[인사이트] 현대차그룹도 수소 엔진차 개발한다

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현시점에서 세계의 자동차산업은 인류 최대의 과제인 탄소중립에 어떻게 대응하고 있을까? 관련해 세계의 다양한 움직임을 분석해 왔다. 이번에는 한국자동차연구원이 개최한 ‘대체연료- 탄수중립을 위한 탈석유 시대, 미래 대체연료의 가능성’이라는 주제의 세미나를 통해 한국의 상황을 조금은 엿볼 수 있었다. 전기차보다는 당장에는 탄소중립 연료와 수소 에너지의 활용에 초점을 맞추어야 한다는 주제였다. 그 내용을 중심으로 현시점에서 전기차로의 전환 과정에서 나타난 현상들을 정리해 본다.
 
글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)
 
전기차 성장세가 둔화한 것은 맞다. 물론 중국은 여전히 상승세를 보이고 있다. 미국과 유럽은 꼬이고 있다. 그중 한국은 갑자기 미국과 비슷한 시장 상황으로 변했다. 가장 큰 문제는 이들 주요국들간의 지정학적인, 즉 정치적인 상황이다.
 
미국은 낮은 유가와 충전 인프라 부족이 걸림돌이다. 미국 소비자들은 기름값이 비싸지면 상대적으로 기름 덜 먹는 작은 차를 산다. 기름값이 낮아지면 그 반대다. 미국은 여전히 기름값이 싸다. 문화적인 차이와 더불어 낮은 세금 제도로 인해 픽업트럭이나 SUV가 시장의 80%가량 점유하고 있는 것도 전기화의 걸림돌이다. 충전기수도 전기차 500대 당 한대 꼴로 한국의 18대당 한대 꼴에 비해 크게 부족하다. 캘리포니아 등 서부 지역은 전기차 점유율이 25%에 육박하지만 동부지역은 10%에 미치지 못한다. 그래서 미국 전체의 통계로 시장을 판단하고 분석하면 안 된다.
 
그에 반해 1.0리터와 1.5리터가 주류인 남유럽은 상황이 다르다. 저가 전기차로 대중화를 이끌어야 하지만 당장에는 수익성 때문에 쉽지 않다. 중·대형차를 많이 생산해 중국과 미국 시장에 대한 의존도가 높은 중부 유럽의 독일 자동차회사들은 그들의 장점을 극대화하면서 중국 시장을 바탕으로 전동화 시장 확대를 노리고 있다. 미국이 중국산 전기차 관세를 25%에서 100%로 올렸고 유럽연합도 10%에서 25%~30%로의 인상을 추진하고 있다. 그에 대해 프랑스회사들은 동의하지만, 독일회사들은 반대 의사를 분명히 밝히고 있다.
 
미국회사 테슬라는 중국에서 절반가량을 생산하고 있고 GM도 중국 의존도가 40%에 달한다. 독일회사들도 중국 의존도가 30~45%에 달한다. 하지만 작금의 각 국가의 정책은 그런 상호 의존도를 무시하고 있다.
 
 
나라마다 업체마다 다른 LCA 배출 기준

나라마다 다른 것은 그뿐 아니다. 배기가스 규제에 관한 것이 가장 큰 문제다. 유럽연합과 중국, 한국 등은 LCA(생애주기 환경평가) 기준으로 이산화탄소 배출 기준을 정하는 방안을 논의 중이다. 일본은 웰투휠(Well to Wheel) 을 기반으로 한다. 에너지만 고려한다는 것이다. 이와 관련한 데이터는 처한 입장에 따라 다르다. 세계 표준이 마련되어야 한다.
 
쉽지 않은 것은 그뿐 아니다. CO2 규제도 미국은 2021년 대비 2027년 24%, 다시 2032년 50%를 줄여야 한다. 유럽은 2030년 55%로 줄이고 2035년에는 제로로 해야 한다. 그에 비해 일본은 2016년 대비 2030년 25%, 한국은 2021년 대비 2030년 28%, 중국은 18% 줄여야 하는 등 상대적으로 약하다.
 
LCA도 업체마다 나라마다 분석 방식과 결과 데이터가 다르다. 무엇보다 현대자동차가 발표한 데이터가 눈길을 끈다. 수소 연료전지 전기차 현대 넥쏘의 CO2 배출량이 224.8g/km로 가장 많다. 이어서 그랜저 내연기관차가 215.4g/km이며 아이오닉6는 157.4g/km, 그랜저 하이브리드는 156.8g/kg으로 비슷하다. 이 데이터가 전 세계 모든 자동차에 적용된다면 지금 전기차로의 전환은 폐기되어야 한다. 구동 과정에서 그랜저 내연기관차와 넥쏘가 비슷한 수준으로 높았다는 점도 특이하다.
 
