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101. 파워트레인의 미래 28. 여전히 내연기관이 중심이다

글로벌오토뉴스 조회 수968 등록일 2019.12.13
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세상사 모든 일이 그렇듯이 이상과 현실의 균형을 잡는 것이 중요하다. 시장에는 배터리 전기차가 뉴스의 중심에 서서 무공해, 친환경의 미래에 대한 이상을 주창하지만, 현실은 아직 해결해야 할 과제가 많고 풀어야 할 기술적 문제도 적지 않다. 그 때문에 많은 전문가와 단체들이 다양한 전망을 하고 있지만 일맥상통하는 내용은 없이 제각각이다. 포르쉐는 전기차를 선보이면서 내연기관을 포기하지 않을 것이라고 밝히고 있고 다임러와 폭스바겐은 새로운 기술로 배출가스를 획기적으로 저감한 디젤 엔진을 내놓고 있다. 그렇지만 그들에게 요소기술을 제공하는 보쉬는 디젤 엔진의 수요 감소로 인원을 감축하고 있다. 현실을 알기도 어렵고 미래를 예측하기는 더더구나 쉽지 않다. 그 때문에 그 어느 때보다 균형 잡힌 시각으로 분석하고 대응하는 것이 필요해 보인다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

100년 만의 대 전환이라고 하는 시대에 자동차회사들은 큰 부담을 안고 있다. 당장에 수익을 내야 하는 것은 물론이고 미래에 대해 투자도 해야 한다. 경기침체로 자동차의 판매가가 하락하는 것은 수익성 악화로 이어지고 신기술의 개발에도 천문학적인 비용이 들어간다. 큰 틀에서 CASE라는 용어로 정리되는 미래 기술에 대한 투자는 시각에 따라서는 불확실성에 대한 것일 수도 있다. 그렇다고 당장에 판매를 위해서 전통적인 기술에 대해 투자를 하지 않을 수도 없다. 현시점에서 가장 큰 갈등은 전동화로 인한 내연기관의 미래에 대한 것이다.

내연기관은 존폐와 관계없이 갈수록 엄격해지는 연비와 배기가스 규제를 충족하기 위해 다양한 방법을 마련해야 하는 상황이다. 이를 위해 기존 내연기관 엔진 기술의 개량을 비롯해 하이브리드와 배터리 전기차, 연료전지 전기차 등 전동화 기술을 동원해야 한다.

무엇보다 지구환경에 관한 이산화탄소 저감과 대기오염에 관한 질소산화물과 미세먼지 문제 해결을 위해 당장에 가능한 기술의 동원은 물론이고 새로운 차원의 파워트레인도 개발해야 한다.

이산화탄소의 경우 2010년 대비 2050년에는 90%를 줄여야 한다는 큰 틀의 목표가 설정되어 있다. 이 수치 달성을 위해서는 내연기관만으로는 불가능하다. 하이브리드와 플러그인 하이브리드, 배터리 전기차, 연료전지 전기차 등 전동화가 필수적이다.


그런데 이에 관한 전망은 주체에 따라 큰 차이를 보인다. 국제에너지기구(IEA : International Energy Agency)는 상황에 따른 시나리오를 2DS, 4DS(RTS), 6DS 등으로 제시하고 있는데 그 편차가 아주 크다. 또한 시장조사회사인 IHS마켓과 연료회사인 엑손모빌, 유럽의 EUCAR 등의 시나리오 등도 모두 다르고 마찬가지로 편차도 크다. JD파워나 글로벌인사이트 등에서도 전망치를 내놓고 있는데 그들의 자료를 보고 있으면 도대체 전문성이라는 것이 무엇인지 의심하지 않을 수 없을 정도로 편차가 크고 전망하는 근거도 각기 다르다.

이미 이 난을 통해 소개했듯이 전동화 차량 시장 전망은 연구단체에 따라 다르다. 우선 IHS 오토모티브는 전 세계 전동화차 시장이 2016년 343만대 규모에서 2023년에는 2,044대에 달할 것으로 전망하고 있다. 여기에는 48V 등 마일드 하이브리드 모델이 1,060만대에 달하는 것을 가정하고 있다. 그중 HEV가 382만대, BEV 242만대, PHEV 357만대 등으로 보고 있다.

이에 반해 2011년 보고서에서 2025년에 3,210만대로 전망했던 후지 경제연구소는 2016년 6월 보고서에서는 2035년에 1,700만대에 달할 것으로 내다봤다. 여기에는 PHEV가 665만대로 가장 많고 BEV가 567만대, HEV가 468만대 등으로 나와 있다.

