세상을 바꿀 미래의 자동차전망

 

미래자동차!

 

그것이, 세상을 바꿀 것이냐, 세상이 그것을 바꿀 것이냐!

 

사람들이 통상으로 이야기하는 것들 속에는 주관적이고, 단편적이고, 한시적인 견해로 전체를 재단하는 일들이 비일비재하다.

 

'뜬구름 잡는다' 말이 있다. 도무지 될 성부르지도 않은 일을 벌이는 허황된 경우를 일러 '뜬구름잡는다'고 한다. 하늘에 둥둥 떠다니는 구름을 잡겠다고 설쳐대는 꼴이 못 미더워, 하는 소리들이다. 여기에는 , '뜬구름'으로 판단하는 지식이나 지혜는 객관적 평가대상이 아니다. 오로지 자기주관, 자기지식과 기준으로 평가해 보건데, '뜬구름'이라 보는 것이 대부분이다.

 

성공하면, 충신이요, 실패하면 역적이란 말이 있듯이, 이른바, 보통사람들에게, '뜬구름' 처럼 생각하며 거덜떠보지도 않고, 무시하는 일에서, 나름대로 승산을 읽고, 파헤치고 집착하여, 결국은 일을 이루어 내는 사례들이 많다. 대부분 벤처사업가들이, 그런 부류들이다. 그래서, '준비된 자만이 뜬구름잡는다' 라고 말하고 싶은 것이다. '지혜로운 자만이 준비된 자' 가 될 수 있다고 역설적으로 말 할 수도 있다.

 

'높이 날아 멀리 보는 새가, 먹이를 잘 잡는 것은 아니다.' 하지만,

'追鹿者不見山(추록자불견산)' 즉 '사슴을 쫓는자는 산을 보지 못한다'는 말도 있다.

 

높이 날아 주변을 멀리까지 조명한다면, 먹이의 동향을 파악하고, 선택과 집중의 전략이 가능하지만, 여기에만 연연한다면, 먹이를 좇는 일은 땅위에서 이루어지는 구체적이고 현실적인 일이여서, 전술적으로는 먹이를 잡는 일에 실패하기 쉽다. 반면에, 끝까지 추록하여 잡을 수는 있겠지만, 산을 보지 못하기 때문에, 사슴을 잡았다하드라도, 잡은 사슴을 들고 제자리로 돌아갈 일에, 더욱 낭패를 당한다.

 

기업이, 올해의 수익성에 연연하여, 중장기 트렌드 읽기를 소홀히 한다면, 미래를 기약할 수 없다. 하지만, 올해, 내년의 수익은 도외시하고 중장기 트렌드에 연연하다보면 중장기로 가기전에, 주저않을 수밖에 없는 것이다. 그와 같이

 

인간세상의 리더그룹에는, 이처럼, 장기적인 미래를 예측하고 대비하는 선지자적인 리더가 있는 반면에, 그런 장기적 안목은 없어도, 현실의 당면과제 해결에 탁월하고, 적극적으로 현실을 타개해 리더가 있다. 또, 주변환경에 잘 순응하고, 임기응변에 능란한 리더가 있기도 하고, 인생관이나, 나름대로 구축한 경륜에 집착하여 한 우물만 파는 외길의 리더도 있는 것이다.

 

단기간 이익을 내야하는 사(私)기업일 수록 단기적 성과에 비중을 두기 마련이고, 장기적 관점에서 기초부터 착실히 기반을 닦아나가는 분위기는, 정부출연기관등에서 비교적 기초적이고 장기적 로드맵으로 접근한다. 물론 단기적 성과에 급급하더라도, 장기적 기반은 어느 정도 추구하는 것이 상식이고, 장기적 대비를 하더라도, 단기적 성과물을 도외시 할 수 없다.

 

이상기온으로 인한 '지구온난화'와 '석유자원의 고갈'이라는 지구문명의 2대 과제는 현 세대말부터 다음세대가 끝나기 전에 닥쳐올 재앙으로 인식하고, 이를 사전에 피하기 위한 노력들이 범세계적으로 일어나고 있고, 과학기술계, 산업계가 그 선봉에 있다고 말 할 수 있다.

