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자동차 신기술

하이브리드 딜레마…미래의 차 vs 과도기산물?

얼마전 "하이브리드는 지나치게 기술집약적이며 과도기적인 산물에 불과하다"는 내용을 기사에 적은 바 있습니다. 의외로 독자들의 반발이 심했기 때문에 그같은 문장이 나오게 된 이유를 설명해드리겠습니다. 
 
2007년 1월, 당시 전기차 전문 업체 레오존의 이정용사장은 저와의 인터뷰를 통해 "하이브리드차는 과도기적 제품"이라고 말한 바 있습니다. 하이브리드는 결코 에너지를 절약하는 방법이 아니라는 것입니다.

아리송한 얘기였습니다. 기름을 적게 쓰는데 어째서 에너지를 절약하지 않는다는 것일까요? 이유는 간단합니다. 하이브리드의 에너지 효율 향상은 그저 오른손에 들고있던 짐을 왼손으로 옮겨드는 역할을 하는 것이라는 겁니다.

에너지 보존법칙을 운운하지 않아도 이 세상 모든 물건이 움직이기 위해선 에너지가 필요하다는 것을 아실겁니다.

환경을 보호하는 방법은 간단합니다. 움직이는 일, 즉 에너지를 소비하는 일을 줄이는 것입니다.

차를 몰지 않고, 불필요한 불을 켜지 않고, 지나치게 난방/냉방을 하지 않고, 종이나 옷가지 등 물건을 만들었다 폐기하는 속도를 줄이면 되는 겁니다.

차를 몰지 않을 수는 없으니, 차를 가볍게 하는 것이 그나마 에너지 소비를 줄이는 것입니다. 또 같은 기계장치로 연비를 높이는 것이 에너지 소비를 줄이는 방법입니다.

경차등 가벼운 차를 몰거나 연비가 좋은 디젤차를 몰면 분명 에너지 소비를 줄일 수 있게 됩니다. 

하이브리드는 에너지 절약이 아냐? 
 
네, 하이브리드차는 에너지 소비를 줄이는 방법이 아닙니다.

복잡한 하이브리드 차의 원리를 조금만 살펴볼까요?

이 차는 기존과 마찬가지로 연료를 태웁니다. 연소된 연료를 이용해 배터리를 충전해서 조금 더 멀리 갈 수 있도록 합니다. 

독자분들이 에너지보존의 법칙을 아실테니, 연소를 통해 배터리를 충전하고, 그 배터리로 다시 차를 달리게 한다면 반드시 효율이 떨어진다는 것을 알 수 있을겁니다.

그러나 자동차는 등속 운동을 하는 것이 아니라 가속과 감속을 번갈아가면서 하기 때문에 감속하는 동안만 배터리를 충전시켜 가속할때 활용한다는 것이 하이브리드차의 원리입니다.

실질적으로 버려지는 동력을 재활용한다는 의미에서 하이브리드는 절약이라고 제조사들은 주장하고 있습니다.

그러나 하이브리드차는 기존 휘발유차의 모든 기관을 그대로 갖고 있습니다. 거기에 배터리와 모터 등 전기자동차의 대부분 기관을 추가로 갖고 있습니다. 두대 자동차에 들어가야 하는 장치를 차 한대에 구겨넣은셈이니 차체 무게가 훨씬 무겁습니다.

휘발유는 조금 덜 들어갈지 몰라도 전체 질량은 크게 늘어나기 때문에 차량이 소비하는 에너지의 총량은 일반 휘발유차보다 커집니다.

과연 환경친화적일까?

하이브리드차는 모두 리튬 배터리를 이용합니다. 도요타나 혼다는 Ni-MH(니켈 메탈 하이드라이드)를 이용하고 현대나 GM은 리튬-폴리머 전지를 이용합니다.  

리튬은 반응성이 커서 전지가 제조된 직후부터 열화(degrading)가 시작됩니다. 사용하든지 사용하지 않든지에 관계없이 시간의 흐름에 따라 노화됩니다. 점진적으로 노화되므로 2~3년이지나면 성능이 조금씩 줄어들고 5~10년 안에는 반드시 교체해야 합니다. 교체하지 않고 달고 다녀도 되겠지만, 그러면 오히려 불필요한 무게를 늘리는 짐만 되겠지요. 

배터리를 교체하면서 모터와 인버터등 관련 부품을 모두 교체해야 합니다. 이때 중고차를 구입하는 정도의 돈이 들어갑니다.

