친환경 자동차 시대의 본격적인 개막

산업혁명 이후, 인류를 근대화로 이끈 화석연료의 사용은

이산화탄소를 과도하게 배출시키면서 지구온난화를 이끈 주범으로 지목되어왔다.

UN은 환경에 악영향을 주는 에너지 관련 이산화탄소 배출량의 25%는 자동차를 중심으로 한 교통수단이라고 발표했다.

미국의 대표적인 전기자동차 회사인 테슬라 모터스의 CEO인 엘론 머스크는

지난 COP21, 파리 소르본에서 강연을 하면서 기후변화에 대한 그의 생각을 밝혔다.

그는 잉여탄소가 급격하게 증가해 지구의 평형상태를 헤친다며

화석연료 시대의 종말을 위하여 탄소세를 부과하는 정책으로 기업을 압박하는것이 효과적일 수 있다고 말했다.

각 국가와 기업이 환경에 대한 책임을 안고 실천적인 대안을 실행해야하는 가운데

자동차 산업에서의 에너지 패러다임의 변화는 어디까지 진행되었으며

이로인한 디자인의 변화는 어떠할지 알아보자.

01

테슬라, 전기차 시대를 위한 치밀한 준비

테슬라의 엘론 머스크는 앞으로 5,6년 후, 2020년 쯤에는 완전 자율주행 전기차를 선보일 것이라고 말했다.

실제로 테슬라의 시계는 세계각국 탄소배출 및 연비규제가 본격화되는 2020년을 가리키고 있다.

자율주행전기차 출시 뿐만 아니라 연간 판매량 50만대의 목표 시점도 2020년이다.

판매 확대를 위해서는 합리적인 자동차 가격이 필수인데, 그 핵심은 배터리의 원가를 낮추는데에 있다.

테슬라는 이를 위해 전 세계 리튬이온전지 전체규모를 한 곳에서 생산하여

전지 가격을 획기적으로 낮추는 '기가팩토리 프로젝트'를 시작했다.

Tesla, Model S

Tesla, Model S                                                        Tesla, Model X

테슬라는 2003년에 설립되어, 2008년에 테슬라의 첫번째 전기차 스포츠카인 Roadster를 선보였고,

이후 세단형 전기차 model S, SUV 전기차 model X를 내놓으면서

불과 10년만에 미국에서 가장 신뢰받는 전기차 브랜드로 자리잡았다. 이어서,

다가오는 2016년 3월, 스위스 제네바 모터쇼에서 model 3를 최초로 공개하고 2017년부터 보급한다고 밝혔다.

이는, 전기차를 대중화하기 위하여 기존에 출시되었던 제품 가격의 절반가격으로 낮추어

약 3만 5000달러(약 4200만원)로 판매될 예정인데,

개발 후 판매까지 2년이 걸리는 데에는, 전기차에 탑재되는 배터리 가격을 낮추기 위한 것으로 해석된다. 

차량 내부에는 미국 네바다주 기가팩토리에서 생산된 배터리가 탑재될 예정이다.

출처 | teslamotors.com

그 동안 전기차가 상용화되지 않았던 데에는 배터리 기술의 한계와 충전 인프라의 원인이 컸다.

테슬라는 기존의 자동차 제조업체의 동력원 생산 패러다임과 다르게 

배터리 효율을 높일 수 있는 전혀 다른 방법을 적용하고 있다.

테슬라의 배터리 충전 방식은 크게 두 가지이다.

하나는 무료 급속 충전방식으로 100% 충전에 75분이 소요되며 400km를 주행할 수 있다.

다른 하나는, 201년에 발표되 배터리 팩 교체 방식으로, 비용이 발생하지만 

90초 안에 완전 충전 배터리를 교체할 수 있는 방법인데,

세단급 연료를 가득 채웠을 때 드는 비용보다는 높지 않을 것이라고 한다.

테슬라는 이미 미국과 유럽, 중국, 일본을 포함한 세계 602개의 충전소, 3519개의 슈퍼차저를 설치하였다.

한국은 예정국가에는 포함되어 있지 않지만, 제주도에서만 판매를 진행한다고 한다.

02

자동차 무선충전, 가능할까?

Google Self driving ar

IEE스펙트럼 보고서에 따르면, 구글이 개발중인 자율주행차에 무선충전기술이 더해질 것으로 보인다.

이 기술은 자기공진방식(resonatic magnetic induction)을 이용하여 전력을 전달한다.

구글은 무선충전 시스템 전문 업체인 히보파워(Hevo Power)와 모멘텀 다이내믹스(Momentum Dynamics)와 협력한다.

특히, 무선충전 기술로 자율주행차가 기존의 전기차보다 작고 가벼운 배터리를 사용할 수 있어서

차량가격을 낮출 수 있고, 충전 시설 공간 확보가 용이할 것으로 보인다.

Hevo Power

세계 최대 무선통신 반도체 업체인 퀄컴(Qualcomm)은 자기유도방식의 무선충정방식을 헤일로(HALO)라고 명명했다.

이는 충전소 바닥 위와 지표면 아래에 설치된 충전기 간의 전력 전송을 통해, 무선으로 충전을 진행하느 방식이다.

컬컴은 다임러와 협약하면서, 2017년에는 무선 충전이 가능한 벤츠 전기차가 출시될 가능성이 높다.

헤일로는 주차를 한 상태에서 충전이 이루어지는 고정충전 방식 뿐만 아니라 다양한 방식을 개발중인데,

신호 대기 중, 특정한 구간에 정차 시에 충전이 가능하도록 한 세미 다이나믹, 

도로에 충전시설을 내장하여 주행 중에도 충전이 가능한 다이나믹 충전 방식이 바로 그것이다.