 

그 중에 최근에 부침을 거듭하며, 그야말로 '뜬구름잡는 것같은 사업'으로 '전기자동차' 가 있어 왔다다. 기술개발 역사상, 수많은 제품이 명멸하여 왔지만, 전기자동차만큼이나 오랜 개발기간 과정을 거쳐온 제품은 없었지 싶다. 최초의 자동차는 전기자동차였다가 내연기관이 발명되고, 내연기관에 자리를 내주고, 사라졌다가, 십수년전부터 다시 미래자동차로 연구되기 시작하여 오늘에 이르렀다.

 

'전기자동차'에서 '내연기관'을 거쳐, 다시 '전기자동차'로 나아가리라는 것이 일반적으로 일치된 견해지만, 그 시기의 예측은 천차만별이다. 왜냐하면, 전기자동차로 나아가기위해 해결되어야 할 기술의 확립과 환경의 성숙을 보는 시각이 틀리기 때문이다.

 

전기자동차의 부류에는, 순수배터리충전으로 모터를 구동하여 가는 차(BEV: Battery Electric Vehicle)과 엔진과 모터가 번갈아 동력을 만들어내는 하이브릿드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 고압압축수소와 공기중의 산소를 반응시켜 만든 전기로 가는 수소연료전지차(FECV: Fuel Cell Electric Vehicle)로 대별된다.

 

HEV는 상당히 양산화가 진척되어있는 모델로, 점차 그 비중이 늘어날 것이지만, 내연기관, 특히Clean 디젤차와 가격과 연비가 연동된 Merit 경쟁에서의 유.불리가 활성화의 관건이 될 것이다.

 

수소연료전지차는 이제 막 양산에 접어들려는 모델이지만, '고압수소용기기술확보' 와 엔진에 해당하는 '스택내구기술 확보 및 고가의 부품가격'등으로 상당한 기간동안은 대량생산이 되기 어려울 것이다. 

 

당연히, 수년내 회사의 실적을 내어야 하는 CEO나 전문경영인 입장에서는 전기자동차사업은 계륵([鷄肋)과 같은 것이다. 전기자동차는 10년 20년 후의 대세로 다가올 것이라는 것은 누구나 예측가능하지만, 당장은 시장이 제대로 열리지 않고, 기술적 난관이 버티고 있는 상황하에서, 지속적인 투자를 하기도 여려운 실정이기 때문이다.

 

하지만, 안목있는 CEO라면, 미래성장동력를 위해 끈을 놓치고 싶지않는 것은 상식이다. 그러기 위해서는 단기간에는 사업을 지속적으로 영위할 수 있는 든든한 배경을 확립하고, 그 배경과 미래에 대한 통찰력을 바탕으로 전기자동차 분야에 지속적인 투자를 할 수 있어야 한다.

 

그래서, 3년 5년 단기적 승부보다는 10년이상을 내다보는 안목과 그 안목을 실천할 수 있는 여력을 제공할 수 있는 배경이 있는 그룹만이 전기자동차사업, 나아가서는 미래 문명의 전환에 주도적인 역활을 할 수 있을 것이다. 우리는 작금에, 한때 잘 나가던 전기자동차 회사들이, 이런 배경사업없이 단기간내에 승부를 내려 하다가, 대부분 주저앉게 되는 현실을 많이 목도할 수 있는 것이다.

 

현실적으로, 순수전기자동차는 아직 다음의 3가지 문제로 활성화가 난관에 봉착해 있다.

 

첫째가 배터리 충전용량이다. 현재는 차체가 감당할 수 있는 무게의 배터리로 1회 충전으로 갈 수 있는 주행거리 문제인데, 지금은 약 100~150 km 정도로 내연기관의 500km~600km에 비해 턱없이 부족하다. GM의 볼트나 최근에 내년에 출시예정으로 발표된 BMW의 모델인 i3,i8처럼 플러그인 하이브릿드형의 차량의 구동방식은 순수전기차방식으로, 동력원으로 1차 배터리와 2차 내연기관의 작동으로 얻어지는 발전으로 하고 있지만, 비용이나 충전 Infra문제등으로 활성화에 문제가 예측되는 것이다.

