궁금한 전기차의 모든 것
세계 전기자동차 판매량이 지난해 32만대로 집계됐다. 이 가운데 국내에서 팔린 것은 1%가 채 안되는 2800대 수준. 반면 중국은 글로벌 판매량의 38%, 미국은 23%를 차지한다. 두 나라가 치열하게 전기차 육성 정책을 펼쳐 온 결과다. 우리 정부도 지난 7월 조선·해운 등 주력 품목이 휘청이는 수출을 구원할 유망 신규 수출 품목으로 전기차를 전면에 내세웠다. 많은 사람들이 막연하게 알고 있지만, 실제로는 잘 모르는 전기차에 대해 자세히 알아봤다.여러분 안녕? 나는 180년 이상의 유서 깊은 ‘전기차(EV·electric vehicle) 마을’에 사는 멋쟁이 차 ‘로버트’라고 해. 1834년 우리 전기차를 처음 만든 스코틀랜드 기술자 로버트 앤더슨 할아버지의 이름을 본떠 엄마가 지어 주신 이름이야. 친환경 미래차라고 불러서 생긴 지 얼마 안된 차로 보는 사람들이 많지만, 우리는 저쪽 ‘가솔린차 마을’보다도 30년이나 역사가 더 깊지. 당시 전기 모터와 에너지를 저장할 수 있는 축전기 기술 덕분이야. 1910년대에는 상류층 여성들 사이에서 인기가 좋아 ‘마담차’로 불리기도 했어. 미국에서는 당시 전기차 충전소가 생겨나서 한때 3만대가 굴러다닐 정도로 잘나갔지. 하지만 1920년대 들어 미국에서 거대한 유전이 발견되면서 가격이 싸고 어디서나 구하기 쉬운 힘 좋은 가솔린차를 대량 생산한 헨리 포드 할아버지 이후로 100년 가까이 잊혀진 존재가 됐지.
요즘 이상기후와 환경오염 때문에 고생이 많지? 이미 20년 전부터 지구 온난화로 빙하가 녹아 육지가 사라지고 유해 배기가스를 내뿜는 휘발유, 경유차들이 크게 늘어 대기오염이 심각하다더군. 지난해 12월에는 전 세계 정상들이 프랑스 파리에 모여 온실가스 감축을 위한 협약을 체결했다는 뉴스도 봤어. 지구도, 사람도 아직 살아갈 날들이 많은데 자원이 고갈되지 않으면서 자연에 해를 입히지 않고 후손들이 대대손손 생활과 이동에 불편함 없이 계속 차를 탈 수 있는 방법이 없을까. 이게 내가 다시 등장한 이유라고 할 수 있지.
●내 심장은 배터리… 피부는 탄소섬유·합금소재
왜 내가 미래산업을 이끌 친환경차로 주목받는 줄 알아? 그건 내 몸의 구성과 움직이는 원리를 보면 금방 이해할 수 있어. 내연기관 자동차들은 휘발유나 경유 같은 연료를 태워 발생하는 열에너지를 기계 에너지로 바꿔 주는 엔진으로 움직이잖아. 우리의 구동 방식은 완전히 달라. 들어가는 부품도 비교적 단출하지.
가장 핵심은 배터리(대용량 전지)야. 외부 전력으로부터 전기를 저장하고 차에 전력을 공급하지. 용량 단위는 주로 ㎾h를 써. 시간(h)당 얼마나(㎾) 전기를 저장할 수 있느냐는 거지. 이 숫자가 클수록 더 많은 전기를 담을 수 있지만, 차체가 무거워지기 때문에 마냥 키울 수도 없어. 용량은 크되 덩치는 작게 하는 게 기술이야. 배터리는 충전 성능이 떨어지면 주행거리가 짧아져 이용가치가 떨어져. 그래서 강추위와 무더위에 견딜 수 있고 에어컨이나 히터를 틀어도 오래 운행될 수 있도록 고효율로 개발하는 게 중요한 과제지. 내 몸이 내연기관차들보다 탄소섬유나 복합플라스틱, 알루미늄 합금 같은 경량 소재를 더 많이 쓰는 이유도 주행거리를 늘리기 위해서야.
차가 출발할 때를 상상해 봐. 에너지가 ‘배터리→인버터→모터→감속기→차바퀴’의 순서로 이동하지. 먼저 차에 시동을 걸면 배터리가 전기를 발생시켜 인버터로 보내. 인버터는 고전압인 직류의 배터리 전류를 전기차 모터에 적합한 교류로 전환해 줘. 인버터는 모터 속도와 토크(차량을 순간적으로 움직이는 힘)를 제어하는 역할도 하지. 토크가 높으면 높을수록 차의 속도는 빨라져. 인버터에는 차의 주행과 제동 정보가 다 들어와. 이 정보를 이용해 가속이나 감속을 할 때 적정하게 모터가 역할을 할 수 있도록 전기를 조절해 주는 거지.
