친환경 자동차는 기존의 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는 내연기관 자동차에 비해 전기를 에너지원으로 쓰는 자동차가 운행할 때 대기오염물질이나 지구온난화가스를 적게 배출하여 환경에 부담을 덜 주는 자동차를 통칭해 부른다. 전기를 자동차에서 직접 생산해서 사용하는 하이브리드 자동차, 외부에서 전기를 공급하는 플러그인 하이브리드 자동차와 순수 배터리 전기자동차, 그리고 수소를 이용하여 전기를 생산해서 사용하는 연료전지 자동차가 대표적인 친환경 자동차이다.

미래 친환경 자동차의 신차 시장 점유율을 예측하기는 쉽지 않고 발표하는 기관마다 상이한 결과를 보인다. <그림 1>은 정유회사인 엑슨모빌(ExxonMobil)에서 미래의 자동차 시장을 예측한 결과인데 내연기관 자동차의 점유율이 점차 낮아지고 전기를 사용하는 자동차의 비율은 점차 늘어나는 것을 볼 수 있다. 하이브리드 자동차는 2014년에는 2%에 불과하나 2040년에는 40%를 넘는 점유율을 가질 것으로 예상했다.

<그림 1> 미래 차종별 승용차 시장 점유 예상 [엑슨모빌 참조, '에너지 전망'(The Outlook for Energy)]

<그림 2>는 각국의 지구온난화가스인 이산화탄소의 배출규제이다. 세계적으로 배출규제가 강화되는 것을 볼 수 있고 규제를 만족하지 못하는 경우 벌금이 부과되므로 각 자동차 회사들은 규제치를 필수적으로 만족시켜야 한다. 이산화탄소 배출 저감은 연비 개선과 직접적으로 연관되어 있으므로 앞으로 연비 개선이 초미의 관심사가 될 것을 알 수 있다. 이를 달성하기 위해 기존 내연기관의 효율개선뿐만 아니라 하이브리드 자동차나 배터리 전기차의 역할이 중요해질 것을 예측할 수 있다.

<그림 2> 각국의 이산화탄소배출저감 계획 (ICCT 참조)

2015년에 발생한 폭스바겐(VW) 배출가스 조작 파문은 자동차 시장에 큰 변화를 가져오고 있다. 배기규제의 강화에 따라 디젤엔진 배기저감장치의 가격과 유지비가 늘어 디젤 자동차의 경쟁력이 감소하는 와중에 클린 디젤이라는 이름으로 미국시장을 공략하던 VW이 속임수를 쓴 것이 발각된 후 VW의 디젤 자동차는 미국과 한국을 비롯한 여러 국가의 소비자들로부터 외면을 받고 있다. 이에 VW은 미래전략을 크게 수정하여 앞으로 10년간에 걸쳐 30종의 배터리 전기자동차를 개발하고 총 판매의 20~25%가량인 200만 내지 300만 대의 전기자동차를 판매할 계획을 발표하였다.

한국에서도 현대자동차가 아이오닉(Ioniq) 전기차의 판매를 시작하였는데 세계 처음으로 하이브리드, 플러그인 하이브리드와 배터리 전기차 모두를 동일한 플랫폼에 얹을 수 있도록 만들었다. 하이드리드의 경우 연료전환효율이 최고 40%에 달하는 고효율 가솔린 엔진을 사용하였고 6단 DCT와 연결하였다. 하이브리드 자동차의 공인연비는 22km/L를 넘고 플러그인 하이브리드 차량은 배터리만으로 50km 주행 가능하다. 배터리 전기차는 28kWh 리튬이온폴리머 배터리를 사용하였고 1회 충전 시 공인 최대 주행 거리는 190km가 넘는다.

일본의 토요타는 1997년에 1세대 프리우스를 시장에 선보인 후 4세대까지 개발하였으며 세계시장에 900만 대의 하이브리드 자동차를 판매하였는데 이중 63%가 프리우스 차량이다. 최근까지 33종의 하이브리드 차량과 하나의 플러그인 하이브리드 차량을 선보였고 2020년에는 연 150만 대의 하이브리드 차량을 판매할 계획이다. 그런데 최근 그동안의 하이브리드 차량 위주의 정책에서 선회하여 2020년까지 1회 충전으로 300km 이상 주행하는 배터리 전기차 양산체계 확립을 목표로 한다고 발표하였다.

