“(독일)메르켈 총리가 저에게 독일 경제의 성장 방안을 물었을 때 화석연료에 기반한 중앙집중식 경제는 끝났다고 답했습니다. 태양열과 바람은 무료입니다. 한계비용이 제로에 가깝습니다. 그런데도 아직까지 원자력 발전을 주장하는 (한국 같은) 나라가 있다는 게 놀랍습니다. 그건 비즈니스로 볼 때 잘못된 판단입니다. 중앙집중화한 전력망이 아닌 소규모의 분산형 디지털 전력망은 고용 창출 효과도 큽니다. 현재 독일에는 1,100만개의 건물이 소규모 자가 발전으로 녹색 에너지를 생산하면서 35만개의 일자리를 만들어냈습니다. 재생 에너지를 기반으로 사회를 개편하는 데 석유산업만 빼고 모든 산업이 참여해야 합니다. 인프라만 까는 데도 40년이 걸릴 거고, 거기서 수많은 일자리가 생길 겁니다."
“통신 인터넷, 에너지 인터넷, 물류 인터넷이 통합된 사물인터넷은 수평적인 규모의 경제를 실현해 인류 역사에 없던 경제 민주화를 가져옵니다. 이건 막을 수 없는 변화입니다. 화석에너지에 기반한 경제는 이미 정점을 찍었다"고 단언했다.
이것은, 2014년 10월13일자 한국일보(오미환기자)에 실려있는, 세계지식포럼 참석차 내한한 제러미 리프킨 교수의 취재기사내용 중 일부다. 그는 취재한 기자와 만난 자리에서 막을 수 없는 거대한 변화가 이미 시작됐다고 역설했다고 소개한다. 그는 ‘노동의 종말’ ‘엔트로피’ ‘3차 산업혁명’ ‘소유의 종말’ 등 여러 권의 베스트셀러를 통해 미래사회의 새로운 패러다임을 제안해 온 미래학자이다.
그는 화석에너지 기반경제는 정점을 찍고, 대신 태양열, 풍력 같은 재생에너지를 효율적으로 이용하는 에너지 인터넷이 기반으로 사물인터넷이 보편화되면서 미래는 새로운 패러다임의 세상으로 변해갈 것이라고 한다.
* 한계비용: 재화나 서비스를 한 단위 더 생산하는 데 들어가는 추가 비용을 말한다. 한계비용은 총비용 증가분 을 생산량 증가분으로 나눈 것으로, 생산량 한 단위를 증가시킬 때 총비용이 얼마나 변화하는지를 나타낸다(출저:두산백과)
*사물인터넷: 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스를 말한다. 1999년 매사추세츠공과대학(MIT)의 오토아이디센터(Auto-ID Center) 소장 케빈 애시턴(Kevin Ashton)이 향후 RFID(전자태그)와 기타 센서를 일상생활에 사용하는 사물에 탑재한 사물인터넷이 구축될 것이라고 전망하면서 처음 사용한 (출처: 두산백과)
제러미 리프킨 교수의 전망뿐만이 아니라도 , 무수한 분야, 무수한 기술들이 알게 모르게 연구되고 있겠지만, 그중에서도, 파급효과가 클 것이라 생각되는 아래 과학기술들은, 가까운 10~20년내외부터, 우리 시대 마지막이나, 다음세대, 늦어도 다음다음 세대내에 보편화되거나 실생활에 모습을 들어낼 것이라 짐작되는 대표적 기술들로 알려져 있다.
시간은 특정하지 못하지만, 틈틈히, 아래 기술들에 대해, 차례대로, 나름대로 생각을 정리해 버릴 요량이다. 앞으로는 이 분야에에서 얼쩡거릴 시간과 여유가 없을 것이다. 얼마지 않아 歸村의 길로 들어서야 할 나이이고, 때가되었기 때문이다.
● 전기자동차/에너지저장장치(Energy Storage System)
○ 수소연료전지(Hydrogen Fuel Cell)
○ 무선전송 및 충전
○ 사이보그/로보트/전자인간
○ CNT/그래핀 응용
○ Smart Grid기술
○ (배아)줄기세포응용
○ Display기술
○ 인터넷과 사물정보간의 직접연결하는 사물 인터넷
○ 핵융합 기술.
