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전기자동차의 단점에 대한 이해와 개선전망

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2012-12-30 16:46:35

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조총과 전기차
임진왜란 당시로 한번 돌아가 보는 상상을 해보자. 조총을 가진 왜군 100명과 활을 가진 조선군 100명이 대치했다. 일본군이 조총을 꽝하고 쏘았다. 조선군 몇명이 죽었다. 조총의 약점에 대하여 충분히 교육받은 조선군은 일본군이 허리를 숙이고 화약을 두 가지나 쑤셔 넣고 다시 총알을 장전하는 등 복잡한 조작을 하고 있는 사이에 분당 최대 6발의 연사능력을 지닌 기막힌 무기인 활로 일본군을 전멸시키고 말았다.

글 / 박광칠 (환경부 전기차보급팀)
출처 / 한국자동차공학회 오토저널 2012년 10월호

임진왜란 때에 조총 때문에 왜군에게 지리멸멸하게 패하였다고 배웠던 것을 생각하면 위와 같은 얘기는 황당하게 들릴 것이다. 그러나 가정이지만 전제가 맞는다면 정확한 얘기이다. 정말 그럴까?

조총은 심지에 불을 붙여서 기다리다 발사되었던 화승총에 비하면 성능이 개량된 것이지만, 그래도 방아쇠를 당기면 불이 붙은 화승이 점화용 화약으로 덜컥 떨어져서 불을 붙이고 이 화약이 내부의 발사용 화약에까지 옮겨 붙여 발사되는 구조를 가졌다. 당연히 탄피 안에 화약과 총알이 든 근대의 총과는 전혀 달리 장전 시 화약 따로 총알 따로 집어 넣어야 했다. 그러니 잘해야 분당 한 발 정도 쏠 수 있었고, 그 정도 화약분량으로는 유효사거리가 30~50m에 불과했으며 직사만 가능했다. 물론 비라도 내리면 발사가 불가능한 무용지물이었다.‘ 느린 속도’,‘ 근접전 취약’으로 요약될 수 있겠다.

반면에 물소 뿔을 수입해서 만든 당시의 조선시대 (각궁)은 세계최고의 성능을 자랑했다. 분당 6발 이상을 쏠 수 있었으며, 유효사거리는 100~150m에 이르렀고 산악지형에서는 곡사도 가능했다. 러니 동일한 수의 군대가 동일한 정도의 훈련과 전술을 겸비하고 맞붙었다면 활이 결코 조총에 뒤질 수가 없었던 것이다. 물론 왜군은 철포 3단 전술을 활용하여 3열 횡대로 서서 1열이 쏘고 뒤로 가서 장전하는 사이에 두 번째 열이 앞으로 나서서 쏘는 전술을 활용하여 초기에 연전연승하였지만 이는 몇 배의 가용병력과 비교할 수 없는 전투훈련의 경험에서 기인된 것일 뿐 무기성능의 차이라고 말하기는 어렵다.

만약 조총과 활이 그 당시의 성능을 그대로 유지한다고 가정 한다면 굳이 조총을 도입할 필요가 없었을 것이다. 그러나 활은 이미 성능의 정점에 이르렀고 조총은 개선의 가능성이 무궁무진 하였으므로 조선도 조총을 개발하였고 조선후기의 주력무기는 우리가 드라마에서 본 것처럼 화살이 아니라 조총이 된 것이며, 그 조총이 진보를 거듭하여 현재는 가공할 살상력을 지닌 개인화기로 완전히 활을 대체하기에 이르렀다. 활은 이제 취미나 스포츠용으로 전락하고 말았다.

필자는 활과 조총의 관계에서 문득 내연기관차와 전기차의 관계를 연상하는 재밌는 상상을 해 보았다. 현재의 전기차는 내연기관차에 비하면 훨씬 불편하다. 그러나 그 성능이 거의 정점에 이른 내연기관차에 비하면 전기차의 발전가능성은 무한하며 현재도 계속 진보 중이다. 물론 현재의 기술로도 더 높은 에너지 효율과 친환경성을 지니고 있다. 본 고에서는 일반적으로 가지고 있는 전기차에 대한 오해를 하나씩 짚어보며 앞으로 개선전망을 살펴보고자 한다.