지금 우리 환경은 휴대폰 등에서 발생하는 배터리도 처치 곤란입니다. 강한 알칼리 금속인 리튬을 어떻게 폐기해야 할지 이미 골머리를 썩고 있는데, 10년 후 차 한대당 수십킬로씩 싣고 다니는 배터리가 일시에 쏟아져 나오면 대체 어떻게 처리해야 할까요? 

 
그래도 연비는 높지 않나?

하이브리드를 이용하면 정말 연비가 높아지는가 궁금하실 것입니다.

사실 정속 주행 연비의 경우 앞서 말한 이유로 하이브리드를 장착한차가 그렇지 않은차에 비해 오히려 떨어집니다. 에너지 보존의 법칙에 따라 효율이 낮을 뿐 아니라 차체도 수백kg이나 더 무겁기 때문입니다. 
대체로 하이브리드차는 배터리가 작아 정속주행시 1시간 내에 충전된 전기가 금세 바닥납니다. 만일 배터리를 늘리면 전기는 오래가겠지만 무게가 늘어나기 때문에 연비가 더 좋아지지는 않습니다.

모든 하이브리드차들이 일반 엔진에 비해 연비가 좋은 경우는 오로지 '가다 서다'를 반복하는 시내주행에서만입니다. 

공인 연비향상도 아슬아슬하게 경계를 넘는 수준입니다. 잘 나온다고 하는 하이브리드차의 연비도 18~22km/l 수준으로 일반 디젤 차량에 비해 그다지 높지 않습니다.

수동 디젤차에 정차시 시동을 스스로 정지하는 기능(ISG)까지 덧붙이면 하이브리드차의 연비를 훌쩍 뛰어넘고 맙니다. 현재 일반적인 디젤차(폭스바겐 폴로)가 가장 뛰어난 연비의 하이브리드차(프리우스)의 연비를 넘고 있습니다.

그럼 현재는 어떤게 대안인가?

결론적으로 하이브리드는 현재의 디젤엔진을 대체하지도 못할 뿐더러 미래의 자동차에 쓰일수도 없는 과도기적 방식입니다. 일본인들은 이를 마케팅적으로 활용하고 있지만, 결국 환경을 더 많이 파괴할 뿐입니다.

수소전지 등 대체 연료 개발도 진행되고 있습니다. 수소전지는 액화수소에 백금촉매를 꽂아 전기를 뽑아내고 이 전기를 통해 차를 움직이게 하는 기술입니다. 환경친화적이긴 하지만, 아직 수소를 저렴하게 뽑아내는 마땅한 방법을 찾지 못했습니다. 현재 액화 수소는 같은 양의 휘발유보다 8배 가량 비쌉니다. 그리고 촉매에 사용되는 백금도 결코 적지 않은 금액입니다.

수소를 휘발유 엔진에 직접 분사해 폭발시키는 'BMW Hydrogen 7' 등의 방식도 있지만, 효율이 떨어진다는 단점이 있습니다. 가정용 콘센트를 통해 전기를 충전시키고 작은 엔진으로 전기를 발전시키면서 달리는 '시보레 볼트' 등의 방식이 현재로선 가장 진보된 방식이지만, 아직 판매되기 전입니다. 물론 콘센트를 꽂을 수 있는 곳도 없구요.

사실 현재로선 디젤 엔진이 대안입니다. 현재까지 나온 기술 중 가장 값싸고 연비가 좋은 엔진을 만들 수 있는 기술입니다. 

연비나 관련 기술이 급속도로 발전해 현재 30.4km/l 를 넘은 상태입니다. 운전자들의 거부감도 적고 인프라도 충분히 마련돼 있어 가까운 미래의 차 엔진으로도 장착될 수 있으리라 봅니다.

  • ^^ 2009.04.28 11:22

    저도 하이브리드차는 전기차로 넘어가위한 과도기 차량일 뿐이라고 생각합니다.
    하지만 그시기는 배터리 기술도 있지만... 정부의 의지가 가장 크지않을까 합니다..
    잘 봤습니다~~~

  • Favicon of http://slime.pe.kr BlogIcon 슬라임 2009.04.28 12:27

    ㅎㅎㅎ 모처럼 전공에 가까운 글이시군요. ;-b

  • 노란7 2009.04.28 12:52

    기자님 전자전기과 나오셨나요? 전공에 가까운 글이시라니~^^;;

    예전에 현기차연구소 임원이 대학교에서 하이브리드 자동차에 대해서

    강의를 하신적이 있습니다. 그때 제가 느낀것은 현대차는 아직도 눈치를 보고 있다는

    것이었습니다. 어정쩡하게 확 매달리는 것도 아닌것이 안하는 것도 아니고..