○ 우주에서 태양광을 집적 및 송전기술,
○ 극초음속 비행체기술
이런 과학기술들이 보편화되는 미래에도, 그 시대 나름대로의 또다른 미래의 기술들이 의미있게 존재하겠지만, 이 기술들은 현시점에서, 공개적으로 또는 은밀히 세상을 바꿀 미래의 기술들로 주목받고, 연구되고 소개되는 것들이다. 하지만, 이런 기술들이 바꾸어 나갈 미래의 모습을 전망해 보면, 인류역사를 회고해 보건데, 딱히 긍정적인 요인만으로는 볼 수 없다. 부정적인 요인, 긍정적인 전망이 공존한다고 볼 수 있는 것이다,
부정적인 전망에는 에너지 자원고갈, 기후변화, 무한 경쟁, 성장위주. 자원소모위주 문명, 고령화등이 자리잡고 있다. 과학기술이 인류가 산업사회로 진입하게 된 든든한 이론적, 실천적 배경으로, 성장위주의 문명과 자원소모 문명을 일으켜왔지만, 자원의 무한 소모와, 환경문제를 일으키고, 불안전한 편향된 발전으로 부정적 전망을 일으킨 주범으로 역활을 해왔기 때문이다.
긍정적인 전망을 해볼 수 있는 근거에는 생활의 편이제공, 생명연장등 많은 분야에서 역활을 해오고 있는 것은 주지의 사실이다. 그중, 친환경기술, 그린 산업, 재생산업의 발전이나 우주에너지의 이용기술등이 손꼽히고 있다. 그래서, 과학기술의 발전은 미래에 대해, 긍정과 부정적 측면 모두의 원인제공의 역활을 하고 있는 것이다.
250여년전 산업사회로 접어들기 전까지는 약 1만년이상동안 지속된 인류문명은 하늘과 땅에 순응하며, 하늘과 땅이 주는 자원의 한도내에서 성장한 재생문명시대이였던 것이다, 그후, 산업혁명이후, 과학기술이 발전하며, 인류의 생명은 연장되고, 인류의 개체수가 급격히 늘어나면서, 대규모로 지구자원을 소모하는 성장위주의 문명시대로 접어들게 된다. 그 결과, 새로운 자원의 발굴과 창조에도 불구하고, 지구별이, 부존하고 있던 자원이 재생의 한도를 너머, 지속적으로 소모되면서, 금세기내에 고갈에 직면하고, 자원의 소모에 따른 부작용등으로 기후변화, 생태변화가 전 지구적으로 광범위하게 일어나고 있고, 문명화 과정에서의 다툼등으로 이런 자원소모가 효율적으로 조정.관리되지 못하고, 더욱 소모가 가속화하고 있다.
● 전기자동차/에너지저장장치(Energy Storage System)
여기서 에너지저장장치는 주로 전기에너지 저장장치를 의미한다. 태양광발전, 풍력발전등 불균일하게 발생하는 전기에너지를 저장하여 안정적으로 공급할 수 있는 장치나, 유선으로 연결하여 공급할 수 없는 이동수단에 전기에너지를 저장하여 동력원으로 사용하는 장치이다. 전기에너지 저장장치는 축전지 즉 배터리시스템으로, 휴대폰, 가정용, 자동차용, 일반산업용등 광법위하게 사용되고 있는 고전적 장치이다. 그중 이동수단에 사용되는 축전지(배터리)는 저장무게, 공간의 제한 때문에 이의 개선이 부단히 요구되어 왔다.
인류가 산업혁명이래 지속적으로 추구한 기술중의 하나가, 이동수단의 개선이였다, 산업혁명이래 기계화된 이동수단은 발전을 거듭하고 광범위하게 사용되기 시작하면서, 이동수단의 대량화로, 필연적으로 가솔린, 디젤로 대표되는 , 석유자원을 소모하게 되는 결정적 원인이 되어 왔고, 지금 속도대로라면, 지구부존량이 50년래 고갈이 될 것이라는 전망이다. 50년이라면 우리시대 마지막이나 다음세대에 직면하게 될 당면과제인 것이다. 많은 산업분야의 원재료로 쓰이는 석유자원은 생활도구의 원재료로 사용되는 데, 이의 고갈은, 생활도구의 원재료의 공급을 불능으로 만들겠지만, 무엇보다도 이동수단의 동력 에너지원의 고갈을 의미하고 나아가서, 짧은 시간에, 이의 대량 사용으로 인한 기후변화가 지구생태계에 미칠 전망이 상상을 넘어선다는 것이다.