전기차의 친환경성
최근 세계보건기구 국제암연구소(WHO, IARC)는 디젤엔진 배출가스를 1급 발암물질로 발표했다. 물론 이번 발표의 준거는 디젤엔진 배출가스에 노출된 광부들의 암발생률을 근거로 한 것이므로 고도의 후처리 장치를 부착한 도로의 자동차 배출가스 환경에 똑같이 적용하는 것은 무리가 있을 것이다. 그러나 자동차로 인한 대기오염의 피해를 가볍게 볼 수 있는 상황이 아니다. 특히 인구의 대도시 집중이 심하고 고령화가 급속히 진행되면서 기관지 천식환자 등이 증가하고 있는 우리나라의 특성상 더욱 그러하다고 볼 수 있다.

대기오염물질은 발생되는 총량도 중요하지만 공기 중으로 확산되어 농도가 희석되어지는 특성을 감안하면 어느 지역에서 발생되는지도 매우 중요하다. 다행이 전기차는 운행하는 동안에는 전혀 대기오염물질이 배출되지 않는 친환경 자동차이다. 전기를 생산하는 발전소에서 오염물질 배출이 있지만 이는 집중관리가 비교적 용이한 오염원일 뿐만 아니라, 이러한 전기 생산 전 과정에서 배출되는 오염물질의 양을 감안해도 전기차가 현저히 적다. 그래서 휘발유차 1대를 전기차로 전환하면 연간 약 2.3t의 온실가스를 줄이는 효과를 가져온다.

전기차에 대한 오해 - 에너지 효율
전기차에 대한 대표적 오해가 에너지 효율에 대한 것이다. 즉 석유를 직접 자동차에 주입하여 주행하는 것이 더 효율적인 것이며, 석유로 발전을 해서 생산된 전기를 송배전 과정을 거쳐 전기차까지 보내서 사용하는 전 과정(LCA)을 감안 하면 내연기관차에 비하여 비효율적이다. 라는 추정이 그것이다.

결론부터 말하면 이러한 전 과정을 감안해도 전기차는 내연기관차에 비하여 최소 약 2배 이상의 에너지 효율을 가진다. 자동차 회사에서는 약 3배 수준(가솔린 30%, 전기차 80%)으로 계산하기도 하며, 발전방식과 송배전 방식 그리고 발전용 에너지 믹스 등에 따라 다르겠지만 대부분은 최소 2배 이상의 효율을 보인다.

이는 투입된 연료의 폭발로 구동력을 얻는 내연기관의 경우 엔진가동을 위한 에너지 변환효율이 29%정도에 불과하고 동력전달과정 등의 효율이 66% 정도로 최종효율이 19% 정도인데 반하여, 전기차의 경우는 복합 화력발전 및 송전과정의 에너지 변환효율이 약 45% 정도이고 충전 및 모터 구동과정에서 에너지 변환효율이 85% 정도로 최종 효율이 38% 정도인 것에 기인한다.

참고로 전기차는 엑셀레이터를 밟지 않고 관성으로 운행 될 때나 브레이크를 밟을 때면 그 구동력으로 배터리가 충전된다. 내연기관차의 경우 주행관련 부품이 최소 130여 개 이상인데 반하여 전기차의 경우는 2~3개에 불과한 것만 봐도 내연기관차의 구동손실을 미루어 짐작할 수 있을 것이다.

또한 전기차는 스마트그리드 시스템과 연계하여 예비전력이 충분한 밤 시간대에 충전하여 운행하고, 남는 전기는 피크타임 때 되돌려 공급하는 전력저장 장치로서의 역할이 가능하며 제주도에서 현재 실증사업을 수행 중이다. 물론 전기차 15만 대가 보급되어도 전력소비량 비중은 0.07%, 피크부하 시에도 최대 0.17%에 불과하여 전력수급에 영향이 거의 없다.