닛산도 배터리 전기자동차 리프(Leaf)를 누적 20만 대 이상 판매하여 약 33만 톤의 온실가스를 저감하였으며 올해 배터리를 24kWh에서 30kWh로 키워 주행 가능거리를 172km로 늘렸다. 독일의 BMW는 최근 3년간 10만 대의 i8 플러그인하이브리드와 i3 배터리 전기자동차를 판매하였고 3종의 7시리즈 플러그인 하이브리드도 소개하였다. 다임러그룹의 메르세데스 벤츠는 이미 13종의 하이브리드와 플러그인 하이브리드 차량을 개발하였으며 중국 BYD와 협조하여 62kWh 배터리를 사용하여 400km 이상 주행할 수 있는 ‘덴자(DENZA) 400 EV’를 공개하였다. 미국의 GM은 383km를 주행할 수 있는 2017년형 쉐보레 ‘볼트(Bolt) EV’를 발표하였고 2세대 레인지 익스텐더(주행거리 연장차) ‘볼트(Volt)’는 전기만으로 갈 수 있는 거리가 85km로 연장되었다.

일본의 토요타는 1997년에 1세대 프리우스를 시장에 선보인 후 4세대까지 개발하였으며 세계시장에 900만 대의 하이브리드 자동차를 판매하였는데 이중 63%가 프리우스 차량이다. 최근까지 33종의 하이브리드 차량과 하나의 플러그인 하이브리드 차량을 선보였고 2020년에는 연 150만 대의 하이브리드 차량을 판매할 계획이다. 그런데 최근 그동안의 하이브리드 차량 위주의 정책에서 선회하여 2020년까지 1회 충전으로 300km 이상 주행하는 배터리 전기차 양산체계 확립을 목표로 한다고 발표하였다.

닛산도 배터리 전기자동차 리프(Leaf)를 누적 20만 대 이상 판매하여 약 33만 톤의 온실가스를 저감하였으며 올해 배터리를 24kWh에서 30kWh로 키워 주행 가능거리를 172km로 늘렸다. 독일의 BMW는 최근 3년간 10만 대의 i8 플러그인하이브리드와 i3 배터리 전기자동차를 판매하였고 3종의 7시리즈 플러그인 하이브리드도 소개하였다.

다임러그룹의 메르세데스 벤츠는 이미 13종의 하이브리드와 플러그인 하이브리드 차량을 개발하였으며 중국 BYD와 협조하여 62kWh 배터리를 사용하여 400km 이상 주행할 수 있는 ‘덴자(DENZA) 400 EV’를 공개하였다. 미국의 GM은 383km를 주행할 수 있는 2017년형 쉐보레 ‘볼트(Bolt) EV’를 발표하였고 2세대 레인지 익스텐더(주행 거리 연장차) ‘볼트(Volt)’는 전기만으로 갈 수 있는 거리가 85km로 연장되었다.

전기자동차의 보급을 막는 원인은 높은 가격과 짧은 주행 거리 및 충전인프라의 부족이다. 중국을 비롯한 각 정부의 지원책과 전기자동차 종류의 다양화 및 성능과 주행 거리 개선에 따라 전기자동차에 대한 소비자 관심이 늘어나고 있고 여기에 각국 정부가 충전기 보급에도 적극 나서 일단 각국의 정부 지원이 끝나는 시점까지는 전기자동차 시장이 활발하게 확대될 것으로 예상된다.

충전기 보급계획의 한 예로 최근 미국 정부가 약 2만 5,000마일에 달하는 미국 35개 주 고속도로에 48개의 전기차 충전 네트워크를 구축할 계획을 발표하였다. 계획대로 이루어지면 80km마다 충전할 수 있게 되어 충전식 전기자동차 운전자들이 장거리 운전할 때 드는 주행 거리 걱정이 많이 해소될 것이다. 충전방식과 관련하여 흥미로운 변화는 무선충전 방식의 발전이다. 미국의 국제자동차공학회(SAE International)는 “플러그인 하이브리드 및 전기차 무선충전 표준규격”을 발표하였는데 차를 정차하면 자동으로 충전할 수 있는 장치에 관한 표준규격으로 이 장치가 실용화되는 경우 전기자동차를 이용하는 운전자들이 편리하게 사용할 수 있을 것이다.

마지막으로 연료전지 자동차에 대해 살펴보자. 미국 시장조사전문업체 IHS 오토모티브에 의하면 2027년까지 약 7만 대의 연료전지 자동차가 생산될 것이라고 하며 차종도 17개에 이를 것이라고 한다. 한국과 일본 회사들이 주도하다가 점차 유럽 자동차 회사들이 시장점유율을 높일 것으로 예상했다. 최근 중국 정부에서도 2030년까지 100만 대 보급이라는 야심 찬 계획을 발표했다.

