생글생글

과학과 놀자

충전하기 불편한 전기차, 태양광으로 달리게 할수 없을까

요즘 길을 다니다 보면 파란색 번호판을 단 전기차를 심심치 않게 볼 수 있다. 전기차는 내연기관을 사용하는 차에 비해 적은 환경 오염과 소음, 저렴한 충전 요금 등 다양한 장점이 있다. 브레이크와 타이어 관련 부품 말고는 거의 손댈 것이 없다는 것도 장점이다. 환경 오염을 막기 위해 전기차 구매 시 정부로부터 지원금을 받을 수 있으며, 고속도로 통행료도 50% 할인받을 수 있다. 이 외에 차량 내부가 넓고 주행 성능이 좋다는 장점은 덤으로 딸려온다.그런데 2021년 미국 인터넷 금융매체 마켓인사이더 연구에 따르면 전기차 소유자 5명 중 1명은 다시 내연차로 전환했다. 왜 그럴까. 전기차 충전의 번거로움 때문이라고 한다. 전기차의 주행거리는 보통 500㎞ 정도지만, 차량을 이용할 때 에어컨이나 난방 등도 이용하다 보니 실주행 거리는 짧아진다. 배터리 성능이 떨어지는 겨울철에는 주행거리가 더 줄어든다. 충전 인프라가 부족하고 충전에 오랜 시간이 걸리는 것도 불편 요인이다.이에 따라 자동차업계에서는 태양전지가 큰 이슈가 되고 있다. 자동차 지붕에 태양광 패널을 넣어 전기차 충전의 단점을 극복하고자 하는 것이다. 이를 솔라 루프(태양광 패널 지붕)라고 부른다.솔라 루프 상용화는 2009년 도요타 프리우스에 장착하며 시작됐다. 현대도 2019년 쏘나타 하이브리드에 솔라 루프를 장착해 하루평균 3.6㎞를 더 달릴 수 있도록 했다. 최근 인기 있는 아이오닉 5에도 솔라 루프 옵션을 넣었다. 테슬라는 2016년 11월 17일 부채가 많은 솔라시티를 인수해 태양광산업 관련 첫 제품으로 솔라 루프를 출시했다.태양전지는 무엇으로 만들어졌으며 어떤 원리로 작동되는 걸까. 태양전지는 반도체로 만들어

숫자로 읽는 세상

전기차 전환의 역설…23만명 일자리 사라질 판

국내 상장 자동차 부품사의 지난 1분기 영업이익이 약 25% 곤두박질친 것으로 나타났다. 완성차회사와 달리 부품사는 원재료값 상승분을 납품가에 반영하지 못한 채 생산량 감소의 직격탄을 맞았다. 완성차 생산량 감소가 고착화하고 전기차 전환까지 겹치면서 약 23만 명의 고용을 담당하는 자동차 부품업계가 고사 위기에 처했다는 우려가 나온다.한국경제신문이 자동차 부품 전문회사 중 1분기 실적을 공시한 83곳을 전수 조사한 결과 이들 기업의 영업이익 합계는 7695억원으로 지난해 같은 기간(1조289억원)보다 25.2% 급감했다. 83곳 중 60%에 달하는 49개 기업의 영업이익이 전년 동기 대비 감소했고, 적자를 낸 회사도 30%인 25곳이나 됐다. 작년 1분기에 이어 올해도 적자를 낸 기업은 14곳, 적자로 전환한 회사가 11곳이었다.부품사들이 부진한 실적을 낸 것은 완성차 생산이 차질을 빚으면서 납품 물량이 줄었기 때문이다. 1분기 국내 완성차 생산량은 83만7169대로 작년 같은 기간(90만8840대)보다 7.9% 감소했다. 설상가상으로 원자재 가격이 치솟았지만 오른 만큼 납품가에 반영하지 못했다. 분석 대상 83개 기업의 제조원가는 지난해 1분기 22조9794억원에서 올해 25조6782억원으로 11.7% 뛰었다.2분기에도 실적 부진이 이어지고 있다. 신한금융투자가 전망치를 낸 대형 5개 부품사(현대모비스 한온시스템 현대위아 만도 SNT모티브)의 2분기 영업이익 합계는 7550억원으로 전년 동기(8080억원) 대비 6.6% 감소할 것으로 추정됐다. 국내 완성차 생산량은 지난달에도 전년 동월보다 5.3%(1만7210대) 줄었다.부품사들의 실적 부진은 점점 구조화하고 있다는 점에서 우려를 낳고 있다. 중장기적으로 완성차업체는 생산량을 줄이고 수