전기차의 단점에 대한 정확한 이해와 개선 전망
이와 같은 여러 이점에도 불구하고 전기차 보급에 걸림돌이 되는 가장 큰 이유는 비싼 차량가격이다. 현재 기아자동차의 전기차 레이의 경우 동급 휘발유차가 최대 약 1,500만 원인데 반하여 전기차는 4,500만원에 이른다. 그러나 만약 같은 수량을 생산하게 된다면 전기차가 내연기관차에 비하여 비쌀 이유가 전혀없다. 이를 뒤집어서 말하면 규모의 경제가 가격차이 의 가장 중요한 부분이며, 전기차 초기보급에 정부가 보조금을 지급하며 적극 나서는 이유이기도 하다.

물론 전기차의 가장 중요한 부품인 배터리의 가격은 2015년까지 50% 이상 하락할 것이라는 것이 업계전문가들의 일치된 견해이며, 주요 전장부품역시 본격 양산체제 돌입 즉시 50% 정도 하락할 것이라는 전망이므로 초기 시장형성 관문을 거쳐 2015년 경에는 시장에서 수용가능한 가격경쟁력을 가질 것으로 예측된다. 참고로 연간 1만km 주행기준으로 전기차의 연간 연료비는 예비전력이 충분한 심야전기로 충전할 경우 약 9만 원에 불과하고 일반적인 경우에도 12만원 정도면 가능하다.

두 번째 단점은 충전에 걸리는 시간이다. 완속 충전의 경우 대략 5~6시간이 걸린다. 얼핏 무척 불편할 것으로 연상되고 다소 불편한 것도 사실이다. 그러나 차량의 전체 운행 패턴을 분석하면 주차하여 정지하고 있는 시간이 운행시간 보다 월등히 많다. 주유소에서 돈 내고 연료를 구입하는 내연기관차와는 달리 전기차는 자기 집에서 주차하는 시간동안 충전하는 것이 기본이다. 우리팀에서도 실증용 전기차를 운행하면서 필드테스트를 하고 있다. 막연하게 생각했을 때 크게 불편할 것 같았던 충전시간은 실제로는 별로 불편하지 않다고 이구동성으로 말하고 있다.

전기차는 완속 자가충전이 원칙이지만 혹시라도 운행 중에 배터리가 얼마 남지 않았을 때는 곳곳에 설치되어 있는 비상용 공용 급속충전소를 이용하면 된다. 가령 과천을 기준으로 보면 급속충전소는 과천에도 있고 사당동에도 있다. 급속충전소의 충전시간은 약 25분이면 충분하다. 환경부에서는 금년에도 전국 약 100여 곳에 공용 급속충전소를 설치할 예정이며 순차적으로 공용충전소를 확충해 나갈 예정이다. 주요 설치장소는 홈플러스, 이마트, 롯데마트, 공용주차장 등 국민들이 이용하기 편리한 곳에 위치하게 된다.

세 번째 단점은 1회 충전으로 주행 가능한 거리가 짧다는 것이다. 현재 기아자동차의 전기차 레이의 경우 최대 139km 정도이다. 이 정도의 주행거리로는 장거리 운행에 어려움이 있다. 물론 중간에 설치된 급속공용충전소를 이용하면 되지만 전기차의 보급 타깃은 근거리 도심용이다. 장거리는 KTX 등 대중교통을 이용하고 근거리는 전기차 같은 친환경차를 이용하는 것이 우리나라의 기본적인 교통체계 구상이기도 하다. 내년 이후에는 1회 충전으로 200km 이상 주행 가능한 차량이 출시될 예정이다.

이상의 세 가지 단점은 곧 개선되거나 큰 문제가 되지는 않을 것이다. 전기차 가격은 전기차가 1만 대 정도 보급되면 내연기관차와 경쟁할 수 있는 가격으로 하락할 것이다. 앞에서 살펴본 것처럼 배터리 등 관련부품은 그 자체의 기술개발과 규모의 경제에 따른 가격하락 및 성능개선이 필연적이기 때문이다. 충전 불편은 실제보다 과장된 측면이 있다. 한두 번 이용해보면 큰 불편이 아니라는 것을 금방 알게 된다. 밤 또는 낮에 주차되어 있을 때 충전기를 꽂아 두기만 하면 된다. 휴대폰처럼 사용하면 되는 것이며, 스마트폰으로 충전시간을 원격 조종할 수도 있고, 쉽게 공용충전소를 검색할 수 있는 앱을 개발하여 보급하고 있다.

