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미래의 대체 구동시스템

자동차는 죽었다. 그러나 영원하라 자동차여!’ 자동차를 발명한 고트프리드 다임러와 칼 벤츠도 백여 년 만에 교통 문제가 이렇게 심각해지리라고는 꿈에도 상상하지 못했을 겁니다. 그 와중에 수십 년 내에 내연기관이 추진동력으로서의 수명을 다할 것이라는 점이 점점 분명해지고 있습니다. 미래는 전기자동차의 시대입니다.

검증된 기술, 예정된 최후

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휘발유와 디젤은 비싼 연료입니다. 이는 정유회사들의 가격 정책 때문만이 아니라 반박할 수 없는 수요-공급의 법칙 때문이기도 합니다. 한편, 지구상에서 운행되는 자동차의 수는 10억 대를 돌파했고 지금도 계속 증가하고 있습니다. 중국에서만 2012년 한 해 동안 1,300만 대의 신차가 판매되었습니다. 교통 전문가들은 2050년경이면 세계 교통량이 25억 대에 달할 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 가운데, 지구에 남아있는 석유가 얼마나 오래갈지에 대해 자신할 수 있는 사람은 아무도 없습니다. 한 가지 분명한 사실은 화석연료가 유한한 자원이라는 점입니다. 석유 채굴이 점점 더 복잡해짐에 따라 비용이 증가하고 있으며, 미래의 엔진이라 할지라도 석유를 태울 때 나오는 유해한 배출물질은 환경을 오염시킬 것입니다.

1886년 ‘엔진 달린 마차’가 처음 등장했을 때, 자동차의 선구자 고트프리드 다임러와 칼 벤츠도 백여 년 만에 교통 문제가 이렇게 심각해지리라고는 꿈에도 상상하지 못했을 겁니다. 한 가지 분명해지고 있는 사실은 수십 년 이내에 내연엔진을 추진기관으로 사용하는 것은 과거의 유물이 되어버릴 것이라는 점입니다.

정치인, 도로 교통 전문가, 미래학자들은 사용되는 동력의 생산 방식과 무관하게 유해 배기가스를 전혀 배출하지 않는 ‘배출 제로’ 차량을 꿈꾸고 있습니다. 이는 오로지 추진장치의 완전한 전동화를 통해서만 실현할 수 있습니다. 이러한 단계로 나아가기 위한 중간 단계의 교량기술이 ‘하이브리드’라 불리는, 내연기관과 전기 추진 장치를 함께 사용하는 방식입니다.

여전히 건재한 휘발유와 디젤

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120년이 넘는 발전의 역사를 거치며 고전적인 휘발유/디젤 내연엔진에 대해 그 어떤 장치보다 더 많은 연구가 이루어졌고, 지금까지 매우 다양한 용도에 성공적으로 적용되어 왔습니다. 그러나, 선도적인 자동차 제조업체들은 내연기관의 잠재력이 아직도 아주 많이 남아있다고 믿고 있습니다. 예를 들어, 디젤엔진의 경우에는 연료 분사장치가 처음부터 필수요소였지만, 이것이 휘발유 엔진 설계에 도입된 것은 얼마 되지 않은 일입니다. 엔진 개발자들은 왕복 피스톤 엔진에서 최고의 성능을 뽑아내기 위해 터보차저, 전자 점화 장치, 엔진 관리 장치, 조절식 캠샤프트, 정차 시 엔진을 자동으로 끄는 스탑앤고 시스템과 같은 기술들을 채택해 왔습니다.

하지만 이러한 모든 첨단 기술을 동원해도 내연엔진의 가장 큰 문제 하나를 해결할 수 없습니다. 연료에서 얻는 에너지가 기계적 동력으로 전환되는 비율이 40%가 되지 않는다는 점입니다. 나머지는 변속기, 카르단 샤프트, 타이어 등과 같은 구동계나 워터펌프, 발전기 등과 같은 부가장치를 거치며 다양한 단계에서 손실됩니다.

그렇지만 이러한 기술들이 목표로 하는 것이 단지 더 높은 연비만은 아닙니다. 당국이 자동차 제조사들의 평균 배출량에 관한 규제를 점점 강화함에 따라, 배출가스의 성분, 특히 대기 중으로 배출되는 이산화탄소의 양이 가장 중요한 관심사가 되었습니다. 80년대 람다 제어 (lambda-controlled) 3원 촉매 변환기의 도입으로 인해 1993년 유로 1 배출기준을 충족시킬 수 있는 비약적인 발전이 이루어졌습니다. 2014년 9월 1일 유로 6 기준이 도입되면서 지금까지 성공을 거둔 오염물질 배출 한도가 더욱 강화되었습니다. 하지만 지금까지 나온 가장 깨끗한 자동차라 할지라도 여전히 ‘배출 제로’까지는 갈 길이 멉니다.