그래서, 석유자원에 의존하지 않음으로써, 석유자원의 효율성과 사용가능연한을 대폭 늘려주도록, 석유를 에너지로 소모하는 이동수단인 자동차를 전기로 가도록 하는 장치 즉 전기자동차와 이를 가능하게 하는 수송용에너지저장장치가 크게 관심을 받고 있고, 알게 모르게 전세계적으로 학계, 산업계등에서 연구되고 있는 것이다. 전기도 대부분 석유를 소모하는 화력발전을 통해 만들어지지만, 개별엔진에서 직접태우는 것이 아니라서, 효율성 측면에서 매우 유리하고, 석유외 원자력이나 신재생에너지로 부터 얻어지는 발전이 늘어감에 따라 석유소모가 줄어들 것은 분명하다.
전기자동차용 배터리는 그동안 리튬이온배터리가 대세를 이루었고, 이것은 리사이클링성은 어느정도 확보하여 하이브리드차량등이나 대부분의 전기자동차에서 채용하고 있기는 하지만, 대부분 1회충전거리가 150km안팍으로 내연기관에 비해 짧은 거리에다가, 상대적으로 대량생산이 안됨으로써 비쌀 수 밖에 없는 가격구조, 충전편이성 즉 충전소나 충전시간문제로, 실용화 확산이 지연되어온 것이다. 실용화 확산이 지연되는 결정적인 요인은 짧은 1회충전거리와 리사이클성이다.
1회충전거리가 길어지고, 내구성이 확보된다면, 즉, 대량생산에 들어가게 되면, 나머지 가격구조, 충전소나 충전시간등은 어느 정도 용이하게 달성될 수 있는 종속적인 기술이라 할 수 있어, 급속히 그 문제에서 벗어나게 될 것이라고 생각한다.
□ 리튬공기전지
전기자동차용 리튬이온배터리가 사용되기 시작하던, 지금으로부터 20여년전, 그러니까 90년대중반에 1회충전으로 주행할 수 있는 거리가 리튬이온전지보다 10배이상의 성능이 나올 수 있는 것으로 평가되는 리튬공기전지가 제안되면서, 전세계의 학계, 연구기관, 업체에서 리튬공기전지개발에 박차를 가해오고 있다.
이를테멘, 영국의 센터루이스 대학에서 이탈리아 로마대학 '라 사피엔자' 그리고 미국의 IBM에 이르기까지 그들에게 그들에게 공통된 목표는 전기자동차의 구세주로 보이는 리튬공기전지의 완성에 매진해왔다. 이들의 연구는 금속산화물을 이용하는 대신, 탄소와 산소를 이용하는 것으로, 리튬이온전지충전능력을 대폭적으로 상회하는 에너지 저장이 가능해질 것이라는 전망이다. 만약 화학적 안정성과 내구성, 리사이클문제가 현재의 리튬이온전지 수준으로 해결된다면, 리튬공기전지에 의해 전기자동차는 비약적인 성장을 하게 될 것이다.
로마대학은 스코르사티가 주도하는 연구에 의해서는, 충방전분야의 발전에 기여해왔다. 이 연구는 한양대학과의 협력에 의해 이루어져 왔다. 연구결과는 '네이쳐 케미스트리'에 게제되었다. 연구성과는 100회이상의 충방전사이클을 달성하는 것이였다. 스코르사티는 한 공식발표에서, 사이클특성에 매달리고 있는 연구의 독창성에 대해 이렇게 설명했다.
