전기자동차부터 바이오 연료전지차까지! 친환경 자동차 개념 총정리
최근 일본 자동차기업 닛산은 사탕수수 등 식물에서 추출하는 바이오 에탄올을 연료로 사용하는 연료전지 기술을 개발했다고 발표했습니다. 이 기술을 전기자동차에 적용하면 주행거리를 3배 더 연장시킬 수 있다고 하는데요. 이로 인해 친환경 자동차 시장이 또 한 번 활기를 띠고 있습니다. 최근 자동차 시장에 불고 있는 친환경 바람, SK에너지와 함께 알아볼까요?
1. 친환경 자동차란?
친환경 자동차란 에너지 소비효율이 우수하고 무공해 또는 저공해 기준을 충족하는 자동차를 의미합니다. 친환경 자동차는 이미 상용화된 것부터 본격 상용화를 앞둔 것까지 실로 다양하게 개발되고 있는데요. 대표적으로는 전기자동차, 태양광 자동차, 플러그인 하이브리드카(PHEV), 하이브리드 자동차(HEV), 연료전지자동차(FCEV), 천연가스자동차, 최근 개발 중인 바이오 연료 전지차 등이 있습니다.
1) 전기 자동차
전기차란 고전압 배터리의 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키는 차량으로, 화석연료를 전혀 사용하지 않는 완전 무공해 차량입니다. 전기차는 모터로만 달리기 때문에 소음과 진동이 적고, 전기에너지를 사용하므로 휘발유 자동차보다 훨씬 경제적인데요. 또한 잔 고장이 없고 차량 밑에 무거운 배터리가 깔려있어 마치 차가 도로에 착 붙어 달리는 듯 묵직한 승차감을 느낄 수 있다는 것도 전기차만의 장점입니다.
2) 바이오 연료전지차
닛산자동차의 바이오 연료전지 기술 개발로 인해 더 주목받고 있는 바이오 연료전지차는 사탕수수와 옥수수에서 추출된 바이오 에탄올을 연료로 하는데요. 가솔린 엔진보다 주행 거리가 길고 적은 비용으로 생산할 수 있는데다 전기차의 특성을 그대로 갖고 있는 것이 강점입니다. 뿐만 아니라, 한 번 연료를 채우면 서울과 부산 왕복이 가능할 정도로 연비도 좋은데요. 이외에도 바이오 에탄올은 주행 시 이산화탄소(CO2)를 배출하지만, 바이오 연료전지차의 경우 사탕수수 등의 원료가 CO2를 흡수하기 때문에 보다 완벽에 가까운 무공해 자동차가 될 것으로 예상하고 있습니다.
3) 수소 자동차
수소차는 일반 가솔린 자동차와 달리 수소를 연료로 사용하는 자동차인데요. 수소를 에너지원으로 사용하면 질소산화물이 약간 배출되는 것 외에 공해물질이 거의 배출되지 않습니다. 수소는 물을 주원료로 사용하고 사용 후에는 다시 물로 재순환되기 때문에 석유에 비해 에너지 고갈에 대한 염려가 적다는 것도 큰 장점으로 손꼽히고 있죠. 수소차의 또다른 장점으로는 전기차를 능가하는 뛰어난 주행성능을 들 수 있는데요. 충전시간도 30분~수 시간씩 걸리는 전기차에 비해 수소차는 3분 정도밖에 걸리지 않으며, 1회 충전으로 수백 ㎞를 주행할 수 있습니다.
4) 하이브리드 자동차(HEV)
하이브리드차는 엔진과 모터 동력을 조합하여 구동하는 친환경 자동차로, 출발과 저속 주행 시에는 엔진 가동 없이 모터동력만으로 주행하는 자동차입니다. 게다가 배터리 충전이 ‘회생 제동’ 방식으로, 감속 시 브레이크를 밟으면 모터가 발전기로 전환되어 전기를 생성하고 배터리를 충전하는데요. 이 때문에 연비가 기존의 내연기관차보다 40% 이상 높으며, 배기가스 배출량은 현저히 줄어들 뿐 아니라 엔진 출력에 모터출력이 추가되어 큰 구동력이 필요한 오르막길 등에서도 가속성능이 좋고 정숙한 승차감이 큰 장점입니다.
5) 천연가스 자동차
천연가스 자동차는 천연가스를 사용하는 자동차로 엔진 출력이 휘발유 엔진과 거의 비슷하고 일산화탄소가 휘발유 엔진의 1/10, 탄화수소는 거의 1/3 정도만 배출되는 저공해 자동차입니다. 주 연료는 CNG(압축 천연가스)이며, 최근에는 액화천연가스(liquefied natural gas, LNG)를 사용하기도 하는데요. 2008년에 이미 세계적으로 7백만 대의 천연가스 자동차가 운행되고 있다는 통계가 나왔으며, 특히 천연가스 생산량이 많은 남미의 비중이 전체의 48%를 차지하고 있습니다.