전동화를 향한 움직임

휘발유와 디젤엔진과 더불어 천연가스/LPG, 에탄올, 바이오 연료 등을 연소시키는 동일한 구조의 동력장치들은 앞으로도 오랜 기간 동안 주요 동력원으로 사용될 것입니다. 하지만 전기 추진장치가 존재감을 드러내는 것은 이미 시간문제입니다. 이동성의 진화는 이미 전속력으로 시작되고 있습니다.현재 시점에서 대중교통수단으로 순수 전기차를 사용한다는 것은 꿈에 가까운 이야기입니다. 이유는 여러 가지이며, 적용되는 개념에 따라 극단적으로 다른 이유들이 존재합니다. 한 가지 이유는 에너지를 저장하는 데 사용되는 배터리가 차량에 엄청난 무게 부담을 준다는 점과 주행거리가 현대인들이 필요로 하는 기준에 미치지 못한다는 점입니다. 상대적으로 긴 충전 시간과 충전 장소의 부족으로 인해 이러한 아이디어는 별다른 매력을 주지 못하고 있습니다.이러한 문제점을 피할 수 있는 한 가지 방법은 에너지 변환장치로 연료전지가 장착된 자동차입니다. 차량에 수소를 충전하면 수백 킬로미터를 주행할 수 있고, 최대 700바로 압축된 수소 가스의 에너지 밀도는 매우 높기 때문에 내연기관에 비해 주행 성능도 손색이 없습니다. 연료전지는 아직 매우 고가이지만, 대량생산이 시작되면 이야기는 달라질 수 있습니다. 하지만 진정한 문제는 현재 인프라가 거의 전무하다는 점입니다. 독일만해도 전역에 수소 충전소가 12개밖에 되지 않는다는 사실이 이러한 문제를 분명하게 보여줍니다. 결과적으로 분명한 사실은 수소자동차가 아직은 연구 단계에 불과하다는 것입니다.미래에 어떤 시스템, 어떤 기술이 사용될 것인지 분명해지기 전까지 자동차업계는 하이브리드 시스템을 고수할 것입니다. 하이브리드 자동차에는 내연엔진과 전기 모터가 모두 장착되어 있으며, 적용되는 개념에 따라 각각 주 동력장치와 보조동력장치, 또는 중간에 개입하는 동력원으로서의 역할을 수행합니다.

미래를 이끌어가는 전기

전기차는 기존 자동차와 공통점이 별로 없습니다. 물론 시간표나 정해진 경로에 얽매이지 않고 사람이나 사물을 한 곳에서 다른 곳으로 옮기는 것이 그 역할이라는 점에는 의문의 여지가 없습니다. 미래의 자동차도 지금과 마찬가지로 좌석이 있는 승객 공간, 핸들, 브레이크 페달을 갖고 있을 것입니다. 하지만 공통점은 그것으로 끝입니다. 전기로만 구동되는 추진기관은 대단히 조용합니다. 이것이 의미하는 바는 기계로 가득 찬 엔진룸이 더 이상 필요하지 않다는 것입니다. 뿐만 아니라 바퀴 속에 장착하는 것이 이상적인 전기 모터는 주행 상황에 맞는 rpm 선택을 위한 변속기를 필요로 하지 않습니다. 또한 제동 시 생기는 운동 에너지를 직접 전류로 변환해 배터리나 대용량 컨덴서에 저장할 수 있습니다. 전기차에는 고전적인 추진 기술과 부가장치 대신 주파수 변환기, 고전압 전원 시스템, 효율적인 배터리, 연료전지, 수소 탱크가 달려 있을 것입니다. 현재로서는 위에서 언급한 것 중 어떤 것도 기존 기술을 벗어나지 못하고 있으며, 이는 제조사와 디자이너들에게 자동차의 설계와 관련한 새로운 가능성을 제시해줍니다. 특수화학 기업 랑세스는 차체 구성을 위한 경량 소재, 고효율 타이어 제작을 위한 고성능 고무 등 “친환경 이동성”을 실현하는 다양한 제품들을 공급하고 있습니다. 전원 케이블 절연에 적합한 폴리머, 연결 플러그/소켓 및 전기 박스에 사용하는 난연성 고성능 플라스틱, 배터리 단자에 사용하는 특수 염료 등은 랑세스가 지닌 광범위한 제품 포트폴리오의 일부에 불과합니다.

Foto5_Antreibe_neu전국적인 충전망을 포함한 효율적인 인프라를 갖추려면 여전히 2, 30년이 더 필요할 것입니다. 생태학적 관점에서 보면 풍력, 태양 에너지 등의 친환경 기술을 사용해 생산되는 수소만이 진정한 청정 에너지로 간주될 수 있습니다. 또한 그 속성상 공급이 불안정한 친환경 에너지원은 효율적인 저장 기술을 필요로 하는데, 이러한 에너지를 수소로 전환하는 것은 완벽한 해결책이 됩니다.

화석연료에 전혀 의존하지 않는 배출 제로 이동성까지는 아직 가야 할 길이 멉니다. 이러한 비전을 현실로 변화시키기 위해서는 놀라운 발전과 혁신이 다양하게 이루어져야 합니다. 그러나, 로마는 하루아침에 이루어지지 않았음을 기억할 필요가 있습니다. 랑세스는 이러한 미래를 향해 한 걸음씩 나아갈 수 있도록 돕고 있습니다.