'이노베이션은 전해질의 성질의 선택과 셀속에 산소의 확산이동을 제어하는 양극구조에 있다. 재질이 배터리의 전기화학적 환경속에서 안정을 유지하고 있기 때문에 긴 사이클이 가능하다'
빅블루(IBM)은 주행거리에 대해 연구를 하고 있으며, 2014년1월말 충전스탠드에 연결하지 않고, 항속거리 800km를 보란 듯이 달성했다. IBM은 자동차운전자의 64%가 배터리 방전을 걱정하고 있으며, 이것이 자동차구입을 망서리게 하는 주요 요인이라 보고, '배터리500 프로젝트' 를 통해 이를 해결해 보일려고 하고 있다. 미국의 연구그룹은 2020년까지 그들의 제품을 상품화하려고 하고 있다.
이런 성과의 바탕에는 IBM 수퍼컴퓨터 '블루진(BLUE GENE)' 이 있으며, 이것이 산화에 의해 분해되지않는 전해질을 찾는 데 이용되었다고 한다. 그들의 시도는 성공한 듯이 보이지만, 아직, 상세한 발견내용은 알려지지 않고 있다.
국내에서도 리튬공기전지 개발관련 소식이 있다.
'KAIST-경기대 공동연구팀, 나노섬유·그래핀 복합촉매 개발을 통해, 리튬이온 이차전지보다 5배 용량 향상, 최대 800km 주행가능'
이 소식이 나노 분야의 권위 있는 학술지 ‘나노레터스(Nano Letters)’ 2013년 8월 8일자 온라인판에 실렸다고 전한다.
이 기사에 의하면, 1회충전에 800km를 주행하고, 80회이상의 충.방전 특성을 가진 리튬공기전지를 개발했다고 전한다. 방전시 리튬과 산소가 서로 만나 리튬산화물(Li2O2)이 형성되고 충전시 다시 분해되는 데 이 과정이 원활하게 일어나지 않는 문제점으로 인해 높은 저항이 발생하며, 수명이 짧아 상용화에 어려움이 있는데, 연구팀은 전기방사 방법으로 대량생산이 가능한 코발트산화물 나노섬유와 그래핀을 섞어 나노 복합촉매를 개발했다. 촉매활성이 매우 높은 ‘코발트산화물 나노섬유’에 큰 비표면적과 높은 전기전도도를 가지고 있는 ‘비산화그래핀’을 결착시킴으로써 리튬공기 이차전지의 성능을 극대화 시킬 수 있었다고 연구팀은 전했다
그림1. 나노복합촉매로 구성된 리튬공기 이차전지 개념도
그림2. 코발트산화물 나노섬유/그래핀 나노 복합촉매 이미지
그림3. 리튬공기 이차전지용 코발트산화물 나노섬유/그래핀 나노 복합촉매 제조과정 이미지
IBM이나 도요타등이 리튬공기전지 연구를 본격 시작한 해로 알려진 것은 2008년이다. 물론 그전에 내부적으로 연구가 있었는지 모르지만, 대외적으로 공표된 것이 2014년의 현시점대비 6년전인 것이다. IBM의 목표는 뚜렷하다. 프로젝트 명칭인 '배터리500'에서 보듯이, 2020년경에, 리튬공기전지의 1회충전거리 500마일(=800km)을 달성하는 배터리를 개발하겠다고 공언한 것이다. 물론 1회충전거리 목표달성만이 전부는 아니다. 배터리의 내구성 즉 리사이클성이 300회이상은 되어야 하는 것이다. 현재 리사이클성이 100회달성이 보고되고 있다. 도요타의 연구가 겉으로 들어난 소식이 거의 없다. 어쩌면 도요타에서 더 현실적이고 실현가능한 기술이 연구되고 있을지 모른다.
1회충전에 800km를 가는 전지의 리사이클이 100회라면 배터리 수명한계는 약 80,000km이다. 이는 아직도, 수명부문에서, 기존의 내연기관의 1/5~1/10에 해당한다.
일반고객은 1회충전 주행거리와 리사이클링 횟수를, 기본으로, 배터리 가격과 유지관리비용를 평가해서 선택하게될 것이다. 그래서, 적어도 내연기관과 경쟁할려면,1회충전에 500km이상 주행거리, Full충전 약 500회이상의 충방전사이클이나, 1회충전에 800km 주행거리에 Full 충전 약300회이상의 충방전사이클을 달성해야 한다. 실제로는 충방전 사용횟수가 Full 충전기준이 아닐 수 있기 때문에, 충반전 리사이클링 횟수가 이보다 몇배이상은 달성해야 할 것이다. 그 만큼 리사이클링 내구성능이 확보되어야 하는 것이다.