●현대차 아이오닉 최대 토크는 3500cc 맞먹어
모터는 인버터에서 받은 전기에너지를 바퀴가 돌 수 있도록 운동에너지로 바꿔 줘. 이후 감속기가 토크를 높여 바퀴를 움직이게 하는 거지. 배터리가 가솔린차의 연료탱크라면 모터는 엔진이라고 보면 돼. 내연기관차들은 가속페달을 밟으면 서서히 최대 토크에 도달하지만 나는 곧바로 최대 토크에 도달하기 때문에 가속력이 좋지. 1600㏄ 아반떼급 전기차인 현대차 ‘아이오닉’의 최대 토크(295㎚)는 3500㏄ 급에 맞먹어. 치고 나가는 힘이 좋다는 뜻이지. 동원력과 구동방식이 달라서 제원 표시 단위도 달라. 내연기관 자동차는 출력과 토크를 각각 hp, ㎏·m로 표기하지만 난 ㎾, ㎚를 사용해.
나의 비장의 무기는 감속할 때 발현되지. 무슨 얘기냐고? ‘회생제동 장치’ 얘기를 하는 거야. 달리던 차를 세우려면 속도를 줄여야 하잖아. 당연히 가속페달에서 발을 떼고 브레이크를 밟겠지? 차는 관성이 있어서 설 때까지 앞으로 나아갈거야. 이때 신기한 일이 벌어지지. 가속할 때 전기에너지를 운동에너지로 바꿔 주는 ‘전동기’ 역할을 했던 모터가 거꾸로 감속(운동)에너지를 전기에너지로 바꿔 주는 ‘발전기’로 변신해서 차가 멈출 때까지 발생한 전기를 배터리에 다시 충전해 줘. 즉, 멈출 때 발생하는 에너지도 허투루 버리지 않고 전기에너지로 바꿔 주는 셈이야. 에너지 효율이 당연히 높아지겠지? 회생제동 기능이 있는 전기차는 원래 주행거리보다 20% 더 달릴 수 있어. 이 모터를 전동기와 발전기 둘 다 가능하도록 제어해 주는 게 인버터이기도 해.
●서울~부산 왕복때 유지비 가솔린의 3분의1
다들 내가 얼마나 경제적일까에 관심이 많아. 나의 가장 큰 매력은 기름값 걱정 없고 유지비가 적게 든다는 거지. 전기차 ‘아이오닉’과 휘발유차 ‘아반떼’를 비교해 볼 게. 같은 환경에서 서울~부산(총 800㎞)을 하루 동안 왕복한다고 쳐 봐. 아이오닉을 완속(4~5시간, ㎾h당 평균단가 115.5원) 없이 급속(25분, 313원)으로 100% 전기 충전했을 때 유지비용은 2만 4549원이야. 아이오닉(연비 10.2㎞/㎾h)은 1회 완전 충전으로 191㎞를 주행할 수 있어. 반면 아반떼(연비 ℓ당 13.7㎞)는 휘발유 가격을 ℓ당 1400원으로 잡을 경우 왕복하는 데 8만 1752원이 들지. 아이오닉의 3배가 넘는 금액이지.연간 1만㎞를 동일 조건으로 뛴다면 아이오닉은 전기 충전요금으로 31만원을, 휘발유 아반떼는 102만원을, 경유 아반떼는 67만원을 기름값으로 쓰게 돼. 물론 한여름에 에어컨을 가동하는 등 변수가 생기면 전기차 비용은 더 나갈 수도 있지. 전기차는 최고속도가 시속 130~165㎞야. 한 번 완전 충전에 주행 가능한 거리는 상온일 때 132~191㎞, 저온(영하 6.7도)일 때 75.5~151㎞를 달려. 환경부 전기차 충전소 홈페이지(www.ev.or.kr)에 들어가면 원하는 차종별 유지비용을 계산할 수 있으니 참고해.
●몸값은 보조금 지원받아 가솔린보다 더 경제적
내 몸값이 너무 비싸지 않느냐는 얘기들이 많아. ‘쏘울’(준중형)만 봐도 휘발유차는 1600만원대면 장만할 수 있는데 전기차 값은 4000만원이 넘거든. 근데 요즘 정부에서 나를 사는 데 대한 지원을 팍팍 해 주고 있어. 실제 내는 차값을 따져 보면 왜 2~3년만 타면 본전을 뽑는다는지 알게 될 거야. 올해 출시된 ‘아이오닉 일렉트릭’으로 예를 들어 볼 게. 차값은 4000만원대인데 정부 보조금(국비 1400만원, 지방자치단체 최대 800만원)과 세금 감면(취득세 140만원, 개별소비세 200만원, 교육세 60만원) 혜택을 모두 받으면 휘발유차보다 오히려 더 싸지지. 이해하기 쉽게, 전기차 아이오닉과 등급이 가장 비슷한 아반떼 휘발유차 가격이 1800만원이야. 아이오닉을 서울에서 사면 2100만원의 구매 보조금을 받아 1900만원이면 살 수 있어. 각종 세금이 붙는 아반떼 가격은 1900만원 이상 올라갈 수도 있지.
내년에는 1000만원 이하의 저가 초소형 전기차가 개발될 예정이야. 1인 가구 증가와 근거리 이동이 잦은 현대인을 위한 맞춤형 전기차로 가는 거겠지. 테슬라는 무선충전 기술을 개발 중이라던데. 조만간 충전시간이 더 짧아진 충전 인프라가 곳곳에 깔리고 주행거리가 훨씬 더 길어지면 우리 더 자주 만날 수 있겠지? 멋진 모습으로 다시 만날 때까지 안녕.
세종 강주리 기자 jurik@seoul.co.kr
2016-10-29 14면