■ 하성용 교수 / 공학박사. 중부대학교 기계자동차융합공학과

독일의 완성차업체를 중심으로 배출가스 조작사건이 연이어 이슈화되면서 디젤엔진은 소비자의 이미지가 크게 실추되었다. 특히 2015년 폭스바겐 배출가스 조작사건 이후 유럽에서는 실험실에서 하던 배출가스 측정을 실 도로상주행조건하에 측정(RDE)하도록 하고 2020년 이후 배출가스 인증제도의 국제표준화를 추진하는 등 배출가스 인증이 더욱 어려워지는 등 자동차환경규제가 더욱 엄격해지고 있으며 실제로 일부국가에서는 내연기관 퇴출정책을 입안하는 등 가속화되는 내연기관의 퇴출움직임에 주목 할 필요가 있다. 프랑스는 2040년 내연기관 판매금지를 추진하는 가운데 파리는 2024년 올림픽개최시기에 디젤엔진의 판매금지를 계획하고 있고 노르웨이의 경우 이미 2017년도에 플러그인 전기차 판매 비중이 40%에 달하고 2025년부터 100%플러그인 전기차만 판매하도록 법안에 합의한 상태이다. 독일, 인도, 네덜란드는 2030년, 영국은 2040년 내연기관의 판매금지를 정책발표를 통해 추진의지를 보이고 있는 형국과 함께 성장궤도에 오른 전기차 판매와 수소연료전지차의 신규진입 등 파워트레인 시장 재편이 기존의 내연기관과 함께 하이브리드, 전기차, 연료전지차로 확대 급속도로 진행중이다.

하이브리드 자동차의 경우 환경규제에 대응하기 위한 현실적 대안으로 평가받는데 기존의 내연기관의 개선만으로 한계를 극복하기 위한 방법으로 하이브리드 자동차의 상징적 모델이 된 도요타 프리우스가 장기간 독주한 후 전세계 자동차업체 대부분이 하이브리드시스템을 소형구동모터와 배터리로 엔진의 보조역할을 하는 마일드 하이브리드 시스템부터 모터만으로 단독 주행이 가능한 풀 하이브리드 시스템으로 파워트레인 라인업에 포함하고 있으며 특히 48V마일드 하이브리드 시스템은 기존의 엔진동력을 활용하던 냉난방 공조시스템 등 보조장치를 전동화하여 엔진의 효율을 높이는 시스템으로 유럽에서는 디젤엔진의 공백을 메울 수 있는 현실적 대안으로 부상하였다.

플러그인 하이브리드 자동차는 주행시간의 약 70%이상을 전기차 모드로 운용할 목적으로 충전을 주로 플러그를 통해 하는 방식으로 전기차의 장점을 충분히 활용하면서도 기존 주유소 인프라 활용이 가능하고 충전인프라가 충분하지 않는 지역이거나 장거리 주행이 목적인 이용자들에게 전기차 주행거리 불안은 해소하는 과도기적 시스템으로 평가받는 가운데 VW, BMW, GM등 주요 완성차업체들이 공격적 전동화 전략을 발표하는 등 자동차 전기차시대가 본격 개막 할 것으로 기대감이 상승하고 있지만 신기술이 처음 개발한 후 대중적으로 보급되기까지의 수요가 정체되는 캐즘(Chasm)현상을 겪고 있다고 전문가들은 분석하고 있다. 특히 최근 배터리의 원료인 리튬과 코발트의 수급이 원활치 않아 전기차의 확산을 막는 장애물이 될 것이라는 일부의 의견이 제기되고 있고 1회 충전주행거리 300Km이상의 2세대 전기차(Tesla Model3,GM Bolt)의 초기 생산 지연과 판매부진으로 전기차 대량생산 가능성에 대한 의구심이 증폭되고 석탄화력 중심의 전력인프라를 갖춘 지역에서는 에너지 전체 사이클을 고려했을 때 이산화 탄소등 온실가스 배출로 인해 오히려 친환경성이 떨어진다는 연구결과로 궁극의 지향점으로 주목받는 전기차는 아직도 넘어야 할 산이 산재되어 있음도 무시 할 수 없다.