전기자동차가 활성화되지 않는 데는, 이런 기술적 한계때문이겠지만, 일부에서는 완성차메이커의 음모론이 거론되기도 한다. 기존의 산업구조와 기술체계, 시장질서와 지배력을 하루 아침에 혼돈으로 내몰 수 있기 때문에, 이를 서서히 조절하면서 완성차메이커의 페이스대로 전기자동차시대로 소프트랜딩하기 위해, 전기자동차의 단점을 부각시키되, 장점을 활성화시킬 연구를 겉으로 기피한다는 것이다.
일견 일리있는 전망이다. 하지만, 전기자동차 기반 기술 즉, 배터리의 1회충전거리와 내구성, 충방전사이클성능이 서서히 의미있는 수준으로 들어나기 시작하면, 이번에는 모든 완성차메이커들이, 앞다투어 전기자동차로 뛰어들게 분명하다. 그 시기는 2020년~ 2025년경, 늦어도 2030년경으로 전망한다. IBM의 배터리500프로젝트처럼 리튬공기전지외에도, 새로운 개념의 전지나 전지시스템이 개발되고 있고, 어쩌면, 예상보다 빨리, 이들의 성능과 내구성이 확립될 것으로 전망된다.
최근에, 전기차 대중화를 점칠만한 첨단기술이 속속 등장하고 있다. 다음은 동아사이언스 2014년 9월10일 기사에에서 소개하는 사례들이다
□ 주유기에서 기름 대신 ‘배터리액’ 교체
사람들이 전기자동차를 적극적으로 구매하지 않는 이유는, 차량가격의 50% 비싼 배터리 가격에비하여 먼 거리를 가지 못하고, 충전하는 데도 많은 시간이 걸리기 때문이라는 것은 주지의 사실이다.
전기자동차를 급속 충전하는 데 걸리는 시간은 약 25분. 한 번 충전하면 140km를 채 달리지 못한다. 에어컨을 틀면 주행 시간이 더 줄어들어 1시간 남짓 달리고 나면 30분 가량을 충전에 써야 하는 넌센스에 부딪친다. 더구나 배터리 수명을 단축할 염려가 있는 잦은 급속충전대신, 권장되는 완속충전에는 6시간 이상이 걸리고, 또 속도를 끌어 올릴수록 전기소모율이 높아지기 때문에 사실상 장거리 운전은 불가능하다. 이런 문제를 극복하기 위한 방법으로, 주목받는 기술이 ‘플로우 셀’이라는 기술이다. 2014년 7월 말 독일 자동차 관련 연구개발 기업 ‘나노플로우셀 AG’는 주행거리 600km가 넘고, 최고 출력 920마력이 넘는 고성능 전기자동차 ‘콴트 e-스포츠리무진’을 독일 기술감독협회(TUV Sud)의 인증을 받아 일반 도로에서 주행이 가능해졌다고 발표했다.
이 차가 시속 100km에 도달하는 데 걸리는 시간은 2.8초. 최고속도는 ‘슈퍼카’ 반열인 379km를 달성했다. 이 자동차에 ‘플로우 셀 배터리’를 최초로 도입했다. 플로우 셀 배터리는 내부에 들어 있는 ‘건전지 액’을 외부로 뽑아내 별도의 탱크에 담아두는 독특한 형태다. 어떤 전지든 내부에서 두 종류의 액체를 섞으면서 화학반응을 일으켜 전기를 만들어 내는데, 플로우 셀 배터리는 배터리 밖에 있는 탱크에서 액체를 배터리 내부로 순환시키면서 전기를 만든다. 본래 이 기술은 빌딩 등에 대규모 에너지를 공급하기 위한 ‘대용량 전기저장장치(ESS)’ 용으로 개발됐다. 이 방법을 쓰면 외부(주유소)에서 기름을 넣듯이 배터리 액을 주입하면 충전시간 문제가 사라지게 된다는 점에서 상당히 매력적이다. 이를 위해 주유소에 배터리 액을 갈아 넣는 시설을 설치하고, 이렇게 갈아 넣고 난 배터리 액을 재충전 할 수 있는 시설도 필요하다. 우리나라에서는 한국에너지기술연구원에서 건물용 에너지공급을 위해 플로우 셀 배터리를 연구하고 있다.