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'탈 것'의 진화…마차에서 내연기관차, 전기차, 수소차로

소나 말 같은 동물이 아니라 자기 힘으로 가는 수레가 지구를 누비게 될 것이라는 생각은 1250년 나타났습니다. 로저 베이컨(Roger Bacon-프란시스 베이컨과 다름)이라는 철학자의 아이디어였죠. 아이디어는 ‘토머스 제퍼슨의 촛불’처럼 사람들을 타고 옮겨가면서 새로운 아이디어를 낳았습니다. 다른 사람이 불을 붙여 가도 내 촛불은 어두워지지 않는 것처럼, 아이디어도 그렇답니다. 자동차는 그렇게 잉태됐고 진화의 길에 들어섰습니다.레오나르도 다빈치는 태엽으로 움직이는 것을 설계했습니다. 아이작 뉴턴은 물을 끓여 힘을 얻는 증기를 이야기했습니다. 그러나 실행하지는 못했습니다. 1769년 자동차의 원본을 제시하고 실행한 사람이 등장했습니다. 그의 이름은 니콜라 조제프 퀴뇨. 프랑스 군인이었죠. 그는 무거운 대포를 옮길 수 있는 무엇인가를 생각하던 중 제임스 와트의 증기기관이라는 아이디어를 가져왔습니다. 커다란 증기 발생기를 실은 수레였죠. 증기의 힘을 바퀴에 전달하는 원시적 시스템도 달았습니다. ‘자동차’ 시현 날 이 물체는 최초의 자동차 교통사고를 내고 맙니다. 브레이크가 없어서 벽을 들이받은 겁니다.헤라클레이토스의 말(오래 지속되는 것은 오직 변화뿐이다)대로 퀴뇨의 자동차는 제법 오랜 기간 변화를 겪어야 했습니다. 100년 정도 뒤인 1883년 ‘혁신은 들불과 같다’는 말을 입증한 사람이 나타났습니다. 여러분이 알고 있는 자동차 브랜드 ‘벤츠’의 주인공 카를 벤츠입니다. 독일인인 그는 가솔린의 폭발력을 이용한 엔진을 선보였습니다. 바퀴가 세 개인 자전거 같은 물체에 엔진을 달았습니다. 그가 만든 ‘모토바겐’의 속도는

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수소차, 고압수소와 산소 화학반응에서 나온 전기로 '씽씽'

전기차와 수소차는 전기를 만드는 방식에서 뚜렷하게 대조되는데 전기차는 리튬이온전지(배터리)에 저장했던 전기를 사용합니다. 수소차는 연료통(수소탱크)에 충전된 고압 수소(H)와 공기 중의 산소(O)를 연료전지(fuelcell)에 넣어 화학반응을 일으키는 과정에서 나온 전기를 씁니다. 이 과정에서 나온 물(H2O)은 그대로 배출됩니다. 연료전지에서 나온 전기가 모터를 돌리고도 남으면 배터리에 저장했다가 나중에 쓰기도 합니다. 수소차는 전기차에 비해 수소탱크와 연료전지 등 부품이 더 필요합니다. 테슬라와 현대자동차의 대결전기차는 배터리와 모터만 있으면 만들 수 있기에 비교적 쉽게 개발할 수 있습니다. 자동차를 만들어본 경험이 없는 미국 테슬라가 2008년 로드스터를 시작으로 계속 새로운 모델을 세상에 내놓은 것도 그런 이유에서입니다. 그러나 전기차의 단점은 배터리 충전시간이 길고 주행거리가 상대적으로 짧다는 것입니다. 충전소에서 급속충전하려면 20~30분 이상 걸리고 가정에서 완속충전하려면 4~5시간 이상은 필요합니다. 한 번 충전 후 주행거리는 국내에선 최대 414㎞(쉐보레 볼트 EV) 정도로 서울과 부산 사이 경부고속도로 416.1㎞에도 못 미칩니다.반면 수소차는 한 번 수소를 탱크에 채운 뒤 609㎞ 이상(현대자동차 넥쏘) 달릴 수 있으며 충전 시간도 5분 남짓에 불과합니다. 특히 트럭이나 버스 등 대형차는 강력한 구동력을 필요로 하는데, 배터리 용량 등 현재의 전기차 기술로는 한계가 있어 수소차로 만들어야 합니다. 대신 수소차는 2021년형 넥쏘가 6765만~7095만원으로 동급 차량의 두 배 이상 비싸죠.민간 우주선 스페이스X를 성공시킨 테슬라의 일론 머스크 최고경영자(CEO)는