이러한 가운데 내연기관은 퇴출 위기를 벗어나려는 신기술의 출현으로 진화하고 있다. 지난 10여년간 가솔린내연기관의 효율이 높아져 같은 용량의 엔진으로도 큰 출력을 낼 수 있는 터보챠징과 엔진의 다운사이징의 대중화와 함께 가솔린엔진의 열효율이 디젤과 유사한 40%대를 넘어서고 있고 기술향상을 통해 5년내 60% 열효율 엔진 개발을 목표로 가솔린 직분사 기술, 가변밸브시스템, 터보챠저 이외 연소실 높낮이를 조절해 압축비를 조절 할 수 있는 VC-터보엔진과 점화장치없이 디젤엔진처럼 압축자연착화되는 HCCI엔진을 상용화하는 등의 엔진효율을 추가로 높이는 연비혁신 기술이 지속적으로 시장에 선보이고 있는 등 내연기관도 진화하고 있다.

이에 따라 파워트레인 신기술의 향방은 복잡하게 지속 될 것으로 예상 되는데 글로벌 파워트레인 시장구성은 결국 플러그인 전기차의 확산속도에 의해 결정되리라 분석하고 있다. 즉 전기차 배터리로 현재의 리튬이온 배터리의 개선과 차세대 배터리의 에너지밀도를 높이고 코발트와 같은 희소금속을 줄여줄 NCM811 양극재기술과 전고체 전지기술 상용화 등의 개발과 도입으로 인한 가격경쟁력과 생산용이성의 확보가 자동차 전동화 확산속도를 결정하는 요인으로 보고 있어 현재 96%를 차지하고 있는 내연기관은 2030년 시장의 50%까지 점유율이 하락 할 것으로 예상하고 있지만 전동화 강세 속에서도 하이브리드 기술은 가솔린엔진을 함께 사용하므로 약 80%는 여전히 내연기관 엔진을 포함 할 것으로 분석하는 등 배터리 기술이 크게 발전하더라도 원료수급부터 대량생산 구축, 충전인프라, 소비자인식 전환 과정이 필요해 전기차시대로의 전환은 급속히 이루어지기 보단 점진적일 전망으로 효율적인 측면에서 마일드 하이브리드 등 대안기술이 10여년정도 역할을 할 것이며 지역특성에 따라 비중은 적더라도 천연가스자동차나 수소연료전지자동차가 일부 보급될 가능성도 존재하기에 미래 파워트레인 시장은 하나의 기술이 전체 시장을 지배하기 보다는 각국의 정책과 현실 등 지역성특성을 고려하여 다양한 구성으로 다변화 할 것 이란 분석이 지배적이다.

이를 종합적으로 분석하여 볼 때 전 세계적인 환경규제 강화에 따라 파워트레인의 변화와 함께 자율주행, 스마트자동차등 자동차산업의 전반적인 밸류체인도 재편될 전망으로 내연기관 대신 배터리. 모터 등 전동화부품이 핵심부품으로 부상하고 부품수가 내연기관에 비해 50%이상 축소, 단순화를 거치며 LG화학 등 2차전지 기업이 자동차부품공급사로 변신하는 등 기존 자동차부품 공급선과는 큰 차이를 보일 것이다. 또한 미국환경청 EPA에서는 2019~2025년 기간 동안 북미자동차가 7%경량화 되어야 환경규제에 충족할 것으로 전망하였는데 기업들은 탄소섬유(CFRP)등 복합소재를 통한 경량화 신기술개발 등 파워트레인 변화뿐만 아니라 경량화를 위한 대체 소재가 주요한 산업으로 부상하고 있으므로 우리나라의 제조사는 물론 자동차부품 및 소재기업들은 새로운 환경변화에 대응하기 위한 신기술개발과 포트폴리오의 변화를 통한 생존을 모색하는 중대한 기로에 있음을 직시해야 할 것이다.

참고문헌
한국자동차공학회(KSAE), “자동차파워트레인 신기술과 로드맵 연구”, 2018
국토교통부, 2차자동차정책기본계획, 2017

▲하성용 교수
- 공학박사. 중부대학교 자동차시스템공학과
- 한국자동차공학회(KSAE) 이사, 종신회원
- 대한교통학회 종신회원
- hsy1396@naver.com

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