일반적으로 운행되는 가솔린차를 전기차로 대체한다는 생각이 부정적 인식의 근간이지만 사실 전기차는 특정한 분야에 한정적으로 보급한다. 가령 근거리도심용으로만 이용할 경우 200km의 주행거리도 충분한 거리이다. 우리나라 1일 평균 주행거리는 고작 37km에 불과하므로 일주일 안에 한두 번 정도만 충전하면 되는 거리다. 택배 등 근거리 비즈니스용으로 이용할 경우에는 매일 밤에 충전하면 된다. 배터리를 많이 탑재하여 당장이라도 주행거리를 늘릴 수 있고 급속충전소를 늘려서 충전시간 단축도 가능하지만 효율적이 아니다. 그보다는 용도에 맞게 사용하는 것이 오히려 더 나은 일이다.

전기자동차 보급정책
전기자동차 보급정책은 기후변화 대응 및 환경개선과 에너지 위기에 대응하기 위한 범정부적인 국가과제이다. 어느 나라나 비슷한 상황에 직면하고 있으므로 향후 전기차 등 그린카 산업은 치열한 국가 간의 각축을 예고한다. 탈 석유화시대의 그린카 산업은 미래 자동차 시장의 판도를 좌우할 수 있는 이슈이므로 각 국은 자국 현실에 맞는 친환경 자동차산업 육성에 국력을 집중하고 있는 것이다. 현재의 자동차기술 중에 가장 뒤떨어진 부분이 IT와의 접목이다. 불과 3년전에는 생각지도 못했던 스마트폰의 여러 기능이나 스마트TV와 비교해도 그렇다. 구동제어가 간편한 전기차는 스마트 자동차의 좋은 테스트베드가 될 수 있을 것이다. 특히 세계 5대 자동차 강국인 우리나라 자동차 산업과 세계최고 수준의 경쟁력을 가진 자동차 배터리용 2차전지 산업기반, 여기에 세계적인 우리 IT기술이 접목된다면 2017년 글로벌 전기차 4대강국의 목표 달성이 어렵지만은 않을 것이다.

전기차 보급정책은 녹색성장의 핵심아이콘으로 녹생성장위원회에서 총괄한다. 「환경친화적 자동차의 개발 및 보급촉진에 관한 법률」에 따라 지식경제부는 관련 기술개발을 지원하고 환경부는 친환경차 보급을 총괄한다. 국토해양부는 도로교통제도, 기획재정부는 세제감면 등의 정책으로 지원하고 있다. 금년도 전기차 보조금은 4,500만 원짜리 레이 전기차의 경우 국비 1,500만 원과 지방비 1,500만 원을 지원하고 충전기는 국비로 무료 설치해 준다. 일부 지방에서는 지방비 지원이 없는 곳도 있다. 취득세 등의 자동차 세금은 최대 420만 원까지 감면 받는다. 현재 국회에 계류되어 있는 법률이 개정되어 저탄소 협력금 제도가 도입되면 전기차를 구입할 때 수백만 원의 저탄소 보조금을 받을 수 있게 된다.

금년에는 공공기관에 우선 보급하고 있으며, 카세어링, 렌트카 등 다양한 프로그램을 통해 국민들의 전기차 체험기회를 확대하고 있다.

에필로그
처음 시작하는 일은 거의 언제나 어렵고 외로웠던 것 같다. 전례가 없어 어렵고 새로움에 대한 일단의 거부감을 극복하는 것도 외로운 일이다. 그래도 전기차의 미래를 상상하는 것은 기쁜 일이다. 이 기쁨에 동참하는 분들도 계속 늘어날 것이라고 기대하고 있다.
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