과학과 놀자

끓는점 차이 이용해 원유를 LPG·휘발유·경유 등으로 분리

화학공학과에서 자주 듣는 질문 중 하나는 '석유는 언제쯤 고갈될까'이다. 흥미로운 사실은 2018년 원유의 가채연수(확인 매장량을 현재의 연간 생산량으로 나눈 값으로 앞으로 채굴 가능한 기간을 의미)는 50년인데, 30년 전에 예상한 가채연수는 43년이었다. 매년 엄청난 양의 석유가 사용되지만, 매장량은 오히려 늘어난 이유는 무엇일까? 매장량의 간단한 정의는 '불확실성 없이 검증된 기술로 상업적으로 생산할 수 있는 양'이다. 반면, 시추로 확인했지만 상업적으로 생산하기 힘든 경우 '발견 잠재 자원량'이라고 하며, 석유가 있을 가능성은있지만 시추로 확인하지 못한 경우를 '탐사 자원량'이라고 한다.두 자원량은 매장량에 포함되지 않지만 유가 상승, 정부 규제 완화, 또는 생산기술 발전에 따라 매장량으로 편입될 수 있다. 게다가 석유자원 개발 회사가 원활한 회사 운영을 위해 40~50년간의 매장량을 확보하기 때문에 그동안 가채연수는 40~50년으로 유지돼 왔다. 석유란 무엇일까석유(petroleum)는 암석을 뜻하는 그리스어 petro와 기름을 뜻하는 라틴어 oleum이 합쳐져 만들어졌다. 정제하지 않은 석유를 원유라고 하며, 이를 증류와 같은 정유공정을 통해 만든 제품을 석유제품이라고 한다. 석유는 탄소 87~83%, 수소 14~10%, 질소 2.0~0.1%, 산소 1.5~0.05%, 황 6~0.05%, 금속(바나듐, 니켈, 철 등) 1000ppm 이하 질량비율로 이루어져 있다. 석유는 액체이므로 수송 및 사용이 용이하고 열량이 높고 불순물이 적어 완전연소가 가능한 장점이 있다. 정유산업: 끓는점 차이로 제품을 나누다정유산업은 정육점과 비슷한 특징을 가진다. 정육점에서는 도축된 소를 뼈와 근육을 기준으로 안심, 등심

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'친환경 바람' 타고 전기차는 질주

현대자동차 등 국내 자동차업체들은 지난 5월 전기차 1만1496대를 수출했다. 같은 달 전체 수출 차량(9만5400대)의 12.1%에 달한다. 수출차 10대 중 1대꼴이다. 올 들어 5월까지 전기차 수출은 4만2021대로 전년보다 64.1%나 급증했다. 이 같은 추세라면 올해 전기차 수출은 사상 처음 10만 대를 넘길 것으로 관측된다.국내 도로를 질주하는 전기차도 늘고 있다. 작년 국내에서 팔린 전기차는 4만6966대로 집계됐다. 전기차 태동기인 2011년(338대)과 비교해 150배 가까이 늘었다. 10년 동안 전기차 누적 판매대수도 10만 대를 넘어섰다. 1회 충전 시 주행거리가 400㎞에 달하는 현대차 코나 일렉트릭(406㎞)과 GM 쉐보레볼트(414㎞)의 등장으로 전기차 보급이 확대된 결과다.20여 분 충전으로 500㎞ 이상 주행할 수 있는 ‘3세대 전기차’가 등장하면 전기차 시대가 본격화될 전망이다. 블룸버그 뉴에너지파이낸스(BNEF)에 따르면 2019년 200만 대였던 글로벌 전기차 판매량은 2025년엔 850만 대, 2040년에는 5400만 대에 달할 전망이다.현대차와 폭스바겐, 제너럴모터스(GM) 등 글로벌 자동차 기업들도 앞다퉈 전기차 개발에 열을 올리고 있다. 현대차는 2025년까지 9조7000억원을 전동화 기술 개발에 투자할 계획이다. 폭스바겐그룹은 2024년까지 330억유로(약 45조원)를 전동화 부문(E모빌리티)에 투자하겠다고 발표했다. GM도 2025년까지 200억달러(약 25조원)를 전기차 개발에 쓸 계획이다.전기차 주행거리를 좌우하는 배터리를 놓고도 치열한 승부가 펼쳐지고 있다. LG화학과 파나소닉, CATL 등 배터리 제조사들의 경쟁에 테슬라와 GM 등 자동차 제조사들까지 ‘참전’을 선언했다. GM은 LG화학과 함께 개발한 차세대 배터리 얼티움을 새 전기

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전기차 양산 25년…20분 충전에 서울~부산 달린다

