아직 어떤 자동차가 미래의 자동차가 될 것이라고 단언할 수는 없지만, 흐름을 크게 두 개로 나눈다면 배터리를 충전한 후 전기 모터를 구동시키는 배터리 전기차와 수소와 산소의 반응을 통해 전기를 생성한 후 이를 통해 전기 모터를 구동시키는 연료전지차로 나눌 수 있다. 물론 가솔린 대신 수소를 연료로 사용하는 내연기관, 배터리와 모터를 보조하는 내연기관을 탑재한 PHEV 모델도 있지만 크게 보면 그렇다는 것이다.

새로운 파워트레인에 대한 개발 과정과 지금까지 걸어온 과정을 설명하는 것은 쉽지만, 앞으로 어떤 방식의 파워트레인이 인기를 얻을 것인지, 미래가 어떻게 될 것인지는 사실 아무도 모른다. 지금도 계속되는 의문들을 머리 속에 안고 어떤 것이 정답에 근접하고 있는 것인지 정보들을 수집하면서 계속 생각하고 있지만 그럴수록 정답에서는 점점 멀어지고 있다는 의구심을 지울 수 없다. 마치 안개 속을 걷는 것과 같다.

그래서 이번에는 그 동안 의문 사항을 갖고 있으면서도 오랫동안 해답을 찾지 못했던 것들, 불확실한 요소들에 대한 의문을 던져보고자 한다. 이러한 의문들에 대해 많은 사람들이 같이 머리를 맞댄다면 어쩌면 정답이 도출될 수도 있고, 만약 정답이 나오지 않더라도 고민을 같이 함으로써 미래 자동차에 대해서 좀 더 진지한 생각을 할 수도 있기 때문이다.

스케이트 보드 플랫폼은 우수한가
 

배터리 전기차 제조사인 테슬라가 자사의 자동차에 적용하고 있는 플랫폼은 하체에 배터리와 구동 모터, 서스펜션 등이 모두 결합되어 있는 ‘스케이트 보드 플랫폼’이다. 사실 이 플랫폼은 테슬라가 자체적으로 개발했다고 보기에는 무리가 있고, 그 형태가 GM이 2000년대 초에 발표했던 ‘스케이트 보드 플랫폼’과 상당히 닮아 있다. 당시 GM은 이 플랫폼을 컨셉트카 형태로 발표했는데, 테슬라와는 달리 연료전지 파워트레인을 적용하고 바이 와이어 기술을 적극적으로 적용했다.

GM이 이 컨셉트카를 현실화 시키지 못한 이유는 여러 가지가 있지만 안전 문제와 양산화에 필요한 자금 문제 그리고 손상 시 수리비 등 현실적인 문제들이다. 자금 문제는 테슬라가 자체적으로 해결했으니 현재 모델 S, 모델 X, 모델 3가 양산되고 있을 것이고, 안전 문제는 테슬라 모델 X가 NHTSA의 충돌 테스트 전 항목에서 5개의 별을 획득하면서 증명했다. 그러나 바퀴 등 일부분에 손상을 입었을 경우의 수리에 관한 사항은 아직 증명되지 않았다.

자동차가 항상 큰 손상을 입는 것은 아니며, 사람은 거의 충격을 받지 않는 상황에서도 자동차는 큰 손상을 입는 경우도 있다. 만약 한쪽 바퀴와 서스펜션에만 손상을 입었을 경우, 다른 자동차는 수리 과정을 거칠 수 있지만, 테슬라의 모델들 같이 하체가 모듈 형태로 설계된 경우에는 수리가 힘들 수도 있다. BMW의 경우 이와 같은 경우를 피하기 위해 프레임 제작 시 구역을 나누어 일부분의 수리가 가능하도록 하고 있다.

배터리 관련 원료 문제

배터리 전기차의 수요가 늘어난다면 가장 문제가 되는 것은 배터리 공급이다. 리튬 자체는 지구상에 많이 존재하는 물질이긴 하지만 배터리에 사용할 수 있을 정도로 순수한 리튬을 확보한 곳은 상당히 적은 것이 현실이다. 이로 인해 현재 리튬 추출 업체들과 배터리 제조업체들간의 장기 공급계약 전쟁이 벌어지고 있으며, 금속 광물 전문 컨설턴트 회사 로스킬(Roskill)은 2025년 즈음에 수요량이 공급량을 초과할 것으로 예상하고 있다.

물론 배터리에는 리튬만 적용되는 것이 아니다. 다양한 금속이 투입되는데 그 중에서는 고용량 배터리 제작에 필수적이라고 할 수 있는 ‘코발트’가 있다. 전 세계 코발트 매장량 중 약 60% 가량이 아프리카 콩고에 매장된 것으로 알려져 있는데 여기서 더 큰 문제는 콩고의 코발트 광산 중 2/3을 중국이 차지하고 있다는 것이다. 어림잡아 계산해도 전 세계 코발트의 40%를 중국이 쥐고 있는 셈이다.