그래서 서울대 미래모빌리티학과 민경덕교수는 고효율 동력원 개발과 항속거리연장형 전기차, 즉 플러그인 하이브리드에도 주목해야 한다고 주장한다. 더불어 e-퓨얼과 바이오 퓨얼의 가능성도 열어 두어야 한다고 말한다. 다만 그는 내연기관 금지는 근시안적이지만 하이브리드 전기차를 포함한 내연기관차는 2040년까지 존재할 가능성이 높다고 덧붙인다. 전기차로 가는 것은 피할 수 없다는 것이다. 그 과정에서 넷제로 달성을 위한 다양한 방안을 강구해야 한다고 말한다.
 
현대자동차의 데이터는 가장 최근에 발표한 볼보의 50% CO2 저감과 큰 차이를 보인다. 에너지연구회사 라이스타드에너지도 LCA기준 내연기관차보다 배터리 전기차의 CO2 배출량이 58% 적다는 연구결과를 발표했다. 물론 이 역시 나라마다 다른 운전패턴, 자동차의 수명 등 다양한 차이가 있다는 점을 고려해야 한다.
 
국제에너지기구(IEA)는 전기차의 전 세계 평균 온실가스 수명 주기 배출량은 내연 기관차의 약 50%라는 추정치를 제시했다. 다만 여기에는 각국의 신재생에너지 도입 확대 계획에 따라 발전 당시의 배출량이 점차 감소할 것이라는 전제가 있다. 2020년의 추정치는 배터리 전기차의 CO2 배출량은 가솔린 구동 차량의 약 80%였다.
 
그 IEA는 2022년이 석탄수요 피크라고 전망했다가 작년에는 2026년으로 수정했다. 사실 지금 믿을 수 있는 데이터는 없다는 얘기이다. 그들이 틀렸다는 것이 아니라 지정학적 조건의 변화를 예측할 수 없기 때문이다. 지정학적이라는 얘기는 정치적이라는 것을 의미한다.
 
여전히 국가 기간산업은 정치의 영역에서 벗어날 수 없다. 다만 일론 머스크의 행보에서 보듯이 정치권과 산업계의 생각이 같지 않다. 유럽연합의 유로7 배출 기준이 유로6의 기준을 유지하면서 다만 타이어와 브레이크 마도 규제만 추가하기로 했다는 것도 그것을 입증하고 있다. 가격이 높고 공급량에 한계가 있다는 단점에도 e 퓨얼의 사용이 가능하게 된 것도 마찬가지이다. 미세먼지 규제를 더 강화해 온 미국도 크게 다르지 않다.
 
유럽연합은 내연기관 판매금지 기한을 2030년에서 2035년으로 미뤘다. 미국은 전기차 전환으로 인한 실업률이 정치인들의 표와 맞물려 복잡해져 있다.
 

e퓨얼, 탄소중립연료, 그리고 수소 엔진차가 부상하는 이유

한국의 자동차산업발전을 이끄는 정부 기관인 한국자동차연구원 장재우 박사는 전기동력은 물론이고 탄소 포집, 활용, 저장 기술 및 수소 기반 에너지산업으로의 전환 추진을 강조했다. 그는 2019년 정부 차원에서 마련한 수소경제 로드맵과 2021년 세계 최초로 시행된 수소법을 더욱 발전시켜야 한다고 주장한다.
 
여기에는 하이브리드 전기차와 내연기관차, e퓨얼, 그리고 수소 엔진차 등이 포함된다. 수소 생태계의 확장으로 여겨지고 있는 e퓨얼은 일본이 가장 적극적이고 독일에서도 강한 드라이브를 걸고 있다. 일본은 그린 이노배이션 펀드 프로젝트를 통해 CO2 등을 이용한 연료제조 기술을 국가적으로 지원하고 있다. 자동차 자체에 탄소포집기술을 탑재해 주행 중 포집할 수 있는 기술도 개발하고 있다. 다만 e퓨얼은 석유가 고갈되거나 생산되지 않으면 만들 수 없다.
 
유럽과 중국에서도 관련된 다양한 연구가 진행 중이다. 포르쉐는 엔진과 공정 개선을 통해 10% 효율을 개선했다는 데이터도 제시하고 있다. 유럽포드는 독일 정부의 지원을 받아 수소 내연기관을 개발하고 있다. 현대차그룹도 아람코, 보쉬, 유미코어 등과 협력해 수소 엔진을 개발하고 있다. 수소 엔진도 마찬가지로 관련한 기준이나 규제가 아직 없다. 이는 재생합성연료와 바이오 연료, 수소와 암모니아 등 무탄소 연료 등을 탄소중립 연료로 인정해야 한다는 전제가 있다. 미국 캘리포니아에서는 소수 엔진을 ZEV로 인정하지 않고 있다.
 