두 단체가 다를 뿐 아니라 후지 경제연구소는 5년 사이에 크게 다른 전망치를 내놓고 있다. 모른다는 얘기를 그렇게 하는 것이다. 그러면서도 그런 차이 나는 전망을 하게 된 배경은 뚜렷이 제시하지 않고 있다. 그런데도 지금은 전동화는 거역할 수 없는 명제로 자리매김하고 있다. 자동차 업계에서는 이런 이유로 전동화보다는 파워트레인의 다양화라는 표현을 더 자주 사용하고 있다.

배터리 전기차의 판매 현황은 2017년에 전체 판매 대수의 1.5%, 2018년 2.0%에 불과하다. 중국 시장의 신에너지차 판매 급감 등의 상황을 보면 2019년도 크게 달라지지는 않을 것으로 보인다. 이런 점 때문에 IHS마켓은 2030년까지도 하이브리드를 포함한 내연기관 탑재 차량이 95%에 달할 것이라는 전망을 하기도 했다.

한국과학기술원의 배충식 교수는 상황에 맞는 최적의 기술 개발과 보급 전략을 세우기 위해서는 매우 치밀한 전 주기적 분석과 평가가 필요하다고 설파하고 있다. 연료와 에너지원의 생산부터 사용까지 그리고 차량의 생산단계에서 초래되는 환경성과 경제성도 평가하여야 하며 이 과정에서 신뢰성 높은 통계자료와 합리적인 가정이 중요하다는 것이다. 그 때문에 한가지 인자에만 과도하게 치우친 감상적이거나 정치적인 결정은 전망의 오류와 심지어는 산업 경쟁력의 약화를 초래할 수 있다. 가능한 많은 인자를 종합적으로 균형 있게 분석해야 한다고 말한다.

어떤 형태든 자동차회사의 입장에서는 배터리 전기차나 연료전지 전기차 등 새로운 파워트레인의 기술도 개발해야 하고 내연기관의 기술도 혁신해야 하는 것이 현실이다. 투자 대비 수익성을 따져야 하는 기업의 입장에서 이 둘을 모두 독자적으로 한다는 것은 불가능하다.



그래서 유럽에서는 업계는 물론이고 정부 당국, 학계가 공동으로 나서고 있다. EU 차원에서는 물론이고 나라, 또는 주 단위로 다양한 공적 자원에 의한 연구지원이 이루어지는 등 공동연구 개발이 활발하다. 일본에서는 2014년 4월에 토요타와 닛산, 혼다 등 자동차회사와 일본자동차연구소(JARI), 산업기술통합연구소(AIST) 등이 중심이 되어 기초 응용영역의 공동 연구를 하는 조직 ‘자동차용 내연기관 기술연구조합(AICE)를 설립하기도 했다.

지금 전통적인 자동차회사들은 갈수록 늘어나는 개발 리소스와 개발 속도에 대응해야 한다. 또한 갈수록 엄격해져 가는 규제 강화에 속도감 있게 대응하지 않으면 안 된다. 무엇보다 보쉬나 컨티넨탈, 보그워너, 하니웰, 커밍스 등 전통적으로 내연기관 기술의 중심에 위치해 온 메가 서플라이어가 있는 유럽과 그렇지 못한 일본이나 한국의 자동차회사들은 앞으로 이 부문에서 획기적인 대응책이 마련되지 않으면 안 되는 상황이다.

한국과 일본은 완성차회사와 부품회사 간의 수직적 계열화가 주를 이루고 있다. 수직계열화는 규모의 경제만 충족해야 하는 시기에는 장점도 적지 않았다. 의사소통이 빠르고 해외 현지 공장을 건설할 때 동반 진출을 하는 등의 면에서는 분명 이점이 있다. 하지만 지금의 상황은 그룹 내에서 전통적인 자동차 기술과 미래 기술을 모두 개발할 수 있는 시대는 아니다.

또 하나는 엔지니어들에 대한 인식의 변화와 그로 인한 인적 자원의 감소도 문제로 부상하고 있다. 이미 다임러와 BMW, 폭스바겐 아우디 등 독일 회사들은 물론이고 볼보와 재규어 랜드로버, GM과 포드 등도 전통적인 기술 개발의 인력보다는 새로운 파워트레인과 자율주행 등에 대한 투자 비중을 더 늘리고 있다. 토요타와 산하의 덴소나 아이신도 자율주행과 인공지능 관련 인력 확보에 열을 올리고 있다. 그런 현상은 젊은 층들의 인식의 변화로 이어지고 결국은 내연기관 부분의 엔지니어들이 줄어들 수밖에 없는 상황으로 이어지고 있다.