□ 배터리 교환식 전기자동차
이것은 충전소에 들러 표준화된 배터리를 통째로 갈아 넣는 방법이다. 처음 차량을 구입할 때 배터리 비용을 일정 금액 지불하고, 약속한 기간이나 횟수만큼 배터리를 갈아 넣을 권한을 얻는 것이다.
다만 이 방식은 내연기관 자동차처럼 기름을 절반만 채울 수 없어 사용자 입장에서 불합리하게 느낄 수 있다. 여기에 현재 200~300㎞ 정도인 전기자동차의 주행거리를 일반 승용차의 최대 운행 거리인 600~700km와 유사한 수준으로 늘릴 필요도 있다. 그렇지 않으면 상당히 자주 충전소를 찾아야 한다.
□ 마그네슘-소금물 전지
마그네슘은 소금물과 반응하면 화학반응을 일으키면서 전기를 만들게 되는데, 이 원리를 적용해 자동차를 달리게 만들겠다는 것이다. 전기차 운전자는 충전소에 들러 배터리가 아니라 차 속에 들어 있는 ‘마그네슘 판’을 갈아 넣고 소금물을 보충하게 된다. 이 방식은 배터리를 통째로 갈아 넣는 방법에 비해 무게 대비 전기 저장 용량이 3~5배 정도로 높기 때문에 한번 충전해서 이동할 수 있는 거리도 늘어나는 장점이 있다. 교체한 마그네슘 판은 재처리를 거치면 다시 쓸 수 있다. 2012년 한국과학기술원구원(KIST)은 이 배터리를 개발해 시험운행까지 마쳤지만 아직 상용화 논의는 없는 상황이다.
□ 슈퍼 커패시터
이것은 고속 충전과 방전이 가능한 고성능 배터리를 새롭게 개발해 문제를 해결하려는 노력도 시도되고 있다. 흔히 ‘슈퍼 커패시터’라고 부르는 초고성능 배터리를 새롭게 개발하는 것으로, 개발이 완료되면 1분 안에 빠르게 고속 충전해도 수명에 문제가 없고, 용량도 몇 배 이상 늘릴 수 있어 일반 자동차를 완전히 대체할 수 있다. 2014년 6월기사에 의하면, 캘리포니아 리버사이드대학의 연구진은 전기자동차 및 휴대용 전자제품의 배터리 수명을 늘리고 더 가벼우며 더 빠른 충전을 가능하게 해주는 슈퍼커패시터 배터리 개발에 성공하였다. 배터리 성능을 크게 향상시키는 이 새로운 그래핀기반 나노구조 배터리 기술 개발은 많은 것을 바꿀 수 있다
* 수퍼커패시터 : 축전기는 두 개의 금속판을 일정거리만큼 떼어놓고 그 사이에 유전체를 넣어주어 전압을 걸어주면 전극 양단에 전하이온층이 형성되어 전기를 저장. 전기는 전지처럼 화학작용에 의해 발생하지 않고 단순히 전기 이중층에 의해 만들어진다. 전극자체를 손상시키지 않아 수명은 거의 무한대고, 충방전 시간이 길지 않아 짧은 시간에 많은 양의 전류를 저장할 수 있다. 고출력이 필요할 때 긴요한 전기저장체이다. 다만 유일한 단점은 전기저장능력이 떨어진다는 점이다. 축전기의 저장용량은 두 판 사이의 거리에 반비례하고 면적에 비례한다. 만약 거리가 고정되어 있다고 생각하면 전극판의 면적을 늘리면 되나 겉면적이 커지면 덩치가 커진다. 따라서 겉면적이 아니라 유효면적을 늘려야 하는데, 이 유효면적은 보통 전극에 작은 구멍을 만들어 증가시킨다. 결국 이 분야의 문제는 유효면적이 큰 다공성 물질이면서 전극저항이 낮은 전극물질을 찾아내는 것이다 [촐처: 네이버 지식백과]
□ 수직구조 그래핀 플레이크를 이용한 고성능 저장장치
올해 4월 이효영 성균관대 화학과 교수팀이 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동으로 충전 용량이 기존 배터리보다 3배 많고, 충전 시간은 약 1000분의 1로 줄인 ‘수직구조 그래핀 플레이크를 이용한 고성능 저장장치’ 배터리 전극 기술을 개발했다. 이 기술은 배터리의 전극만을 개발한 것으로 상용화 과정을 추가로 연구해야 한다.
