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[오토저널] 코로나 시대 이후의 자동차 동력원에 대한 고민

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글 : 오토저널(ksae@ksae.org)
승인 2021-07-01 11:42:19

본문

2020년은 COVID-19의 확산 방지를 위하여 생산, 소비, 이동 등의 전형적인 인간 활동에 전례 없는 강력한 제한이 가해지면서 인간 생활의 패턴도 급속도로 변화하였으며 이와 함께 대기질도 빠르게 회복되고 있음이 관찰되었다. 봉쇄조치(Lock-down)가 가장 강하게 취해졌던 중국의 경우, 대기 중의 미세먼지(PM2.5 & PM10)와 이산화탄소의 농도는 2019년 대비 2020년에 15~20% 수준 저감되었으며 특히, 이산화질소의 농도는 방역을 위한 봉쇄조치 시행 전후에 매우 극명하게 저감되었음을 <그림 1>과 <그림 2>를 통하여 확인할 수 있다.

 

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2020년 코로나 바이러스로 전 세계에서 수백만 명이 사망한 현실과 역설적으로 Marshall Burke 교수(Stanford University)는 코로나로 인한 봉쇄조치로 인하여 PM2.5 등과 같은 유해 물질이 단기간 내에 극적으로 저감되었고 이는 중국내에서만 2개월 동안에 77,000명의 생명을 구했다는 의견을 제시하기도 하였다.

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이러한 판데믹은 전 세계적으로 자동차 산업과 자동차 관련 환경이슈에도 적지 않은 영향을 미쳤다. 우선 이동제한과 위축된 경제 활동으로 자동차 생산 및 수요가 급감하였다. 2020년 7월 기준 글로벌 자동차 생산은 전년대비 30.2%가 감소하였고, 판매는 23.2%가 감소한 이후 각국의 방역 성과에 따라 소극적인 성장세를 보이고 있다.

국제에너지기구(IEA, International Energy Agency)의 2021년 보고서에 의하면 <그림 3>에서와 같이 화석연료의 연소에 기인하는 이산화탄소의 배출량은 2019년 대비 2020년에 약 7%가 감소하였고 배출 분야(Emission by sector)별 다소의 차이는 있지만 전 분야에서 감소 경향을 보이는 반면 유독 SUV 차종에서 배출되는 이산화탄소는 증가하고 있음을 지적하고 있다. 지난 10년 동안 전 세계적인 SUV의 판매 호황으로 단일 부분에서의 이산화탄소 배출량은 3배 이상 증가하였는데 이는 열효율 개선을 통한 내연기관 차량과 전기차 보급으로 감소시킨 배출량을 모두 상쇄시키는 수준임을 지적하였다(Carbon emissions fell across all sectors in 2020 except for one–SUVs, IEA, 2021, 1).

우리나라의 경우, 코로나 판데믹으로 인한 자동차 산업의 위축은 글로벌 평균 대비 크지 않은 것으로 판단된다. 산업통상자원부의 “2020년 연간 자동차 산업 동향”에 의하면 생산은 전년 대비 11.2% 감소하였으나 내수판매는 전년대비 6% 수준으로 증가한 것으로 집계되었다. 주요 자동차 생산국과 비교해 볼 때 월등히 우수한 성과이다. 이는 모범적인 방역 정책과 자발적인 시민들의 참여로 인하여 봉쇄 조치가 없었고 자동차 관련 세제 혜택 및 노후 차량 교체 지원 등의 내수 활성화 정책과 다양한 신차 출시 등의 입체적인 효과로 판단된다.

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그러나 차종별 내수 시장의 비중은 <표 1>에서와 같이 SUV를 중심으로한 RV 차종이 50% 수준을 점유하고 있어 국제에너지기구(IEA)의 지적과 같이 이로 인한 이산화탄소의 인벤토리 관리가 필요한 상황이다.

이렇듯 글로벌 자동차 산업은 여러 분야에서 예측하기 힘든 내외부의 교란 요인으로부터 영향을 받아왔다. 2000년 이후만 고려하더라도 글로벌 금융위기(2007년), 폭스바겐(社)의 디젤 게이트(2015년), 세계 경제 침체 및 미중의 무역 갈등(2018년) 그리고 최근의 코로나 사태에 이르기까지 여러 요인들이 다양하게 자동차 산업에 영향을 미쳐왔고 산업계 내에서는 이를 극복하기 위한 새로운 기술적인 솔루션들이 제시되어 왔다.

최근에는 향후의 자동차 기술을 선도하기 위한 기술적 제안으로 자주 사용되는 키워드가 CASE이다. CASE는 연결(Connectivity), 자율주행(Autonomous), 공유(Sharing) 그리고 전동화(Electrification)의 약자로 다임러에서 미래차 전략으로 제시된 이후 스마트 모빌리티의 핵심 기술로 대표되어 왔고 관련 분야에서 자주 인용되고 있다.

CASE의 네 가지 핵심 기술 중 일부 기술은 코로나 판데믹으로 인한 거리두기, 언택트 등의 새로운 생활 패턴으로 인하여 잠시 주춤하거나 새로운 방향으로의 기술 구현을 모색 중이다.