    마치~ 이건 하이브리드를 하는것도 아니고 안하는 것도 아녀!

    이럴때는 토요타처럼 기술을 선도하는 기업이 아니라는게

    더 위안이 되는것 같습니다.... 조금 씁씁하지만...

  • 그런데.. 2009.04.28 12:59

    디젤이 그렇다고 한다면... 일단 환경 부담금을 없어져야 할 듯 합니다

  • 뭔가가 2009.04.28 22:34

    마지막은 전기 자동차가 되긴 할것 입니다. 하이브리드 보다 디젤차가 더 친환경적이긴 합니다만....
    디젤차 하이브리드 둘다 과도기에 지나지 않는 차량인듯 합니다.


    마지막은 전기 자동차겠죠...


    우주에서 24시간 태양광 전지 발전소를 운영해서 전파처럼 지구로 전기를 날리는 기술.. 지금 기술로는 상용화는 힘들지만 어느정도 가능성은 보여 주었다고 들었습니다.


    미래소년 코난에서나 보여 주었던 그런 장거리는 힘들지만 단거리는 어느정도 많은 손실이 발생하지만 된다고 하더군요.

  • Werther 2009.04.29 16:26

    사실 수소연료 차량도 환경친화적이거나 에너지 절약형이라 할 수 없죠.
    일단은 수소를 저장할 탱크 제작이 결코 쉬운일이 아니며 수소가 대부분 증발되어 버리죠.
    또한 수소 저장소(주유소)를 세우려면 저장을 위해 필요한 에너지가 만만치 않죠.
    나중에 자세한 내용을 한번 나눠보겠습니다.

  • 2009.05.05 12:25

    곡물가격과 상관없는 방법으로 바이오에탄올을 생산해 내는 방법들을 많이 개발하였고
    이제 상용화단계로만 가면 되는 상황이구요.
    물론 얼마나 대용량으로 만드느냐가 관건인데...

    바이오 에탄올도 가격면에선 솔직히 유리할게 없습니다.
    뭐 중동에서 전쟁이 터지거나 유조선 사고 나면 석유가격 오르듯이
    우뭇가사리 농사 잘해도 바닷가에 태풍같은 자연재해나 인재로 에탄올 가격도
    얼마든지 유동성이 많죠. 물론 꼭 사고가 얼마나 자주 나겠냐마는...
    산불 질러놓고 자연발화라고 말하면 좋겠지만 에탄올값 좀 떨어질라 싶으면
    없던 사고도 일부러 터뜨려서 사고내는 세상이니 알 수 없는 거구요.
    더구나 나라에서 세금 붙이기도 딱 좋죠...
    한마디로 엿장수 맘대로 부르는게 값이라... 지금의 석유와 다를게 없다는..
    안정적인 가격면에선 좀 떨어집니다.
    하지만 힘좋고 잘나갑니다. 좀 시끄러워서 그렇지 뭐 방음좀 하고.......

    이에 비해 전기로 가는 전기자동차...캬 정말 조용하고 너무 좋죠
    근데 전기도 자동차에 쓰이기 시작하면 세금이 엄청 붙겠죠...ㅋ
    하지만 타 에너지에 비해서 가격은 정말 안정적입니다.
    전기차 해결되지 않은 문제는 아직도 산적해 있죠.
    주행거리, 충.방전문제, 베터리 오염물질,
    뭐 그래도 내연기관보다는 유지비 저렴하고

    수소보다는 인프라 구축하는데 돈이 크게 들지는 않을 거고,
    단계적으로 전기차의 문제점들이 차차 해결될 조짐은 보이니
    수소 보단 전기차에 점수를 더 줍니다..
    그리고 어떠한 연료를 이용하여 전기를 발생하는 차량이든지말이죠
    수소는 기본으로 들어가게 됩니다. 한마디로 연료전지차량은 다 수소가 들어간다는거죠.