 

둘째는 Battery비용이다. 차량가격의 40%를 차지하는 가격의 배터리로 겨우 100~150km밖에 주행하지 못한다면, 싼 전력을 사용하드래도 회수할 수 있는 운영비가 수십년이 걸리기 때문에, 상대적으로 비싼 연료비가 드는 내연기관에 비하드라도, 일반인들이 사용자가 되기는 어려운 것이다.

 

셋째, 충전여건이다. 충전속도와 충전인프라 문제인데, 충전기술이 발전하면서 단축은 되고 있지만, 가솔린이나 디젤주유 시간에 가까운 충전시간을 확보해야 한다. 충전인프라는 기술의 문제라기 보다는 환경의 문제이다. 전기자동차 운행이 늘어나면, 충전소도 늘어 날 것이다. 전기자동차 충전소는 공간을 많이 차지하지 않고, 주유소보다 안전성이 높아서, 쉽게 확산 될 수 있을 것이다.

 

그러면, 순수전기자동차가 활성화될 길에는 어떤 것이 있는 것인가?

 

핵심적인 관건은 배터리 1회충전용량증대이다. 비용문제는 충전용량이 늘어나면 사용이 늘어날 것이고, 그러다보면 자연히 비용도 감소하기 마련이다. 급속충전기술은 배터리 용량 증대기술보다는 어려운 기술이 아니고, 배터리 충전용량이 늘어 나면 상대적으로 급속충전 기술의 요구도 완화될 여지가 있어, 배터리 용량증대보다 덜 시급하다 할 수 있다.

 

배터리 용량표시에 비에너지라는 것이 있다. 무게당 혹은 부피당 충전하는 전력을 표시하는 단위이다. 즉 Wh/kg 또는 Wh/Liter 가 그것이다.

 

비에너지가 150 Wh/kg이라면, 200kg의 배터리는 150 Wh/kg x 200kg =30,000Wh = 30KWh의 전기에너지를 담을 수 있다. 이는 주행중 평균 20KW의 전력을 소모하는 모터로 구동되는 전기자동차일 경우 30KWh/20KW= 1.5시간(h) 동안 주행 할 수 있는 에너지 양이다. 이 차가 시속 100km 즉, 100km/h로 달린다면 약 100km/h x 1.5h=150km 의 거리를 갈 수 있는 것이다. 실제로는 가솔린이나 디젤 연료탱크처럼 연료가 '0(Zero)'이 되기 전에 충진해야 하듯이, 배터리도 충전,방전을 100%, 혹은 0% 이전에 해야하기 때문에 실제로는 이보다 주행시간이나 주행거리가 감소한다. 일반적으로 이론치의 약 60% 정도, 그러니까 150km의 60%정도인 90km나 100km정도 주행할 수 있다고 보면 된다.

 

 

이래 가지고서는 가솔린이나 디젤엔진에 대적이 안된다. 적어도 비에너지는 현재의 150 Wh/kg의 최소 4배인 600Wh/kg이상은 되어야한다. 자료에 의하면, 현재의 리튬폴리머 배터리로는 비에너지가 지금의 1.5배~2.0배인 250Wh/kg로 한계를 보인다고 한다. 즉, 그이상은 기술적으로 어렵다는 것이다.

 

 

이를 극복하는 방법은 없는 것일까? 많은 회사들이 여기에 연구를 집중해오고 있다. 그중 주요한 2가지 경향은 다음과 같다..

 

첫째는 차량을 극도로 경량화 하는 방법이다. 비행기나 스포츠카에서 채용하는 것처럼, 철강, 주물이 아닌, 탄소섬유로 제작하여 무게를 획기적으로 줄이고 줄어드는 무게만큼, 배터리를 많이 장착하는 방법이다. BMW의 차량도 이방법이 채용되고 있다. 주력 뼈대는 강성을 유지하도록 마그네슘이나 티타늄 합금의 강판을 사용하고, 나머지 차체는 탄소섬유로 한다던지 하는 방법인데, 비용이 문제이다. 양산프로세스가 기존의 차체처럼 확립이 안되어 있기 때문에, 어지간한 자동차회사도 잘 팔릴지 알 수 없는 비지니스에 모험을 걸지 않고, 그러다 보니, 소량의 고비용이 될 수밖에 없는 것이 현실이다.