동아사이언스에 의하면, 심현철 KAIST 항공우주공학과 교수는 “플로우셀 배터리 등 첨단기술이 전기차 상용화를 한층 앞당기고 있다”면서 “전기차가 대중화 되려면 첨단기술을 발 빠르게 적용할 수 있는 법과 제도의 정비 역시 필요하다”고 말했고 전한다.
이처럼, 전기자동차용 배터리는 '리튬공기전지' 외에도 여러형태로 급속하게 발전할 조짐을 보인다. 그중 리튬공기전지의 완전한 개발까지 거쳐가는 과도기 기술도 있을 것이고 새로운 개념의 전지의 출현이나, 전지 운용(충.방전, 교환) 개념도 있을 것이다. 이런 연구개발은 전세계가 전방위적으로 추진하고 있기 때문에 앞선 예상시기보다 더 빨리 전지개발이 성공할지 모른다. 저렴하고, 충전용량증대와 내구성증대는 스마트그리드, 사물인터넷과 연계한 에너지저장장치(Energy Storage System)의 보편화시대를 뿐만아니라, 전기자동차의 대중화를 앞당길 것으로 기대된다.
여타기업이라면 모를까 도요타가 이런 추세를 모를리 없을 것이다. 도요타 역시 이시점이 되면 타의 추종을 불허하는 제품을 선보이며, 전기자동차시대에도 패자가 되기위해, '虛虛實實戰略'으로 조용히 칼을 갈고 있을 지도 모른다. 돌이켜보면, 도요타는 하이브리드 차량에서부터 타사가 흉내내기 힘든 신개념 자동차 개발전략을 구사해오고 있다. 여기에는 일본내 재료, 부품업체나 연구기관들의 인프라지원이 지대한 영향을 미친 것은 불문가지이다. 도요타가 하이브리드를 선보인 것은 1990년대 말이다. 15년~20년 넘게 하이브리드에 올인할 것처럼 해오지만, 하이브리드는 거쳐가는 기술이다. 하이브리드 이후는 전기자동차 시대이다.
전기자동차는 수소를 싣고 다니며 이를 연료로, 스택이라는 발전기를 통해 얻은 전기로 구동하는 이른바 수소 연료전지차와, 배터리에 기 저장한 전기를 동력으로 구동하는 배터리 전기자동차로 대별된다. 수소연료전지차도 전기자동차의 일종인 것이다.
도요타가 거쳐가는 기술인 하이브리드에 머무를 회사가 아니다. 분명히 수소연료전지차나 배터리전기자동차냐 어딘가에 집중하고 있을 것이다. 겉으로는 2015년 수소연료전지차 양산을 목표로 하는 것으로 공언하고 있다. 비공식적으로 알려지기는 5,000만원대 수소연료전지차가 되리라는 전망이다. 이 정도가격이면, 유지비용을 고려한다면, 기존의 내연기관과 비교해도 가격면에서 크게 불리한 것은 아닐 것이다. 물론 수소충전소등의 편이성은 비교되지 않겠지만, 이정도 가격으로 보급되는 것이 사실이라면, 이는 급속하게 시장을 확대할 것이다.
도요타의 궁극적 목표가 수소연료전지차일까?
현재 완성차 메이커들의 목표는 연료전지차를 지향하는 것은 분명하다. 기존의 내연기관기술과 산업의 기반이상의 뒷받침없이는 이런 차량을 경쟁력 있게 만들 수 없다. 오랜 연륜으로 오늘의 기반질서를 구축한 완성차 메이커들의 장점은 자동차사업에 아무나 뛰어들 수 없다는 것이다. 삼성이나 LG같은 대기업이 자동차 산업에 뛰어들지 못하는 이유나 삼성처럼 뛰어들었다해도 경쟁력을 확보에 실패한 경우가 바로 그것이다.