중국은 배터리 전기차의 수요가 날로 증가하고 있지만, 배터리 제작 기술은 그리 높지 않은 것으로 알려져 있다. 그러나 만약 중국이 손에 쥐고 있는 리튬과 코발트를 미끼로 하여 고성능 배터리 제작 기술을 요구한다면? 중국은 장수성과 쓰촨성에 리튬 광산도 보유하고 있으며, 중국 ‘티엔치 리튬’은 현재 전 세계 리튬 공급량의 16%를 차지하고 있다. 당장 재료가 필요한 배터리 제조사로써는 손도 제대로 못 써보고 고급 기술을 내줄 수 밖에 없을 것이다. 그리고 배터리를 통해 업그레이드 된 중국 자동차가 전 세계 시장을 지배하게 될 지도 모른다.

급속 충전은 정말로 가능한가

배터리 전기차에서 가장 큰 문제로 떠오르고 있는 것이 충전이다. 일반적인 출퇴근 거리라면 1회 충전으로도 충분히 주행할 수 있지만, 출퇴근에만 자동차를 사용할 수는 없으며 장거리를 주행해야 하는 일도 발생한다. 최근에는 1회 충전으로 380km 이상을 주행할 수 있는 배터리 전기차도 등장했지만, 만약 이 거리를 주행한 후 온 거리를 다시 돌아가야 한다면 급속 충전이 필요한 것도 사실이다.

아직까지 급속 충전 기술은 크게 발전하지 못했고, 장거리 주행이 필요한 운전자라면 배터리 전기차보다는 내연기관 자동차를 선호하게 된다. 한 통계에 따르면 운전자가 주유소에서 머무는 시간은 평균 7-8분 정도이며, 이 시간을 넘기게 되면 짜증을 일으킨다고 하니 배터리 전기차의 급속 충전도 이 시간에 맞춰야만 불편 없이 사용할 것이다. 그래서인지 최근 등장하는 급속 충전 기술은 최소 5분에서 최대 15분의 급속 충전으로 200km 이상을 주행하는 것을 목표로 하고 있다.

급속 충전이 발전하지 못하는 이유는 급속 충전 자체가 배터리에 무리를 주기 때문이다. 배터리는 전자기기가 아닌 엄연한 화학물질이고, 배터리가 충전되고 방전되는 과정도 화학 공식 속에서 이루어진다. 급속한 화학 반응은 부작용을 일으키고, 배터리의 수명을 단축시키는 한편 심한 경우 배터리의 변형, 폭발도 일어날 수 있다. 급속 충전 시 배터리 용량의 80%만을 채우도록 설계되어 있는 이유다.

닛산 2세대 리프에는 약 10분의 고속 충전으로 150km 가량을 주행할 수 있는 고속 충전 모드가 마련되어 있는데, 닛산 측에서는 이 기능을 한 달에 한 번 정도만 사용할 것을 권장하고 있다. 그만큼 아직은 배터리가 안정되지 않았다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 고체전지가 대안으로 떠오르고 있지만, 아직 개발은 완료되지 않았다. 전기, 전자의 영역이라면 빠르게 개발될 수 있겠지만, 배터리는 여기에 속하지 않는다.

연료전지차의 미래는?

테슬라의 CEO인 일론 머스크는 토요타가 연료전지차인 ‘미라이’를 준비하고 있다는 소식을 들은 후 한 강연회에서 ‘연료전지차는 헛소리(Bullshit)’라고 말했다. 수소는 위험하고 로켓에만 사용할 수 있으며, 차세대 이동 수단은 배터리 전기차라고 주장한 것이다. 그러나 그로부터 2년 후, 토요타는 소똥(Bull shit)에서 가스를 추출해 미라이를 구동시킴으로써 일론 머스크에게 ‘연료전지차는 이렇게 사용하는 것’이라고 반격했다.

흔히 연료전지차를 논할 때 문제로 삼는 것이 수소의 위험성이다. 이렇게 된 이유는 1930년대 말, 수소를 이용해서 부양했던 독일의 대형 비행선 힌덴부르크(Hindenburg)호가 폭발했던 사건이 너무나도 깊게 각인되어서 일 것이지만, 만약 수소로 구동하는 자동차가 위험하다면 현재 LPG를 연료로 사용하고 있는 택시들도 위험하다고 봐야 한다. 그러나 택시의 운전이 문제가 될지는 몰라도 택시의 연료가 문제가 된 적은 없다.

수소 탱크는 밀봉되어 있다고 생각하기 쉽지만, 사실 평상시에도 극미량이지만 조금씩 누출된다. 단지 그 양이 불을 붙이기에는 너무 적은 양이기에 폭발하지 않는 것이고, 연료전지차 제작 시 그러한 부분도 모두 고려하고 있다. 쉴 새 없이 장거리 주행을 해야 하는 자동차라면 연료전지차가 오히려 배터리 전기차보다 유용할 수도 있다. 사실 일론 머스크가 연료전지차를 비판한 것은 배터리 전기차보다 연료전지차가 인기를 얻을지도 모른다는 전망과 그로 인해 자신의 배터리 전기차 사업이 무너질지도 모른다는 불안감이 만든 폭언인지도 모른다.