 

<BMW 전기차 i3, 2014년 국내출시예정이라한다> 

 

i3는 도심용으로 설계된 100% 순수 전기차로 한번 충전으로 최고 160km까지 주행이 가능하며, 그이상은 보다 장거리 운행용 옵션으로, Range 확장장치로 부착하고 있는 엔진의 가동으로 전기를 추가로 만든다는 것이다. 즉 전기모터와 엔진이 장착된 플러그인 하이브리드 모델인 것이다

 

둘째는 새로운 배터리 재질의 확보이다. 금속공기전지가 바로 그것이다. 금속공기전지는 음극에 금속을, 양극에 공기중의 산소를 공급하여 반응하면서 생기는 전기를 축전시키는 방법이다. 이것을 충전.재생이 가능한 전지(=2차전지)화 하기 위해서는 '금속이 산소와 반응하고 환원하는 메카니즘을 반복적으로 급속히, 용이하게 일어나도록 제어하는 하는 기술과 반복재생으로부터 적절한 배터리 수명을 확립' 하는 것이다.

 

금속공기 전지의 최대 장점은 자연계에 무한히 존재하는 산소를 활물질로 이용하지만 다른 이차전지 대비 매우 높은 이론 에너지밀도를 가지면서 친환경적인 특성도 보유하고 있다는 것이다. 금속공기전지에 사용되는 금속에는 아연, 리튬, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄등이 연구되고 있다는 데, 그 중 에너지밀도, 전기적 충.방전 가능성 및 기타 전기화학적 특성 비교시, 차세대 전기자동차용 이차전지로는 '리튬-공기전지' 및 '아연-공기 전지' 가 가장 유망한 후보군으로 뽑히고 있다.

 

특히 리튬-공기 전지는 이론 에너지밀도가 11,140 Wh/kg에 달해 13,000 Wh/kg인 가솔린과 유사한 특성을 보이면서 금속-공기 전지 중에서도 가장 큰 에너지밀도의 값을 갖고 있어, 2000년대 중반부터 리튬-공기 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

[Table] 금속-공기 전지별 이론 에너지 밀도 비교표

(출처: Excellatron Solid State LLC)

그래서, 도요타등 유명자동차회사가 리튬공기전지연구에 오래전부터 전력투구하고 잇다고 알려져 있다. 그 뿐만아니라 IBM, 삼성, LG같은 대기업의 소관 회사나, 국.내외전지업체, 전자업체, 자동차업체등이 리튬폴리머전지 뿐만아니라, 금속공기전지연구개발에 전력투구하고 있어, 앞으로 10~15년내에 현재의 리튬폴리머 배터리보다 수배내지 수십배의 비에너지를 가진 배터리가 등장 할 것이라 하니, 현재의 가솔린이나 디젤엔진의 연비도 그 때되면,상당히 좋아지기는 하겠지만, 이때쯤이면, 전기자동차가 대세를 이룰 것이라는 것이 일반적인 예측인 것이다.

 

 

10년 아니 15년, 20년이라 하드라도 그리 먼 미래가 아니다. 그렇지만, 단기적 승부에 급급해서는 10년 이상을 내다보는 안목, 10년이후를 대비하는 안목이 쉽게 트이는 것은 아니다. 하지만, 조금만 여유를 가지고 찬찬히 제대로 돌아보고, 우리가 지나온 과거를 반추해본다면, 10년이후의 세상의 도래를 예측할 수 있다. 그야말로 '지혜로운 자만이 준비된 자' 임을 깨달을 수 있을 것이다

 

비록 차체 경량화나 금속공기전지의 연구가 조기에 확립될 수도 있고, 더 늦어질 수도 있지만, 늦어도 우리 세대내에, 우리가, 이 세상을 바꾸는 기술세계에 직접 참여하지는 못하드라도, 전기자동차 활성화와, 그 때 쯤이면, 친환경 기술의 발전도 괄목할 만하여, '새로운 문명의 대변혁, 대전환의 경계에서, 그 변화를 직접 목도하고 체험할 수 있고, 그것이 노년에 이르러 우리가 세상을 바라보는 재미있는 관전포인트가 되리라는 것을 확신할 수 있는 것' 이다.

 

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