등을 포함한 경제성, 그리고 에너지 수급의 안정성과 다변화를 포함하는 에너지안보 등을 고려해서 우리는 각개 자동차기술의 적합성을 평가하게 된다.

 

상황에 맞는 최적의 기술개발과 보급 전략을 세우기 위해서는 매우 치밀한 전주기적 분석과 평가가 필요하다. 연료와 에너지원의 생산부터 사용까지 그리고 차량의 생산단계에서 초래되는 환경성과 경제성도 평가하여야 하며 이 과정에서 신뢰성 높은 통계자료와 합리적인 가정이 중요하다. 온실가스인 이산화탄소 배출 성능과 연비성능은 궤를 함께 하지만 규제대상인 유해배출물과 상반된 경우가 있으며 경제성과도 타협이 필요하다. 이 과정에서 한 가지 인자에만 과도하게 치우친 감상적이거나 정치적인 결정은 앞에 보앗듯이 전망의 오류와 예산 낭비 심지어는 산업 경쟁력의 약화를 초래할 수 있다. 가능한 많은 인자를 종합적으로 균형 있게 분석해야 한다.

 

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과연 십년후 그리고 삼십년 오십년 후의 자동차 시장은 어떻게 변모할 것인가? 미세먼지, 질소산화물과 같은 유해배출물과 이산화탄소 등 온실가스를 포함한 환경 규제는 현재의 주류 동력기관인 내연기관에게는 위기임과 동시에 돌파기술 개발을 위한 기회를 제공할 것이며, 근자의 천연가스의 공급 증가는 가스차량의 전망을 밝게 하고 있기도 하고, 배터리기술의 혁신은 내연기관의 하이브리화를 더욱 앞당길 것이고 신재생 발전기술과 배터리 기술 혁신과 전기인프라의 발전은 전기차의 미래를 열고 동시에 하이브리드차와의 경쟁 발전을 가속화 할것이다.

 

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이러한 경쟁과 발전의 시나리오가 어떻게 바뀔지 가늠하기 쉽지는 않지만, 분명한 것은 자동차기술은 파워트레인 측면에서 볼 때 매우 다양한 기술들이 병존, 경쟁하면서 발전할 것이다. <그림 5>는 다양한 기술전망에 기반하여 자동차기술의 발전이 이끌 시장의 변화를 가상의 시나리오로 그려본 것이다.

 

다양한 기술개발의 필요성과 전략
이와 같은 미래의 불확실성은 각개 기술 개발을 통한 위기 돌파와 시장성 확보에 따라 많은 변동성을 유발할 것이다. 당분간 수익모델의 중심이 될 내연기관의 돌파기술 개발에 진력하고 하이브리드화를 효율적으로 해서 경제성 있고 기술적으로 수월성 있는 기술 선도력을 갖도록 해야 한다. 내연기관 돌파기술은 경제적인 비용으로 아직도 무궁무진한 효율 개선과 청정화를 이룰 수 있어서 일본, 독일, 미국 등 자동차 선진국들은 끊임없이 혁신적인 연소기술, 연료 개량, 작동기구 개선을 발전시키고 있다.

 

배터리 전기차와 수소전기차와 같은 미래 기술에 대해서는 성급한 보급 보다는 장기적으로 꾸준한 기초연구와 원천기술 개발 노력을 인내심을 가지고 지원하는 한편 인프라를 차근차근 구축해서 경제성을 확보하는 시기에 보급의 발판을 마련하여야 할 것이다. 환경규제를 만족하기 위하여 배터리전기차와 수소전기차의 의무 보급은 계속 이 분야의 발전을 요구하게 될 것이고 수소생산의 혁신과 인프라의 안정화가 이루어질 때까지 수소전기차도 장기적으로 유망한 기술로서 계속 발전해 나갈 것이다.

 

한 가지 기술에만 매달릴수 없다는 것은 시장과 산업계가 누구보다 잘 알고 있다. 과학적인 분석을 통하여 예측의 정확성을 높이고 다양한 시나리오에 대응한 융통성 있고 꾸준한 기술개발 노력이 필요하다. 

 

글 / 배충식 (한국과학기술원)
출처 / 오토저널 18년 5월호 (http://www.ksae.org) 
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