중국에서도 전기차의 대표적인 업체인 BYD가 플러그인 하이브리드 전기차 효율 개선을 위해 내연기관 엔진을 개발해 최근 출시한 모델에 탑재하고 있다 스타트업 리 오토는 항속거리연장형 전기차(EREV)에 비중을 두고 있으며 다른 업체들도 뒤를 잇고 있다. 이는 전기차로의 전환에 시간이 걸릴 것이라는 판단을 하고 당장에 수익을 올릴 수 있는 대안을 찾는 과정이다.
 
한국도 2022년 10월 친환경 바이오연료 확대방안을 발표하며 항공과 선박, 발전용 등으로의 활용을 강구하고 있다. 자동차에 사용되는 바이오 디젤의 의무혼합비율이 2023년까지 3.5%에서 2030년 이후에는 5%를 목표로 설정하고 있다. 여기에는 세계 석유 수요가 상당 기간 증가 또는 유지될 것이라는 전제가 배경이다. 사실상 바이오 연료는 선박과 발전용으로의 사용을 노리고 있다.
 
수소 에너지를 사용하는 수소 엔진과 수소 연료전지 전기차는 당장에는 액화점이 -250도에 달하는 저장성이 문제다. 현시점에서 수소의 가격과 공급도 문제다. 가격이 디젤보다 몇 배 더 비싼 약 30달러/kg에 달한다. 지금은 수소의 95%가 메탄에서 나온다. 그 이야기는 수소차는 여전히 거의 전적으로 화석 연료로 구동된다는 것을 의미한다. 연료전지 스택 가격이 고가라는 점도 문제다.
 
따라서 당장에는 수소 에너지는 산업용, 발전용 엔진 등에서의 사용을 노리고 있다. 거기에서 규모의 경제를 확보하고 다음 단계로의 발전을 꾀해야 한다는 것이다. 현대차그룹과 토요타, 혼다 등은 오래전부터 수소 연료전지 개발에 적극적이다. 배터리 전기차는 소형차, 수소 연료전지 전기차는 대형차라는 공감이 바탕에 있기 때문이다.
 
수소는 추출할 수 있는 에너지원이 다양해 가격을 낮출 수 있는 조건이 존재한다. e퓨얼도 그 중 하나다. 이산화탄소 배출 제로가 가능하고 재생에너지처럼 간헐적이라는 단점도 없다. 궁극적으로는 에너지 안보 차원에서도 중요하다. IEA는 2025년에는 재생에너지가 세계 최대 전력원이 될 것으로 전망했다. 수소가 궁극적인 목표인 것은 분명하지만 시간이 필요하다.
 

수치가 보여 주는 미래, 그러나 탐욕이라는 걸림돌이 문제

자동차회사의 입장에서는 이런 복잡한 상황에서 시장에 따라 다른 전략을 수립해야 한다는 것이 도전과제다. 그만큼 비용 부담이 많다는 것이다. 최근 전기차 성장 둔화와 함께 중국과 미국 등에서는 플러그인 하이브리드 전기차의 수요가 많이 증가하고 있다. 최대 전기차 시장인 중국의 경우 배터리 전기차 판매는 22%가 감소했지만 플러그인 하이브리드 전기차는 22.4%나 증가했다.
 
세계적으로는 여전히 화석연료를 사용하는 내연기관차가 주를 이루고 있다. 기술적으로는 당장에 에너지 밀도가 가솔린 엔진을 10이로 했을 때 바이오 에탄올은 5.4, e퓨얼은 10 전후, 그린 수소는 1.3, 그리고 0.4인 배터리 전기차가 경쟁하고 있는 형국이다. 이는 배터리 전기차와 수소 전기차로의 본격적인 전환을 위해서는 관련 기술을 발전시켜 가능한 CO2 배출량을 줄여야 한다는 것을 말한다.
 
그래서 등장한 것이 탄소중립 연료라는 용어이고 관련해 내연기관 엔진의 개량과 e퓨얼, 수소 엔진과 탄소포집이다. 수소 엔진은 토요타가 적극적으로 승용차에 사용을 연구하고 있다. 대부분 업체는 대형차에의 사용을 전제로 하고 있다. 이산화탄소와 수소의 합성연료인 e퓨얼은 입장에 따라 평가를 받고 있지만 여전히 높은 생산 비용이 관건이다. 물론 이 역시 글로벌 컨센서스의 형성이 우선되어야 한다.
 