2. 친환경 자동차의 동향 및 전망
친환경 자동차 시장은 계속해서 상승세를 보일 전망입니다. 통계 수치를 보면, 2014년도 글로벌 친환경 자동차 시장은 230만 대 규모로 전체 자동차 시장(8,700만 대)의 2.6%를 차지했는데요. 환경 오염에 대한 목소리가 커지면서 내연기관차 대비 6배, 연평균 20% 수준으로 성장하고 있습니다. 2025년에는 친환경 자동차의 시장가치가 1,850억 달러로 약215조 원에 달할 것이라고 하는데요. 이미 해외 주요기관 분석에 따르면 2025년 30%, 2030년 50%로 친환경 자동차가 국내외 자동차 시장을 점령할 것으로 예상됩니다.
초기 친환경 자동차 시장은 하이브리드 자동차 위주로 성장했지만, 관련 기술개발 및 인프라, 제도에 따라 각 나라마다 활성화 정도가 달라질 것으로 보이는데요. 특히 BYD나 테슬라와 같은 신생업체와 애플 등의 IT 기업들이 친환경 자동차 분야에 뛰어들면서 그 시장 범위는 자동차뿐만 아니라 타 업종으로까지 확대될 것으로 예상됩니다.
차종별 친환경 자동차의 발전 방향에 대해 더욱 자세히 들여다볼까요? 우선, 친환경 자동차 시장의 대표주자인 하이브리드차는 기술개발을 통한 성능향상과 신모델 출시로 향후 2030년까지 시장 점유율 80%를 차지할 것으로 전망됩니다. 전기차의 경우 성능이 더욱 향상되고 주행거리의 한계까지 극복한 모델이 출시되고 있는 가운데, 이에 정부 주도의 보급정책이 더해져 성장세를 유지할 것으로 예상되고 있습니다.
수소차의 경우 2013년 한국, 유럽에서 보급이 시작된 후 2016년 혼다, 2017년 닛산·포드·벤츠, 2020년 아우디·BMW·렉서스 등 주요 업체들의 차량이 출시됨과 동시에 크게 주목 받을 것으로 기대를 모으고 있는데요. 그런가 하면 바이오 연료전지차는 닛산에서 2020년 상용화를 목표로 개발을 진행중에 있으며, 최근 프로토 타입인 고체산화물연료전지차(SOFC) e-Bio를 세계 최초로 공개하며 대중에게 다가서기 위해 박차를 가하고 있습니다.
3. 친환경 자동차 개선사항
세계 각국에서 미래 주요 전략사업으로 떠오르고 있는 친환경 자동차. 하지만 본격적인 상용화 단계에 돌입하기 위해선 몇 가지 문제점이 개선되어야 하는데요. 친환경 자동차가 극복해내야 하는 부분들을 알아보겠습니다.
1) 배터리 밀도 개선
수소나 전기차의 가장 큰 문제점 중 하나가 바로 배터리인데요. 리튬 이온 전지의 성능을 향상하기 위한 핵심 소재와 전지 개발을 통해 주행거리를 2배 이상 향상시킬 필요가 있습니다.
2) 냉난방 시스템 개선
주행거리 단축의 주요 원인으로 꼽히는 냉난방 에너지의 효율적인 이용을 위해 최적의 시스템을 구축해야 합니다.
3) 전력변환장치 향상
배터리에서 타이어까지 에너지 변환효율을 향상시키기 위한 모터 일체형 고밀도 인버터, 최적의 전력 반도체를 개발해야 합니다.
4) 차체의 경량화
차량 중량 100kg 감소 시 연비는 2% 향상되는데요. 탄소복합소재 적용으로 차체의 경량화를 도모해야 합니다.
5) 다단변속 기능 구동시스템 개발
전자기 방식의 다단 변속 기능을 통해 평균 효율을 극대화하고, 초고속 운전이 지원되는 구동시스템 개발이 필요합니다.
편리한 이동을 위해 꼭 필요하지만 환경오염의 주범으로 떠오르면서 양날의 검이 되었던 자동차. 하지만 국내외 업체들의 활발한 개발과 연구로 곧 매연 걱정이 전혀 없는 고성능 친환경 자동차를 만날 수 있을 것으로 보이는데요. 다양한 친환경 자동차가 도로를 가득 채우는 진풍경이 펼쳐질 그 날을 기대해봅니다.
