[이준정 박사의 미래탐험]전기자동차의 세기

 

금년 초 전기차를 생산하는 국내 한 중소기업이 코스닥에 우회상장을 추진하면서 국내에도 전기차에 대한 관심이 고조되었다. 골프장이나 실내 화물 이송용으로 사용되던 전기차가 시내를 주행하는 시대가 된 것은 확실히 자동차의 새로운 시대를 여는 계기가 아닐 수 없다. 그러나 이 전기차는 최대 시속 60km의 저속차량이라는 면에서 전기차 인증문제를 놓고 현재 정부의 도로주행 승인 절차가 지연되고 있다. 한편 미국이나 중국 등에선 저속 전기차에도 정부 보조금을 지원하며 근거리 이동용으로 장려하고 있다. 

 사실 석유자원에 의존하는 현재의 내연기관 자동차는 궁극적으로 전기차로 대체되어야만 한다는 게 대부분 사람들의 희망이다. 휘발유 차의 엔진은 에너지의 85% 정도를 열로 허비하고 약 15% 정도의 에너지만 자동차 주행에 사용하는 에너지 효율이 15%밖에 안 되는 매우 비경제적인 시스템이기 때문이다. 비싼 돈 주고 사온 석유를 대부분 그냥 버리는 시스템이다. 지난 30여년 간 미국은 자동차의 연비향상을 위해 각종 법적 규제를 강화해 왔는데 그 효과로 1970년 18mpg(7.65 Km/L) 수준에서 2010년 35mpg(14.88 Km/L) 수준으로 승용차의 연비가 향상되었다. 그러나 미국 Sandia 연구소에 의하면 전기차의 에너지 효율은 약 85% 수준으로 이를 휘발유차의 연비로 환산하면 약 200mpg(85km/L)정도가 된다. 지금까지 휘발유 엔진차의 기술발전 속도로 기준할 때 약 350년이 소요되는 수준이다. 

 전기차의 장점은 에너지 효율 뿐만 아니라 여러 가지가 있다. 우선 속도에 따른 에너지 효율이 일정하므로 경제속도가 따로 없다. 따라서 운전습관에 따른 편차가 거의 없고 시내에서 신호대기 중이거나 러시아워에 밀려도 주행거리 만큼만 에너지 사용량이 결정된다. 자동차의 수명도 길고 정비가 필요 없다. 주기적으로 오일을 갈거나 필터를 갈 필요도 없다. 자동차 정비산업이 크게 변하게 될 것이다. 자동차 모델도 지금같이 엔진 배기량이 기준이 되지 않고 배터리 용량에 따라 주행거리 특성이 달라지게 될 것이다. 년식 모델도 차체 외관을 유행에 따라 바꿀 수 있게 될 것이다. 

 그럼에도 불구하고 전기차가 널리 확산되지 못하는 것은 충전시간이 오래 걸리고 일회 충전으로 주행 가능한 거리가 짧기 때문이다. 주행 중에 자주 충전소에 들려야 한다면 사용에 불편을 느낄 것이다. 또 충전 인프라가 잘 갖춰져 있지 않으면 실제로 도로 주행이 곤란하다. 그러나 이런 문제점들도 최근 기술적으로 모두 해결되어 가고 있다. 배터리 용량이 30kWh면 190km정도를 주행할 수 있어 하루에 이동할 거리로 충분하다. 장거리 주행이 필요하면 60kWh(380km) 정도가 필요하다. 충전시설은 가정이나 주차장에 갖추면 되고 기존 주유소들에 충전시설을 설치하면 된다. 운행 중에 전기가 고갈되면 충전소에 가서 급속으로 응급충전처리하고 저녁에 저속충전으로 완전 충전하는 방식이 가능하다.

 전기차의 핵심은 배터리기술이다. 국내 기업들이 최근 자동차용 리튬이온 2차 전지를 개발하면서 자동차용 배터리 공급업체로서 세계적인 관심을 모으고 있다. 리튬이온 2차전지는 에너지 밀도가 높은 장점이 있는 반면에 충전회수의 적고 폭발위험이 있다. 이를 개선하는 노력으로 리튬과 인, 망간, 바나듐 등의 화합물을 만드는 기술, 또는 나노입자화 하여 충전효율을 높이는 연구가 활발하다. 그러나 문제는 리튬 자원이 전 세계적으로 매우 희귀하여 가격이 비싸며 이로 인해 배터리 가격이 30kWh급이면 일만 달러가 넘는데 전기차가 늘면 가격이 더 올라갈 수밖에 없다. 그래서 전기차가 대중화 될 수 없다는 주장이 설득력이 있다. 이를 극복하기 위해선 리튬 대체물질로 새로운 배터리를 개발해야 하는 데 현재로선 값이 싼 아연을 사용하는 ZnAir 전지가 유망하며 리튬이온전지의 1/3가격 이하도 가능하다. 아연은 매장량이 4억 톤이 넘으며 연간 9백만 톤 이상이 생산되기 때문에 자원 고갈 문제가 없다.

 최근 미국의 한 전기차 업체 Tesla는 스포츠카 형 전기차를 판매하기 시작했는데 3.83초 만에 0-100km까지 가속능력을 가지며 한 번 충전으로 380km를 주행할 수 있는 차량으로 가격이 13만 달러가 넘는다. 그러나 지금 전 세계 자동차 사들은 대중적인 전기차 개발에 몰두하고 있으니 앞으로 10년 내에 전기차 시대가 올 것을 의심치 않는다.

 

 미래탐험연구소장 

공학박사 이준정 

2010. 05. 19

 

https://www.youtube.com/watch?v=hOl_1S10jTk&feature=player_embedded

 

https://www.youtube.com/watch?v=p0mU6DIZWlQ&feature=player_embedded

 

https://www.youtube.com/watch?v=HTKexaylnt4&feature=player_embedded
 

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