현대자동차는 세계에서 처음으로 연료전지 자동차의 양산을 시작한 후 새로운 투싼 연료전지차를 내놓을 예정인데 600km 주행 가능하고 가격은 6천만 원 정도로 예상된다. 2020년까지 국내에 1만 대, 외국에 1만 4천 대 수출을 예상하고 있다. 토요타는 미라이(Mirai)를 출시한 후 작년에 영국, 독일, 덴마크에 진출한 후 올해는 벨기에, 노르웨이, 스웨덴 등에 진출하고 연료전지 시스템 관련 기술을 발표하여 외부와 공유하고 있다. 혼다도 캘리포니아에 589km 주행 가능하고 연비가 68MPG(휘발유환산)인 클라리티(Clarity) 연료전지 자동차를 판매할 예정인데 플러그인하이브리드와 배터리 전기차도 같은 플랫폼을 사용한다고 한다.

전기자동차의 보급을 막는 원인은 높은 가격과 짧은 주행 거리 및 충전인프라의 부족이다. 중국을 비롯한 각 정부의 지원책과 전기자동차 종류의 다양화 및 성능과 주행 거리 개선에 따라 전기자동차에 대한 소비자 관심이 늘어나고 있고 여기에 각국 정부가 충전기 보급에도 적극 나서 일단 각국의 정부 지원이 끝나는 시점까지는 전기자동차 시장이 활발하게 확대될 것으로 예상된다.

충전기 보급계획의 한 예로 최근 미국 정부가 약 2만 5,000마일에 달하는 미국 35개 주 고속도로에 48개의 전기차 충전 네트워크를 구축할 계획을 발표하였다. 계획대로 이루어지면 80km마다 충전할 수 있게 되어 충전식 전기자동차 운전자들이 장거리 운전할 때 드는 주행 거리 걱정이 많이 해소될 것이다.

충전방식과 관련하여 흥미로운 변화는 무선충전 방식의 발전이다. 미국의 국제자동차공학회(SAE International)는 “플러그인 하이브리드 및 전기차 무선충전 표준규격”을 발표하였는데 차를 정차하면 자동으로 충전할 수 있는 장치에 관한 표준규격으로 이 장치가 실용화되는 경우 전기자동차를 이용하는 운전자들이 편리하게 사용할 수 있을 것이다.

마지막으로 연료전지 자동차에 대해 살펴보자. 미국 시장조사전문업체 IHS 오토모티브에 의하면 2027년까지 약 7만 대의 연료전지 자동차가 생산될 것이라고 하며 차종도 17개에 이를 것이라고 한다. 한국과 일본 회사들이 주도하다가 점차 유럽 자동차 회사들이 시장점유율을 높일 것으로 예상했다. 최근 중국 정부에서도 2030년까지 100만 대 보급이라는 야심 찬 계획을 발표했다.

현대자동차는 세계에서 처음으로 연료전지 자동차의 양산을 시작한 후 새로운 투싼 연료전지차를 내놓을 예정인데 600km 주행 가능하고 가격은 6천만 원 정도로 예상된다. 2020년까지 국내에 1만 대, 외국에 1만 4천 대 수출을 예상하고 있다. 토요타는 미라이(Mirai)를 출시한 후 작년에 영국, 독일, 덴마크에 진출한 후 올해는 벨기에, 노르웨이, 스웨덴 등에 진출하고 연료전지 시스템 관련 기술을 발표하여 외부와 공유하고 있다. 혼다도 캘리포니아에 589km 주행 가능하고 연비가 68MPG(휘발유환산)인 클라리티(Clarity) 연료전지 자동차를 판매할 예정인데 플러그인하이브리드와 배터리 전기차도 같은 플랫폼을 사용한다고 한다.

연료전지 자동차에 수소를 충전하는 시설이 보급의 중요한 관건인데 수소충전소를 운영하는 미국의 트루 제로(True Zero)는 캘리포니아에 15개의 충전소를 지었으며 영업 개시 후 9개월 만에 이미 연료전지 자동차들이 100만 마일을 주행했다고 발표했다.

강력한 정부 규제와 지원정책, 소비자들의 환경에 대한 관심증가와 VW의 디젤게이트에 힘입어 하이브리드, 플러그인, 배터리 전기자동차가 차종도 다양해지고 시장경쟁력을 높이고 있으며 연료전지 자동차도 기지개를 켜고 있다. 앞으로 배터리 가격 하락, 배터리 에너지밀도 증가를 통한 주행 거리증가, 활발한 충전기 설치가 추가 성장의 관건이 될 것으로 생각한다.

전광민

연세대학교 기계공학과 교수