가. 전기 자동차 및 연료전지 연구개발 현황
◦ 계속되는 연료비 상승과 이산화탄소 배출량 규제로 인해 전기 자동차가 주요 대안으로 대두되고 있음.
◦ Daimler사와 전력 공급업체인 RWE는 150대의 스마트 전기 자동차를 위한 500개의 전기 충전소 설립을 추진중임.
◦ 지 난 6월 BMW와 Daimler, Volkswagen사는 늦어도 2012년까지 전기 자동차 시리즈를 출시할 것이라고 밝힌 바 있음.
◦ EU에서는 유독 성분을 함유한 금속의 사용을 금하고 있으므로, 니켈-카드뮴 전지와 같은 유독 성분의 전지를 사용할 수 없음에 따라 새로운 전기 구동 장치 및 연료전지 개발이 진행중임.
- 프랑스 자동차 회사인 PSA Peugeot-Citroen은 1995년부터 10년동안 니켈-카드뮴 전지가 장착된 1만 대의 전기 자동차를 판매한 바 있으나, EU 규정에 따라 동 차량의 생산을 중단한 바 있음.
◦ 전기 구동장치 개발에 있어 가장 중요한 기술적 문제는 에너지 저장 성능의
- 휘발유 및 디젤의 에너지 밀도는 kg당 10kWh로 현재 개발된 어느 전기 구동장치보다 성능이 우수함. 기존 구동장치와 경쟁하기 위해서는 연료 전지의 에너지 밀도를 혁신적으로 향상시키는 것이 중요함.
- 효율성 측면에서 보면, 기존 구동장치가 투입된 연료의 2/3정도만을 에너지로 변환시키기 때문에 90% 이상을 에너지로 전환시키는 전기 구동 장치가 우수함.
- Toyota에서 선보인 하이브리드 자동차 프리우스의 경우, 서행일 경우 니켈-메탈하이드리드 전지에서 에너지를 공급받음. 그러나 이 차량의 경우도 에너지 밀도가 kg당 90Wh에 불과함.
- Daimler사는 나트륨-니켈클로이드 전지를 장착한 전기 자동차를 런던에서 시범 운행 중에 있으나, 동 전지의 경우에도 에너지 밀도는 150Wh에 불과함. 일명 ‘Zebra(Zero Emission Batterie Reserch Activity)'인 동 전지를 장착한 100개의 스마트 전기 자동차를 테스트한 결과, 최고 시속은 112km/h이며 한 번 충전으로 115km 주행이 가능함.
- 또한 나트륨-니켈클로이드 전지는 재충전하기 위해 8시간이 걸리고 전지 가격도 수천 유로에 달하기 때문에 완벽한 대체 수단으로서는 부족하나, km당 2cent에 불과한 저렴한 충전비가 장점임.
- 다른 대안으로 노트북이나 핸드폰에 쓰이는 리튬 이온 전지가 대체 전지로 떠오르고 있음. 동 전지의 에너지 밀도는 kg당 800Wh임.
- 이에 따라 BASF와 Bosch, Evonik, LiTec, VW는 향후 수년간 리튬-이온 전지의 개발을 위한 콘소시엄을 구성하고 이에 약 3억6천만 유로를 투자할 계획임. 또한 독일 연방정부는 2011년까지 총 6천만 유로의 연구개발비로 지원할 계획임.
나. 문제점 및 전망
◦ 독일 교육연구부가 “현재 사용되고 있는 전지에 포함된 물질은 과다충전이나 사고시 폭발가능성이 있다”고 밝힘에 따라 화학기업인 Degussa는 전극 사이에 새로 개발한 막을 설치하여 접촉을 차단하는 기술을 개발함. 이 막은 특별한 세라믹 물질로 만들어져 과다충전이나 손상으로 인해 용해되지 않음.
일본 전지생산회사 Enax와 합작으로 수년 내로 이 기술을 시장에 선보일 예정임.
수소 및 연료 전지 개발
◦ Daimler사는 수년 내에 출시할 예정인 Mercedes S 400 BlueHybrid 차량에 온도제어장치와 통합한 리튬 이온전지를 장착할 계획임. 이로 인해 전지는 과열되지 않으며, 전기 개폐기가 전지의 상태를 수시로 감시하여 과다 충전이 되면 전력 공급이 자동으로 중지됨.
◦ 또한 티타늄 복합산화물이나 리튬-철화인산결합물 같은 나노물질을 투입 하여 리튬 이온전지 기술의 발전을 기할 수 있음. 이런 물질의 분자들은 표면적을 넓혀 저장능력을 높이는 효과를 가져옴.
◦ 10kWh 용량의 리튬 이온 전지가격이 5천 유로 정도로 아직 운전자들에게 보급되기에는 경제적 부담이 크지만, 전문가들은 유류가격이 상승함에 따라 수소나 전기 자동차의 수요가 점차 늘어날 것이라고 예상함.
◦ 가이슬링에 소재한 자동차 연구소의 평가에 의하면, 2015년에는 약 3만 대의 전기 자동차가 공급될 것이라고 예상함. 특히 소형 자동차의 경우, 시장점유율이 약 15%에 달할 것으로 예상함.