코로나 사태 동안 강력하게 재학습 된 인간 활동이 대기환경에 미치는 영향성에 더하여 향후의 유해 배출 가스 규제 대응 그리고 각국의 온실 가스 저감 노력과 가장 밀접성이 강한 기술이 전동화 기술이며 이는 향후의 동력원을 결정하는 출발점이 되기도 한다.

현재까지 많은 전문기관에서 향후의 자동차 동력원에 대한 전망을 발표해 왔지만 급변하는 자동차 산업 사회, 코로나와 같이 예측하지 못했던 강력한 글로벌 이슈와 같은 불확실성으로 인하여 예측이 빗나간 경우도 있었으나 여러 예측을 종합하여 보면 전동화 기술을 순수 전기차 기술과 함께 개선된 내연 기관 기반의 전동화 기술을 함께 포함시키는 것이 일반적인 견해이다.

우선 순수 전기차는 유해 배출 가스 및 이산화탄소의 배출이 없기 때문에 기업평균연비제도(CAFE, Corporate Average Fuel Economy) 대응에 매우 강력한 방안이며 전기차 1대를 1대 이상으로 상계하는 수퍼 크레딧(Super Credit) 제도로 인하여 CAFE 대응에 가장 효과적인 동력원임은 확실하다.

그러나 원활한 CAFE 대응을 위해서는 보급이 선결되어야 하는데 높은 재료비 문제로 정부의 지원금에 의존도가 매우 높으며, 무엇보다도 향후 유럽에서 규제 예정인 LCA(Life Cycle Assessment, 전생애주기분석) 측면에서 생산, 발전 및 폐기 과정의 이산화탄소를 종합해서 내연 기관 차량과 비교할 경우 배출량 차이는 크지 않기 때문에 이 점은 발전 전원의 청정도 및 폐기부품의 재활용 전략에 따라서 향후 전기차 개발 방향에 많은 영향을 미칠 것으로 예상된다.

또한 현재 양산중인 전기차의 기술 성숙도는 도입기 수준으로 완벽하지 않은 품질로 인한 문제 발생시에는 보증 대응 비용이 막대하여 이 점도 제작사에게 큰 부담으로 작용하고 있다.

독일 FEV의 향후 승용차 동력원의 예측 전망<그림 4>에 의하면 2030년 전체 승용차 동력원의 91%는 전동화 기술이 적용될 것으로 예측하였고 이중 20% 수준이 순수 전기차 그리고 나머지 71% 수준이 개선된 내연기관 기반의 전동화 동력원, 즉 다양한 형태의 하이브리드 동력원일 것으로 예측하였다. 이 예측에 의하면 전동화 기술의 큰 틀 내에서 최대의 열효율을 달성하기 위한 내연기관의 개선 노력이 계속 시도될 것이며, 하이브리드 시스템과 연계되어 그 효과를 극대화시킬 것으로 예상된다.

또한 내연 기관이 적용되기 때문에 향후의 EU6d-Step3 및 EU7 등의 강화된 배출가스 규제 대응을 위하여 하이브리드 시스템의 고전압을 이용한 촉매 히팅 제어(EHC, Electrically Heated Catalyst) 및 냉간시 배출 가스 저감을 위한 로드 제어(Load Shifting) 등과 같이 하이브리드 시스템을 활용한 배출 가스 저감 노력 또한 활발히 연구될 것으로 예상된다.

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폭스바겐의 디젤 게이트 이후 일부 국가에서는 아예 내연기관 차량을 퇴출하기 위한 계획을 발표하였는데 이를 글로벌 트랜드로 받아들이기 이전에 자동차 산업이 그 국가의 경제에 미치는 기여도 와 전기차 충전 전력의 청정성 등을 고려한 종합적인 배경을 우선 살펴보아야 할 것으로 사료된다. 독일, 일본 등 자동차 선진국에서는 순수 전기차 및 하이브리드의 개발과 함께 내연기관의 제동열효율을 50% 이상 수준으로 높이고 배출 가스를 혁신적으로 줄이기 위한 연구를 지속적으로 유지하고 있다. 이러한 기술들은 궁극적으로 하이브리드 시스템과 재융합되어 향후 환경규제 대응에 활용될 것으로 예상된다.

 자동차 산업의 특성상 새로운 동력원의 확보는 필수적이지만 막대한 개발 비용과 기간 그리고 인력이 소요되기 때문에 급격한 중심이동은 매우 신중해야 한다. 더욱이 현재는 미래 자동차 산업에 대한 불확실성이 완전히 해소되지 않았기 때문에 다소 예측하기 어려운 상황 속에 놓여 있다고 판단된다.

한국의 자동차 산업이 금번의 코로나 판데믹에도 불구하고 주요 선진 생산국들과 비교하여 선전한 결과는 매우 고무적이다. 추후 예상치 못한 외부 교란에도 안정적인 상황을 계속 유지하기 위해서는 내연기관에서부터 순수 전기차까지 자동차 산업의 생태계를 형성하는 모든 구성 요소들이 제 역할을 수행할 수 있도록 다양한 종의 동력원들이 서로 경쟁하고 단점을 보완하여 기본적인 체력을 보강하고 체질을 근본적으로 개선하려는 시도가 뉴노멀을 대비하기 위한 기본적인 전략이라 판단된다.

글 / 심범주 (쌍용자동차)
출처 / 오토저널 2021년 4월호 (http://www.ksae.org) 
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