실제로는 위에서 언급했듯이 발표하는 주체에 따라 다르지만 2030년에도 내연기관의 점유율이 70~80%에 달하고 2050년이 되어도 70% 이상의 파워트레인이 내연기관을 기반으로 한다는 전망이 나와 있지만 ‘내연기관은 미래가 없다.’라는 인식으로 인해 지원자 수가 줄어들게 될 것이다.

이런 점 때문에 지금 글로벌 플레이어들은 다양한 형태의 제휴와 파워트레인의 공동 개발, 모델 공여 등 할 수 있는 모든 방법을 동원하고 있다.

그러나 유럽이나 일본 등과 같이 업계와 학계, 정부 당국이 공동으로 대응하고 있는 것과 달리 한국에서는 현대기아차그룹만이 독자적으로 모든 것을 해결해야 하는 상황이다. 실제로 들여다보면 현대기아차의 내연기관 기술은 보쉬나 하니웰, 보그워너 등 구미 메가 서플라이어에 전적으로 의존하고 있는 것이 현실이다.

관련 기업이 202개 달하고 실제로 82개사가 참여해 내연기관의 성능 향상기술의 기초 및 응용 연구를 사업 내용으로 삼고 있는 일본의 자동차용 내연기관 기술연구조합(AICE)의 활동은 주목할 필요가 있어 보인다. 이 단체의 슬로건은 환경친화적인 내연기관을 개발하고 궁극적인 열효율을 추구해 제로에미션을 향해 나간다는 것이다. 연소영역, 마찰/NVH/신뢰성 영역, 열관리 영역, 배기후처리영역, 시스템 및 제어 영역 등에 관한 연구와 미래기술의 개발이 주 임무다.

현대기아차그룹은 LG화학과 삼성 SDI, SK이노베이션 등 배터리 셀 기술력을 확보한 기업들 덕분에 배터리 전기차 부문에서는 앞선 행보를 보인다. 연료전지 전기차 부문에서도 일찍부터 꾸준하게 투자해 왔다. 그로 인해 회사의 이미지를 바꾸고 트렌드세터로서 자리매김할 수도 있다는 평가를 받고 있다. 현대자동차의 적극적 행보와 더불어 보쉬가 캐나다 연료전지 제조업체 하이드로제닉스를 인수하고 BMW와 메르세데스 벤츠, 아우디 등이 연료전지 전기차 출시 일정을 밝히는 등 분위기가 조성되고 있다.


그러나 내연기관 부문의 기술 개발에서는 자원의 활용이 어떻게 될지에 대한 플랜 등은 알려진 바가 없다. 다만 최근 엔진 헤드 기술인 CVVD(연속가변밸브듀레이션) 기술을 세계 최초로 실용화하고 능동형 변속 제어 기술도 세계 최초로 개발하는 등 과거와는 달리 독자적인 아이디어를 구현하고 있다.

내연기관 엔진의 기술 개발에서도 아직은 개척해야 할 부문이 많다. 연소기술에 관해서는 지금도 끊임없이 새로운 아이디어가 나오고 있다. 열효율 증가와 배기가스 저감에 따르는 제반 과제에 따라 제품으로서 성립시키기 위한 기술, 그에 따른 열관리, 배기 후처리, 시스템 및 제어 등 과제가 많다. 내연기관의 기술은 아직도 무궁무진한 효율 개선과 청정화를 이룰 수 있어서 독일과 일본, 미국 등은 끊임없이 혁신적인 연소기술과 연료 개량, 작동기구 개선을 위한 기술을 개발하고 있다.

BMW의 모듈러 엔진과 다임러AG의 새로운 EGR밸브 기술, 폭스바겐의 트윈 도징, 토요타의 롱스트로크화와 고속연소, 닛산의 가변압축비 기술, 마쓰다의 예혼합압축착화 기술, 현대의 CVVD 등이 그것이다. 또한 전력 소모가 많은 벨트구동형 부품의 전동화가 추진 중이며 전동식 냉각펌프 및 오일펌프도 개발하는 등 가능한 모든 기술을 동원하고 있다.

전동화라고 하는 것이 이런 내연기관을 기반으로 하는 48V 마일드 하이브리드와 하이브리드, 플러그인 하이브리드와 함께 진행된다는 것을 고려하면 결코 소홀히 할 수 없는 부문이다. 그것을 딜레마로 보는 시각과 두 마리 토끼로 보는 시각이 있는 것이 현실이다.
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