자동차 산업에서 에너지의 중요성과 의미

 안녕하세요, 행복한 부자입니다. 오늘은 자동차 산업에서 에너지가 어떤 의미를 가지고 얼마나 중요한지 살펴보고자 합니다. 최근 블로그에서 전기 자동차나 소프트웨어 디파인 차량(Software Defined Vehicle) 등에 대해 살펴보다가, 문득 이 전기 자동차나 소프트웨어 디파인 차량이 자동차 산업의 큰 변화의 주류가 된 배경에 대해서 생각해 보았는데요. 잘 알려진 바와 같이, 전기차의 이전 자동차는 모두 내연기관 자동차였습니다. 현대의 자동차의 시작은 이 내연기관에 있다고 해도 과언이 아니죠. 물론 그보다 앞선 세대인 증기기관이 있을 수 있겠지만, 석유를 활용한 이 내연기관의 등장으로 인해 인류는 기존의 마차에서 자동차로 넘어오게 되었다고 주장하는 분도 제법 많은 것으로 알고 있습니다. 현재 자동차 시장의 비중은 여전히 내연기관 자동차가 대부분입니다. 하지만, 최근 몇 년 동안 전기차의 수량이 급증하고, 몇몇 대형 자동차 제조사에서 향후 수년 이내에 내연기관 자동차 생산을 중단할 것이라고 발표하는 등, 전기 자동차로의 전환이 앞으로 더욱더 빨라질 것이라는 것은 명약관화한 사실이라고 볼 수 있습니다. 즉, 전기 자동차는 최근 100년 이상 인류를 지배해왔던 내연기관 자동차 위주 자동차 산업 생태계를 송두리째 뒤흔들고 있다고 볼 수도 있을 것 같습니다. 아마도 지금의 어린아이들이 성인이 되었을 시점에서는 내연기관 자동차는 오래된 유물과 같이 인식될 가능성도 있지 않을까 조심스레 상상합니다.

 많은 사람이 한꺼번에 같이 이동할 수 있는 대중교통인 기차 이외에, 개인이 소유할 수 있는 자동차로서 내연기관 자동차가 처음 등장하기 이전 시대 사람들의 주요 이동 수단은 무엇이었을까요? 바로 마차였습니다. 때문에, 현재 기존 내연기관 자동차에서 전기 자동차로 전환되는 패러다임의 급속한 전환은 과거에 마차에서 내연기관으로 전환했었던 때의 그것과 유사하다는 주장이 제법 설득력이 있어 보이기도 합니다. 왜냐하면, 전기 자동차는 단순한 앞선 기술 중의 하나로 시장을 잠식하는 것이 아니라, 기존의 내연기관 자동차가 가진 산업 생태계와 사업 모델을 송두리째 변경하고 빼앗을 것이기 때문입니다. 전기 자동차가 기존의 내연기관 대비해서 가질 수 있는 많은 장점이 있지만, 그 중의 가장 중요한 장점을 몇 가지 뽑아보자면 다음과 같습니다.

 1) 에너지 효율 - 아마 대부분의 사람이 동일하게 생각할 것으로 예상합니다. 바로 에너지 효율 측면에서 전기자동차는 기존의 내연기관 자동차를 압도할 수밖에 없죠. 내연기관 자동차는 석유가 가진 열에너지를 물리적인 에너지로 전환하는 메커니즘입니다만, 이때 열/ 에너지 손실이 극심합니다. 석유가 가진 에너지를 100%라고 한다면, 현존하는 자동차는 이 에너지의 약 20%만으로 운행한다고 보시면 될 것이라고 생각합니다. 즉, 대략 80%가량의 에너지를 상실한다는 의미입니다. 물론, 가솔린 차량과 디젤 차량 각각의 효율이 분명 상이하지만, 평균적으로 보자면 약 80%의 에너지를 허공에 날린다고 생각한다면 이해가 빠를 것 같습니다. 매우 비효율적이지요. 인류가 내연기관 자동차를 도입한 지 100년 이상 지났고, 이 기간에 수많은 개발자와 연구자가 이 손실을 줄이기 위해서 노력했을 것이며, 천문학적인 연구 개발비가 투입되었겠지만, 이 수치는 큰 변동이 없었습니다. 왜냐하면, 이는 열역학 법칙을 위배하지 않고서는 불가능한 영역이기 때문입니다. 열역학 법칙상, 열이 가지는 에너지가 다른 형태의 에너지로 전환되는 것의 한계가 분명히 존재하기 때문입니다. 가솔린 엔진의 경우에 이 전환 효율의 최대 한계치는 약 20~30% 정도로, 그 한계가 명확합니다. 반면에 전기자동차의 경우, 전기 자동차의 구조상 이론적으로 전기가 가진 에너지를 큰 손실 없이 대부분 활용할 수 있다고 합니다. 단순하게 생각한다면, 매우 복잡한 내연기관 자동차의 엔진/ 기관 대비, 전기 자동차는 그저 배터리와 바퀴를 굴리기 위한 모터로만 이루어진 구조이기 때문이라고 합니다. 미국의 거대 전기 자동차 생산 기업에서 최초로 생산한 1세대 전기 자동차의 경우 그 효율이 거의 90%에 근접했었던 것으로 알고 있습니다. 이때 벌써 기존의 내연기관 자동차의 에너지 전환 효율 대비, 3~4배 이상의 성능을 가졌었던 것이었죠. 

 2) 주유 비용 vs. 충전 비용 - 미국에 있는 제 몇몇 지인들로부터 받은 정보에 따르면, 일반 디젤 SUV 차량 소유주의 경우, 1년에 약 1만 킬로미터를 주행한다고 가정했을 경우, 아마 연간 연료비용은 아마도 1,400불 정도가 된다고 추정된다고 합니다만, 동일한 주행 거리 기준으로 미국 전기 자동차 전문기업의 대표 모델 중 하나의 연간 충전 비용은 150~200불 미만이라고 추정된다고 합니다. 이러한 단순한 계산만으로도 전기 자동차의 연료 비용은 내연기관 자동차의 연료 비용 대비, 많게는 10분의 1 정도에 불과하다는 계산이 나오는데요, 만약 이 디젤 SUV 소유주가 전기 자동차로 갈아탔을 경우에 10년 동안 절약할 수 있는 연료비는 절대 무시할 수 없는 비용이 될 것 같습니다. 게다가, 내연기관 자동차와 같이 1~2년마다 엔진오일을 교체할 필요도 없으니, 그 차이는 더욱 벌어질 수밖에 없죠.

 이상으로 전기 자동차 산업에서 에너지라는 것이 가지는 중요한 장점에 대해서, 에너지 전환 효율과 연료비용 측면에서 짚어보았습니다. 다음 포스트에서는 산업과 기술적인 측면에서 좀 더 자세히 다루어 보도록 하겠습니다. 감사합니다. 이상.