[이슈&인사이트]내연기관 자동차 vs. 전기차 승자는?

김필수 대림대학교 교수/김필수자동차연구소 소장

▲김필수 대림대학교 자동차학과 교수/ 김필수자동차연구소 소장

130여년을 이어온 내연기관차가 갖고 있는 재미는 무엇보다 ‘운전의 재미’라고 할 수 있다. 변속기를 이용한 변속의 재미다. 진동과 소음은 물론 노면 소음과 풍절음 이 융합돼 ‘운전’이라는 재미를 준다. 그런데 최근 급속이 확산되는 전기차로 인해 기존의 엔진과 변속기가 배터리와 모터로 대체되면서 운전의 재미가 없다는 이가 적지않다. 한편에서는 기계음(엔진소음) 등의 소음과 진동이 없어진 정숙성 높은 전기차의 등장을 반기기도 한다.

어쨌든 전기차 시대는 오고 있다. 소비자들은 재미냐, 정숙성이냐를 놓고 선택의 폭이 커지는 상황이다. 그만큼 내연기관 자동차업체와 전기차 업체의 주도권 경쟁은 치열해 질 수 밖에 없다. 내연기관 자동차업체 입장에서는 전기차의 등장은 달갑지 않을 수 밖에 없고 전기차와 생존경쟁이 불가피하다. 완성차업체 중 내연기관차로 글로벌 시장을 주도해 온 BMW, 포르쉐, 토요타 등 전통적인 자동차 메이커들은 내연기관 자동차 시장을 유지하기 위해 사업구조를 고도화하는 등 안간힘을 쓰고 있다.차를 을 중심으로 기존 내연기관차 중심의 사업구조를 유지하기 위해 안간힘을 쓰고 있다. 사업구조 고도화 등을 통해 디젤 차량 생산을 유지하거나 그 밖의 내연기관차로 투자 대비 수익을 극대화하려는 노력을 펼치고 있다.

이들 기업은 기존의 내연기관 엔진체계를 이용하면서 탄소중립 등의 시대조류를 따라가기 위한 해법을 수소에서 찾는다. 수소전기차 또는 수소연료전지차로 불리면서 아예 수소탱크를 싣고 산소와 결합하는 소형발전기인 수소연료전지 스택을 활용해 동력원으로 운용하는 방법이다. 1960년대 우주선의 에너지원으로 사용하던 시스템을 자동차로 발전시켜 지금의 수소전기차가 탄생했다. 현대차의 ‘넥소’와 토요타의 ‘미라이’가 이 방식으로 양산체제를 구축했다.

수소로 기존 엔진을 활용하는 대표적인 사례로 수소엔진차를 들 수 있다. 20년 전 BMW가 기존의 엔진 시스템을 활용해 연료로 수소를 넣어 연소하는 방법으로 연소 후 배출되는 가스는 거의 없고 물만 배출하는 이상적인 시스템이다. BMW7시리즈를 변형해 ‘하이드로젠7’이라는 브랜드로 100여대를 생산해 글로벌 스타들에게 리스하는 형태로 운영했다. 당시 국내에도 소개돼 신선한 충격을 줬다. 하지만 이후 기술적·경제적 한계에 부딪쳐 생산을 중단했고 수소전기차로 진화했다. 얼마 전 도쿄오토살롱에서 토요타의 전통모델인 86을 기반으로 제작한 AE86 두 가지의 수소전기차가 선보였다, 두 모델 모두 변속기 5단은 그대로 사용하여 운전의 재미를 선사하는 모델이다. 토요타는 항상 언급하는 것이 미래형 모빌리티로 변신하면서 ’운전의 재미‘를 지속적으로 내세우고 있다. 수소탱크를 차량에 싣고 기존 엔진의 인젝터와 점화플러그, 연료파이프 등 부품일부를 교체하여 그대로 사용하는 방법으로 변속기도 그대로 사용하는 장점도 있고 생산현장, 부품업체 등 모두가 그대로 유지하면서 갈 수 있다.

최근 또 하나로 부각되는 것이 이-퓨얼(E-Fuel: Electricity Based Fuel· Eletro Fuel)이다. 물을 전기분해해 수소를 만들고 여기에 이산화탄소와 질소를 혼합해 제작한 특별 연료로 기존 엔진에 사용할 수 있는 것이다. 이산화탄소는 배출되지만 이를 포집해 연료로 다시 사용하는 만큼 탄소중립 실현도 가능하다. 역시 BMW 및 폭스바겐 등에서 언급하는 연료로 폭스바겐에서는 칠레에 이-퓨얼 연료 생산 시설을 만들었다. 다만 가격이 너무 높아 2040년은 돼야 가솔린 등 기존 연료와의 경쟁력을 확보할 수 있다는 게 흠이다. 수소전기차나 수소엔진차 모두 수소의 효율적인 생산이 관건이다. 물에서 수소를 얻는 수전해 방식을 위해서는 신재생 에너지를 사용해 수소를 얻는 ‘그린수소’가 가장 현실적인 대안으로 제시되고 있다. 하지만 그린 수소를 대량으로 경제적으로 얻을 수 있는 방법은 찾아야 기존 내연기관 자동차가 살 수 있다. 내연기관 자동차와 전기자동차와의 경쟁이 흥미진진하다.