- 겔젠키르헨 대학 자동차 연구소의 예상에 따르면, 2025년도에 유럽에서 판매되는 모든 승용차가 하이브리드 차량 또는 전기 자동차가 될 것으로 예상함.
다. 회사별 주요 프로젝트
◦ Mercedes-Benz: F-Cell은 소형 연료전지 차량으로 Benz A 클래스 차량에 연료전지를 장착함. 350바(bar)의 수소를 충전할 수 있으며, 최고 출력 65kW, 최고시속 140km로 170km까지 운행할 수 있음. 2008.6월 첫 선을 보인 후속모델 F-Cell Plus는 700바(bar)의 수소를 충전할 수 있으며 270km까지 운행할 수 있음. B 클래스 차량에 장착되는 F-Cell B Class은 700바(bar)의 수소를 충전할 수 있으며 최고 출력이 80kW임.
◦ BMW: 하이드로젠 7은 수소연료 자동차로 수소연료전지 자동차와 달리 일반 가솔린 자동차와 비슷한 엔진을 사용함. 엄밀히 말하면 하이드로젠 7은 수소와 가솔린을 겸용하는 하이브리드 차량임. 동 차량의 12기통 엔진은 가솔린은 물론 수소도 연소할 수 있도록 개발됨. 연료는 170ℓ의 가솔린과 8Kg의 수소를 충전할 수 있음. 최고 출력 192kW, 최고시속 230km로 수소로는
◦ Volkswagen: Touran HyMotion은 350바(bar) 수소를 충전할 수 있으며, 고출력 85kW, 최고시속 140km로 160km까지 운행할 수 있음. 후속 모델로 는 Tiguan Hymotion(최고출력 80kW, 최고시속 150km)과 Passat Lingyu (중국시장을 목표로 중국 통지대학과 공동으로 개발. 최고출력 55kW, 최고 시속 140km)가 있음. 두 모델은 추가적인 충전장치로 리튬-이온 배터리를 장착하고 있음.
◦ Mercedes-Benz 연료전지 버스(EvoBus): 함부르크 HH2 프로젝트의 일환 으로 투입된 연료전지 버스로 최고출력은 200kW이고 350바(bar)의 수소를 충전할 수 있으며, 최고시속 80km로 300km까지 운행할 수 있음.
라. BMW 그룹(프로젝트 i)
◦ 2010년에서 2015년 사이에 새로운 상용차 시리즈를 시장에 선보일 계획임.
새로운 상용차 시리즈는 ‘프로젝트 i'라는 이름으로 진행 중이며, 매우 환경 친화적인 컨셉으로 개발 중임. 2인승 또는 4인승으로 이산화탄소 배출량이 kg당 100g 이하인 모터를 장착한 모델과 전기 구동장치를 장착한 모델이 계획 중에 있으며 최종 결정은 내년에 이루어 질 것으로 예상됨.
◦ 상기 구상의 첫 번째 단계로 BMW 그룹은 11.21-30간 로스엔젤레스에서 개최예정인 Auto Show 개막에 앞서 11.19(수) 전기 구동장치로 움직이는 시범모델 Mini E를 선보임.
- 시범 모델인 Mini E는 BMW 그룹 최초로 선보인 전기 자동차로 로스엔 젤레스와 뉴욕의 주요 회사 및 고객들에게 리스 형태로 공급될 예정임.
- Mini E는 리튬-이온 배터리에서 전기를 공급받으며, 204마력(150kW)의 강력한 전기 모터를 장착하고 있음.
- 35kWh 용량의 배터리로 200-250km를 주행할 수 있음.
- 시속 100km에 도달하는 시간은 8.5초이며 최고시속은 약 160km
- 충전배터리는 일반 가정집의 콘센트로도 충전이 가능하며, 브레이크 작동 시 발생하는 에너지를 충전하여 사용할 수도 있음. 충전시간은 가정용 충전박스를 이용할 경우, 2시간~2시간 30분 정도가 소요됨.
◦ 현재는 Mini E처럼 기존 모델에 새로운 구동장치를 장착하는 단계이나 2011년 내지 2012년에는 아주 새로운 모델을 선보일 계획임.
수소 및 연료 전지 개발
◦ 또한 BMW 그룹은 전기 공급업체인 Vattenfall사와 합작으로 독일 내 전기 자동차 상용화와 기간시설 구축을 추진한다는 파일로트 프로젝트를 11.18 (화) 발표하였음.
- 베를린에 Mini E 50대를 시범적으로 운영하고, 재생에너지에서 생산되는 전력으로 충전을 할 수 있는 전기 충전소를 건설하는 것 등이 주요 내용임.
- 베를린에는 이미 Daimler사와 전기 공급업체인 RWE사가 공동으로 Daimler사의 전기 자동차 스마트 ED의 공급과 전기 충전소 500곳 설치를 주요 내용으로 하는 프로젝트(e-mobility Berlin)를 진행하고 있음.