    수소를 대량 생산하기 위한 준비...
    우리가 준비하고 있는 핵융합발전소가 뭐 2050년에나 만들어진다나 뭐라나...
    그때까지 살지 모르지만... 산다고 해도 운전은 못할듯...ㅋ
    할튼, 많이 있지도 않은 백금이 비싸니 어쩻니...
    수소는 발화점이 너무 낮아서 주유소마다 커다란 냉장고 다 설치해야 할겁니다.
    얼음속에 수소를 가두는 기술을 개발했다고해도 그래도 냉장고 필요합니다~ㅋ
    그리고 엄청난 전기를 그 냉장고가 처먹겠져~ ㅋ
    뭐 그건 주유소 사장 지갑문제라곤 해도 결국 그 사장 지갑채우려면 그 돈도 결국
    소비자에게 세금과 함께 전가 된다는거~

    그리고 수소를 아무리 많이 넣으려고 압축을 지랄같이해도
    그렇게 많이 못 넣는답니다. 이것만 봐도 안전성과 저장성이 용이하지 않죠
    게다가 비싸기 까지... 아주 비싸질 요건을 제대로 가추고 있는게 수솝니다요.
    수소를 대량으로 생산해도 비싸질 수 밖에 없는게 수소라는거~

    이러니 수소는 이러나 저러나 아니다싶습니다...
    이런 수소로 연료전지차를 만든다?
    핵융합으로 수소만들어가 그 수소로 연료전지차에 넣어서 다시 전기 만든다?
    차라리 핵융합으로 전기 만들어 그냥 순수전기자동차에 충전해서 쓰지 뭐~
    전기 인프라 다 있겠다 수소보다야 인프라구축하는데는 좀 덜 들겠지~

    제가 너무 수소를 저주했습니다만...
    뭐 기술이 관건이겠죠... 모든것이 그렇듯이 말이죠.

    먼 미래는 모르지만 약간 앞을 본다면
    바이오에탄올과 전기자동차가 대세로 보입니다.

    • 좋은 글 감사합니다. 수소연료전지차는 전기차에 배터리 대신 수소를 이용하는 차 정도로 생각하면 좋을 것 같습니다. 수소를 반드시 냉장고에 넣는 방법만 있는 것은 아니고 보온병에 넣듯이 단열하는 방법도 있는 것 같습니다. 마그나가 관련 장비를 만들고 있습니다.

  • 마음은레이서 2009.05.08 15:21

    그렇죠? 저역시 하이브리드의 상술에 거부감을 느낌니다. 굳이 우리가 할 필요없는걸 엄한 세금 넣어가며 엄한 기업 배불리는건 아닌지. 전 국민을 대상으로 수동변속기차량을 몰게만 해도 일부러 하이브리드 안사도 될듯하구요. 가벼운 디젤차가 많이 나와서 모두 연비높은 '당분간' 친환경차를 탔으면 하네요. 그리고 변속기도, 듀얼클러치 변속기 같은건 동력 손실이 적다고 하는데, 그쪽으로 가도 좋겠죠...

  • rohkyoun 2011.01.10 11:46

    별로 공감가지 않는 글이네요... 하이 브리드 차가 에너지 절약의 방법이 아니라니..

    기자님 에너지 보존이라는것은 효율을 이야기 하는 겁니다. 같은 에너지를 가지고 얼마나 효율 적으로 사용하느냐가 관건이죠

    헌데 지금의 가솔린 엔진은 효율이 현저히 떨어 집니다. 아무리 무게가 베터리와 모터를 달지 않아서 가볍다고 하지만 효율이 너무 떨어 지는것이죠. 특히 경차라면 모를까 큰 배리량의 차량들은 그 효율이 정말 말도 못합니다. 마치 닭잡는데 소잡것과 같은것이지요, 날아가는 에너지가 너무 많아요.

    그런데 그 날아 가는 에너지를 전기 에너지로 변환시켜서 저장 사용하는 것이 하이브리드 자동차 입니다. 물론 거기에는 다른 부품들이 들어 가지요, 그러나 저장된 에너지로 그 늘어난 무게를 운반할수 있고, 그리고도 남는 양이 있고, 그것을 자동차 전체의 구동력으로 돌릴수 있다면, 그것은 에너지를 좀더 효율적으로 쓰는것이지요, 이게 하이브리드 차의 장점 입니다.