1회 충전에 500㎞ 이상 주행할 수 있는 ‘3세대 전기차’는 전기차 대중화 시대를 앞당길 ‘게임 체인저(판도를 바꾸는 결정적 요인)’로 꼽힌다. 3세대 전기차는 서울에서 부산까지(456㎞) 충전 없이 한 번에 달릴 수 있다. 가솔린(휘발유)과 디젤(경유) 등 화석연료를 쓰는 기존 내연기관 자동차와 대등한 주행거리다. 충전시간도 대폭 단축된다. 지금은 배터리 용량의 80%까지 충전이 가능한 급속충전기를 이용하더라도 1시간은 꼼짝없이 기다려야 한다. 하지만 3세대 전기차 시대가 열리면 20분 충전만으로 500㎞를 주행할 수 있다.주행거리 늘려온 전기차들전기차는 주행거리에 따라 1~3세대로 구분된다. 미국 최대 자동차 회사인 제너럴모터스(GM)는 1996년 세계 최초의 순수 양산 전기차 EV1을 선보였다. 당시 1회 충전 후 주행거리는 160㎞였다. 서울에서 대전(160㎞)을 간신히 갈 수 있는 수준이다. 주행거리 160㎞가 1세대 전기차 기준이 된 배경이다.국내에선 현대자동차가 2016년 출시한 아이오닉 일렉트릭(1회 충전 주행거리 200㎞)과 기아차가 2017년 선보인 쏘울 EV(180㎞), 르노삼성자동차가 같은 해 내놓은 SM3 ZE(213㎞) 등이 1세대 전기차로 분류된다. 1회 충전으로 서울에서 충청권까지만 운행할 수 있었다.전기차는 2세대로 넘어오면서 주행거리가 두 배 가까이 늘었다. 현대차가 올해 1월 출시한 코나 일렉트릭 2020년형은 1회 충전 시 주행거리가 406㎞에 달한다. 기아차가 3월 내놓은 2021년형 쏘울 부스터 EV(386㎞)와 2020년형 GM 쉐보레 볼트(414㎞) 등도 2세대 전기차에 속한다.SUV부터 픽업트럭까지 전기차 쏟아져현대차와 폭스바겐, GM 등 글로벌 자동차 업체들은 전기차 전용 플랫폼(뼈대)을 적용해 3세대 전

숫자로 읽는 세상

현대차 주도 전기차 '배터리 동맹', 삼성·LG·SK로 확장

삼성 현대차 SK LG 등 국내 4대 그룹 총수가 전기차 배터리산업에 집중하고 있다. 미래형 배터리와 관련된 일이라면 시간과 장소에 상관없이 나서고 있다. 지난 22일 정의선 현대차그룹 수석부회장과 구광모 LG그룹 회장이 충북 청주에 있는 LG화학 오창공장에서 만난 것도 같은 맥락이다. 두 사람은 3시간가량 전기차 및 배터리산업에 대해 논의했다. 오찬도 함께하며 대화를 이어갔다. 이번에도 양 회사 실무진이 총수들의 회동을 제안했고, 정 수석부회장과 구 회장은 흔쾌히 수락한 것으로 알려졌다.전기차 시장은 하루가 다르게 성장하고 있다. 2030년이 되면 글로벌 신차 중 절반이 전기차일 것이라는 관측도 나온다. 당초 예상보다 빠르게 전기차 시대가 열릴 것이라는 전망도 제기된다. 현대·기아차를 비롯한 글로벌 완성차 업체들은 전기차 분야에 수십조원을 투자하겠다는 내용의 계획을 잇따라 발표하고 있다. 현대차그룹은 2025년까지 전기차 시장 점유율을 10% 수준으로 끌어올려 세계 2위로 올라서겠다고 밝혔다.글로벌 전기차 판매량이 늘수록 배터리 시장도 커진다. 배터리는 전기차 단가의 30~40%를 차지할 정도로 경쟁력을 좌우하는 핵심 부품이다.전기차 시대가 도래하면 완성차 업체와 배터리 업체의 협업이 중요해진다. 차량 개발 단계부터 각 모델 특성에 맞는 배터리를 준비해야 최고의 성능을 발휘하기 때문이다. 2023년 이후에는 배터리 수요가 공급량을 앞질러 배터리가 없어 전기차를 생산하지 못하는 상황이 벌어질 수도 있다. 완성차 업체는 미래의 안정적인 공급처가, 배터리 업체는 현재의 확실한 납품처가 절실하다. 이미 미국 제너럴모터스(GM)와 테슬라는 각각 LG화학, 일본 파나소