하지만, 배터리 전기자동차일 경우, 전기.전자기술이 있는 어느정도 규모의 회사라면 누구나 뛰어들 수 있다. 삼성, LG는 물론이고 모터회사, 배터리회사등도 쉽게 자동차사업에 뛰어들 수 있는 것이다. 이리되면, 기존의 완성차로서 위상과 기득권은 순식간에 저하될 것이 뻔하다. 그러나 수소연료전지차라면 다르다. 수소연료전지차는 내연기관이상의 기술축적과 기반기술없이는 기술자체의 확보도 어렵거니와 대량생산 경쟁력을 확보할 수 없다. 그러니, 완성차 메이커들이,수소연료전지차개발을 전면에 내세울 지언정, 쉬이 배터리 전기자동차개발전략을 노출하겠는가?
하지만, 미래가 태양열, 풍력 같은 재생에너지를 효율적으로 이용하는 '통신인터넷', '에너지 인터넷', 스마트그리드등을 기반으로하는 사물인터넷이 보편화되면서 미래는 새로운 패러다임의 세상으로 변해갈 것이라는 리프킨 교수의 진단처럼, 배터리전기자동차의 출현은 필연적이다. 출현뿐만아니라 대세를 이룰 것은 자명하다. [재생에너지-직접 전기변환-배터리저장-동력이용]이나, [재생에너지-수소발생-수소연료전지-전기발생-배터리저장-동력이용]의 패턴으로 패러다임이 바뀔 것이다. 여기서 수소연료전지는 가정용 수소연료전지를 의미한다. 가정에서 손쉽게 전기를 얻을 수 있는 체제와 맡물려 있는 것이다. 또, 사물인터넷의 발전은 아파트등과 같은 공동주택단지의 주차장내 충전시설과 충전차량등의 식별과 충전량 및 비용관리를 커버하게 될 것이다.
무엇보다도, 자동차는 이동수단으로, 무선전송.충전기술이 보편화되기전에는 이동중 Off라인이 될 수 밖에 없기 때문에, 배터리용량증대와 성능향상이 앞서 언급한 바처럼, 달성되어야 하는 것이다. 현재 배터리전지로서 가장 각광을 받고 있는 것은 리튬공기전지이며, 앞서 언급한 것처럼, 전해액교체방식이나 수퍼커패시터의 발전도 전망있는 방식이다.
도요타도 IBM과 비슷한시기에 리튬공기전지 개발에 매진한 것으로 알고 있다. 하지만, 도요타의 선택은 수소연료전지차에 매진하는 것처럼 보인다. 이는 최고의 완성차메이커로서는 당연한 선택이다. 그러나, 재생에너지에 기반한 사물인터넷 같이, 새로운 문명의 패러다임이 변해가면서, 자동차도, 어떤 변신을 거치든, 배터리전기자동차시대로 갈 수 밖에 없다. 도요타라고 이를 모를리 없다. 그 시기가 10년내이나 20년내이자 아니면 30년내이냐일 뿐이다. 그 핵심에는 배터리기술의 혁신, 그중에서도 리튬공기전지등 전지기술의 확립에 달려있지 않는가 생각된다. 만약에 더 먼후일에 무선충전기술이 확립되고 보편화된다면, 배터리용량이나 내구성은 더이상의 화두가 아닐지도 모른다.
기득권유지나, 새로운 패러다임의 문명의 추세를 읽지 못하고, [리튬공기전지등 전지기술], [무선충전기술], [사물인터넷]등의 개별기술이나 기술의 융복합의 형태로 리드하게 될 전기자동차기술시대에 대하여, 몇가지 현재의 배터리등의 기술문제에 너무 집착하며, 연구개발을 소홀히 한 메이커들은 향후 15년내외, 늦어도 20년내에에 그댓가를 톡톡히 치르게 될 것이다.
20년이라면, 현대자동차 기준으로, 지금은 LF소나타가 양산중이니, 이전 차종 3세대, 즉, EF 소나타, NF소나타, YF소나타가 지나간 시간일 뿐이다.
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