Qualcomm

영국정부는 전기차 상용화를 위한 인프라를 구축하는데 책임을 갖고 실현 가능한 프로젝트를 진행하고있다.

영국의 하이웨이즈 잉글랜드(Highways England)는 

도로 밑에 충전코일을 설치하여 전기차에 전력을 공급하는 방식으로

달리는 차에 전기를 충전할 수 있는 도로를 18개월동안 시범운영한다. 

Highways England

03

전기차의 대항마, 수소차의 추격

Hyundai, ix35

수소차는 전기자동차와 함께 차기 교통수단으로 각광받는 대체에너지 차량이다.

한국에서는 2013년, 현대자동차 투싼ix, 일본에서는 2014년, 도요타 Mirai.

이들은 세계최초로 양산 체제를 갖춘 수소연료전지차를 출시했다.

수소차의 성공여부 역시 합리적인 차량가격과 충전소 인프라에 달렸다.

일본 정부는 제4차 에너지 기본계획에 따라 수소.연료전지 로드맵을 공개했는데,

2030년까지 전국에 수소충전소 3000기를 설치하고, 수소차 보급 대수를 700만대로 늘린다는 구상이다.

일본 뿐 아니라 친환경차에 대한 수요가 높은 덴마크는 인구밀집도가 높은 대도시를 기점으로 

반경 150km마다 1기씩 수소충전소를 구축하는 등 수소차 확산에 나서고 있다.

한국의 경우, 세계 최초 수소차 양산에 성공했지만

높은 가격에 충전 인프라가 부족하여 보급이 활발하지 않다.

Riversimple, Rasa

그런데 영국에서는 2009년에 설립된 리버심플(Riversimple)이라는 신생 자동차회사가 Rasa라는 수소차를 개발중이다.

리버심플은 수소인프라를 활용해 연료전지 차량을 보급하겠다는 목표를 가지고

실질적인 판매가 가능한 비지니스 모델을 구상중이다.

Riversimple, Rasa

리버심플은 상대적으로 적은 출력의 연료전지를 사용하는 대신

 차량을 2인용 미니카로 만들고, 다양한 경량화 기술을 통해서 이 문제를 극복하고 있다. 

리사의 무게는 580kg에 불과하지만 연료전지 출력은 8.5kw정도이다.

라사에는 슈퍼 캐파서터가 있어 브레이크를 밟을 때나 감속할 때, 

에너지를 50% 저장하여 가속 시에 출력을 보탠다.

비용을 줄이기 위해 수소저장 금속대신 수소탱크를 사용하기 때문에 1.5kg의 소량밖에 저장하지 못하지만

연비는 약 106km/L, 최대 주행거리는 483km, 이산화탄소 배출량은 40gCO2/km로 매우 낮다.

Riversimple, Rasa

현재는 웨일즈 정부에서 연구비를 받아 프로토타입을 제작한 상태로 2018년 출시를 목표로 하고 있으며

개발작업에는 포뮬라 레이싱 및 항공분야 엔지니어가 대거 참여하고 있다.

배터리 기술의 진보로 친환경차의 선두주자는 전기차임이 분명해 보인다.

게다가 수소충전 인프라 건설에는 많은 비용이 들고 아직 보급이 거의 되지 않은 반면, 

전기 충전소는 상대적으로 저렴하고 안전하며 이미 상당량 보급되어 있기 때문이다.

그러나 수소연료전지 차량이 그 틈새를 파고들 수 있을 지 기대해본다.

04

최대에너지효율을 위한 공기역학 디자인

테슬라 디자인 부문을 통해 입수한 외신기자의 정보에 따르면

곧 발표할 테슬라 model 3가 공기 저항이 상당히 적은 디자인을 갖게 될 것이라고 한다.

공기 저항 성능을 높이면 자동차의 최고속도가 높아지는 것은 물론, 연비가 좋아진다.

공기저항계수는 공기의 흐름에 대항하는 계수를 말하는 것으로,

수치가 낮을수록 그 만큼 공기의 영향을 덜 받는다는 의미이다.

Volkswagen XL1

테슬라의 엘론머스크는 model 3의 공기저항계수가 0.2를 밑돌게 해야 한다는 지시를 내렸다고 한다.

현재 판매중인 일반 차량의 공기저항계수는 0.35~0.45 사이.

폭스바겐 XL1은 공기저항계수를 0.189로 낮추기 위하여 뒷바퀴에 덮개를 씌우도록 디자인되었다.

테슬라 model 3의 공기저항계수 목표를 위해서는 이와 같은 디자인이 적용 될 수 있다는 추측이 있다.

Mercedes benz, IAA concept

 또, 메르쎄데스 벤츠는 프랑크푸르트 모터쇼 2015에서 IAA컨셉트카를 발표했다.

이는 CES 2015에서 최초로 발표된 F015 luxury in motion과도 유사한 디자인을 취하고 있다.

Mercedes benz, IAA concept

이 컨셉트카는 주행 중에 에어로파츠를 변형해 공기저항 계수를 0.25에서 0.19까지 떨어뜨린다.

프런트 그릴의 플랩이 닫히고, 사이드 플립은 넓어지는 한편,

앞 범퍼는 안쪽으로 들어가면서 가변힐은 평평해진다.

그 뿐 아니라 보닛에서 지붕 쪽으로 올라간 공기가 완만한 라인을 거쳐 

자연스럽게 차량 뒷쪽으로 빠져나가도록 설계해 공기저항계수를 떨어뜨린다.

Mercedes benz, IAA concept

에너지의 최대 효율을 위해 바람을 거스르지 않는 완만한 곡선과 물 흐르듯이 매끈한 표면감은

외관과 인테리어를 아우르는 차세대 전기자동차 디자인의 새로운 키워드가 될 것으로 보인다.