여기에는 세계적으로 큰 편차를 보이고 있는 재생에너지의 생산과 공급망이 걸림돌이다. 노르웨이는 98%를 재생에너지를 사용한 전기를 사용하고 있고 독일은 2023년 52%에 달할 정도로 빠른 속도로 증가하고 있다. 중국도 2022년 29% 수준에서 2023년에는 30%를 돌파했을 것으로 예상된다. 미국도 IRA로 인해 2023년에 25%를 넘었다. 하지만 이는 뉴스의 주목을 끄는 경우이다. 한국만 해도 오히려 후퇴하고 있고 글로벌 사우스 국가들은 아예 개념이 없는 나라가 많다.
 
2009년 미국발 금융위기 이후 세계는 각자도생의 길을 걸어왔다. 그것이 트럼프를 통해 극대화됐다. 국가 산업 발전을 위해 국가의 역할이 더 커졌다는 것이다. 얼리어댑터들의 시장이 끝나고 대중화로 진입해야 하는 전기차 시장이 지금 정체기를 맞고 있다. 그런 상황에서 E-GMP 플랫폼을 베이스로 한 현대차그룹의 전기차는 2022년부터 올해까지 3년 연속 월드 카 오브 더 이어에 선정될 정도로 상품성을 인정받고 있다.
 
중국업체가 주도하는 가격 전쟁을 피할 수는 없다. 그런 상황에서 전기차 시장의 포지셔닝을 위한 전략이 필요하다. 그것은 환경이 최대의 화두인 시대에 국가적인 뒷받침이 있어야 가능하다. 그런데 산업부 관계자는 규제혁신을 강조했다. 그보다는 RE100과 재생에너지 등 산업 환경 조성이 우선되어야 한다. 글로벌 시장의 흐름을 읽고 있는지 궁금하다.
 
그런 한편으로 전기차 전환을 적극적으로 추진하고 있는 공급업체의 약 50%가 내연기관 사업을 매각하거나 구조조정을 하고 있다고 엘릭스 파트너스는 분석했다. 그러나 배터리 전기차가 점점 더 널리 보급되면서 내연기관 엔진의 생산량은 전환점에 가까워지고 있다고 보았다. 내연기관차 생산량 감소는 2024년부터 가속화되며 2028년 북미에서는 12%, 유럽에서는 33% 감소할 것으로 예상했다. 장기적으로는 2035년 배터리 전기차의 세계 시장 점유율이 35%, 플러그인 하이브리드 전기차는 3%에 이를 것으로 전망했다.
 
 
블룸버그NEF는 2023년 6월 연례 장기 전기차 전망(EVO)보고서에서 전기승용차가 2023년 초 2,700만 대에서 2026년 1억 대, 2040년에는 17억 대 이상에 달할 것으로 예상했다. 물론 거기에는 넷 제로 시나리오도 포함되어 있다.
 
탄소중립이라는 인류의 도전과제라는 글로벌 컨센서스는 파리협정을 통해 이루어졌다. 하지만 그것을 수행하기 위한 구체적인 방법론에서는 아직까지 중구난방이다. 세상일이 다 그렇다. 대부분 정치적인 이해득실을 따지기 때문이다. 다른 표현으로 하면 국가 간의 주도권 싸움이다. 그 정치가 자국의 이익을 위한 것일 수도 있고 권력집단의 사익을 위한 것일 수도 있다. 업계의 로비도 변화를 가로막는 요소다. 누구를 위한 정치를 하는가는 이 시대 글로벌 화두다.
 
 
<참고>
 
한국자동차연구원이 주최하고 학계와 자동차업체, 정유업계, 그리고 산업부 관계자 등이 참여한 자산어보(자동차산업을 어우르고 보듬다)라는 타이틀로 개최된 행사는 한국의 자동차산업이 어떤 방향으로 가고 있는지를 가늠할 수 있는 장이다. 이번 행사는 서울대 미래모빌리티학과 민경덕 교수가 키노트 스피치를 했고 한국자동차연구원 친환경기술연구소 대체연료동력기술부문 정재우박사, 에너지경제연구원 김태환실장, 그리고 산업통상자원부 박충희 사무관 등이 주제 발표를 했다. 이어서 현대자동차 유철호 책임연구원, 현대오일뱅크 정진환 책임연구원, HD현대인프라코어 박윤섭 책임연구원 등이 자사의 정책을 설명했다. 위 글은 이들이 발표한 내용을 반영한 것이다.
 
이번 행사의 큰 주제는 대체연료- 탄수중립을 위한 탈석유 시대, 미래 대체연료의 가능성이었다.

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