    그리고 배터리의 수명에 대해서 말씀 하셧는데요 배터리수명은 전자 계산 처럼 딱 정해져 있는것이 아닙니다. 사용방법이나 환경에 따라 달라 지죠, 그리고 그 속에 있는 작은 셀들은 별도로도 교환이 가능 한것이구요(노트북 배터리 처럼요), 분명 위에쓰신것처럼 결국엔 배터리를 교체 해야 하긴 하겠지만 그게 꼭 2~3년에 전부다 갈아야 하는것은 아닙니다.(실제로 하이브리드 차량양산이 10년전 부터 된 일본에서 하이브리드 차량 배터리 교체는 거의 없죠. 그리고 차량의 배터리 무상 수리 기간도 굉장히 깁니다. 10년 이렇게요. 정말로 2~3년마다 한번씩 갈아야 한다면 절대 그렇게 무상보장 못하겠죠?) 그럼 그 기간동안 위에 적은 가솔린 대형 차량을 타고 다닌다면 그 연료비는 어떻게 될까요?

    그렇다면 여기서 하이브리드 차량과 일반 가솔린 차량의 연비가 문제가 될것인데요. 머 공인연비는 다들 안믿으시니깐 실제 저희 집 경우를 말씀 드리죠. 실제로 저희 집에 sm7 2.3모델과 켐리2.4하이브리드 모델이 있습니다. 연비를 살펴 보면요 켐리는 13.3km/L가 나오더군요, 근데 sm7 2.3 모델은 7km/L이 나옵니다. 시내주행과 장거리 주행비율은 50:50 정도 됩니다. 머 이건 정확한 비율은 아니지만, 두차를 운행하는 환경은 같습니다. 그런데 두차가 나오는 유지비는 다르지요. (고속도로에서 운행해 봐도 7이 켐리보다 연비가 높은경우는 없었습니다.)

    물론 기자님께서 말씀하신대로 경유차량 모델도 분명히 에너지 절약이 뛰어난 방식입니다. 그러나 경유차의 경우에는 그 특유의 소음과 떨림 같은것을 피할수가 없죠. 그래서 지금나오는 차들도 분명히 가솔린보다 연비가 뛰어난 경차가 있지만 사람들이 가솔린 차를 타는 것 아닙니까? 이부분은 누가 더 뛰어나다를 말하는것보다는 선택의 문제가 되겠지요.

    그러나 지금 하이브리드 차량에도 분명히 문제는 있는데, 그것은 비싼 차량 값 입니다. 뭐 그러나 이것은 생산원가와 관계가 있는 문제이지 이것이 연비와 관련된 문젠 아닌거 같네요, 머 시간이 좀더 지나면 가격이 내려가겠죠. (준중형 이나 경차 급에서는 차이가 많이 납니다. 근데 저희 집경우 같이 준대형 쪽으로 넘어 가면 별로 차이도 안나요 sm7살때 4천 정도 들었는데,캠리 하브는 4800정도 들었습니다. 800만 정도 차이는 차 3년 타면 상쇄 될듯 싶구요 그 이상타면 캠리가 더 이익입니다)

    • 좋은 글 감사합니다.

      하지만 짚고 넘어가야 할 것이 있습니다. SM7 2.3과 캠리는 800만원차이가 아니라는겁니다. SM7 2.3의 기본형은 2,750이고 가장 비싼 트림도 3,270만원 입니다. 물론 선택하는 옵션에 따라 달라지겠죠. 하지만 단순히 800만원 차이라고 하면 오해의 소지가 있을 것 같습니다.

      반면 캠리하이브리드는 4590만원으로, 1300~1800만원의 차이가 납니다.

      연비가 캠리의 절반밖에 안된다고 가정 해도 연간 2만km주행 기준으로 약 250만원 정도의 차이밖에 안납니다. 물론 5~8년이면 비용은 상쇄 될겁니다. 하지만 그때는 배터리의 수명이 점차 감쇄됩니다.

      무엇보다, 연비 7km가 나온다는 SM7 2.3은 연비를 얘기하기에 적절한 차는 아닌것 같습니다. 요즘 어지간한 차들은 연비 10km가 나오는게 일반적이니까요.

      10km 연비의 차라면 얘기가 전혀 달라집니다. 차이를 상쇄하는데 13~18년이 걸립니다. 참고로 저는 독일산 2.0리터 가솔린차를 타는데 실연비가 리터당 12km정도입니다. 이 쯤되면 영원히 상쇄되지 않는거죠. 물론 제 차에선 환경에 치명적인 물질도 적게 나오구요.

      제 말씀은 고연비화, 경량화, 다운사이징의 노력이 하이브리드를 만드는 노력보다 효과적이라는겁니다.