중국에서 조만간 기름으로 가는 자동차 생산 중단선언

중국에서 조만간 기름[휘발유나 경유, 가스로 가는 차]으로 가는 자동차 생산 중단선언...

진행자) 중국에서 조만간 기름으로 가는 자동차 생산을 멈춘다고요?

기자) 네. 신궈빈 중국 공업정보화부 부부장(차관)은 “일부 국가들이 전통 에너지 자동차의 생산과 판매 중단 시간표를 이미 정했다”며 “곧 중국의 시간표를 확정하게 될 것”이라고 말했습니다. 지난 주말 톈진에서 진행된 ‘2017 중국 자동차산업 발전 국제포럼’ 개막식 기조연설에서 밝힌 내용인데요. ‘전통 에너지’란 휘발유나 경유, 가스 같은 화석연료를 말하고요, 이런 화석연료를 사용하는 자동차 생산 중단 시점을 곧 결정하겠다는 말입니다.

진행자) 휘발유나 경유, 가스로 가는 차를 안 만든다면, 대안은 뭔가요?

기자) 전기 자동차만 만들겠다는 겁니다. 최근 미국에서 ‘테슬라’라는 업체가 전기자동차를 대중화하면서 빠르게 수요가 확산되고 있는데요. 미국의 ‘GM’이나 일본 ‘닛산’ 같은 업체들도 전기자동차를 만들어 팔고 있고요. 독일의 고급 자동차 업체인 ‘BMW’도 여기에 합류했습니다. 스웨덴 기업 ‘볼보’는 2019년부터 화석연료 자동차 생산을 중단하고, 전기자동차나, 전기모터와 엔진을 함께 사용하는 ‘하이브리드’ 차량만 만들겠다고 지난 7월 선언했습니다.

진행자) 일부 국가들은 이미 화석연료 자동차 생산을 중단할 시간표를 확정했다고 했는데, 어떤 상황인가요?

기자) 영국과 프랑스는 2040년까지 화석연료 사용 차량의 생산과 판매를 중단하기로 했습니다. 네덜란드와 노르웨이는 이보다 빠른 2025년으로 시간표를 정했는데요. 앞으로 불과 8년 뒤면 이들 나라에서 화석연료 자동차를 만들거나 팔지 않게 되는 겁니다. 중국의 경우, 영국· 프랑스를 따라 2040년으로 결정할 가능성이 있다고 ‘파이낸셜타임스’는 전망하고 있습니다.

진행자) 각 나라들이 이렇게 줄지어 화석연료 차 생산을 중단하기로 결정하는 이유는 뭐죠?

기자) 나라마다 탄소 배출량을 줄이기로 한 국제적 약속인 ‘파리기후변화협정’이 그 배경 중 하나인데요. 중국의 경우 세계최대 탄소배출 국가라, 이 같은 노력이 더욱 절실한 실정이라고 외신들은 분석했습니다. 또한, 전기자동차는 배기가스가 없기 때문에 환경오염도 훨씬 줄어들고요, 석유의존도를 줄이려는 각 나라들의 정책적 고려도 큰 몫을 하고 있습니다.

진행자) 중국의 계획은 다른 나라에도 큰 영향을 미칠 전망이라고요?

기자) 그렇습니다. 막대한 인구와 빠르게 성장하는 경제력을 바탕으로, 중국은 현재 세계 최대의 자동차 시장이자 제조국인데요. 세계자동차산업연합회 조사에 따르면, 지난해 중국에서 만든 자동차가 2천800만여 대에 이르렀습니다. 9천400만여 대였던 전세계 생산량의 30%를 차지했는데요. 중국이 화석연료에서 전기로 자동차 동력을 전환하는 시간표를 확정하면, 다른 자동차 생산국들도 곧장 뒤를 따를 것으로 보입니다. 중국 시장에 차를 팔아야하기 때문인데요. 일부 외신들은 이제 지구상에서 ‘내연기관의 종말’, 그러니까 전통적인 자동차 엔진이 사라지고 전기 모터가 대체하는 시점이 가까워졌다고 예측하고 있습니다.

진행자) 그럼, 중국이 생산중단을 결정할 것으로 보이는 2040년까지는 ‘내연기관의 종말’이 일어날까요?

기자) 미국 정부의 정책 방향이 변수입니다. 미국은 올해 초 도널드 트럼프 행정부 출범 이후, 전통적인 화석연료 기반 산업을 되살려 일자리를 늘리겠다는 목적으로 ‘파리기후변화협정’에서도 탈퇴를 선언했는데요. 전기자동차를 사면 보조금을 주는 친환경 정책은 진행 중이지만, 화석연료 차량 생산을 중단시키겠다거나 하는 정부 차원의 계획은 없습니다. 하지만, 전기자동차 분야 선도적 기업인 ‘테슬라’가 관련 특허를 모두 공개하는 등 흐름을 주도하고 있어서, 미국에서도 민간 차원에서 큰 변화가 진행 중입니다.

 

전기자동차의 힘, 그래핀 배터리가 책임진다

테슬라 사의 5인승 전기자동차 ‘모델3’는 한번 충전으로 최대 345km를 달릴 수 있다. 전기자동차로는 최고 사양이지만 충전에 걸리는 시간이나 충전소 사이의 간격을 생각한다면 아직 부족하게 느껴지는 것도 사실이다.

 

전기자동차에 쓰이는 리튬이온 배터리의 기술적 발전은 이미 한계에 이른 반면, 자율주행이나 커넥티드 카처럼 전기에너지가 필요한 기능은 급속도로 늘어나고 있다. 지쳐가는 전기자동차에 보다 강력한 힘을 줄 구원투수로 ‘그래핀 배터리’가 떠오르고 있다.

 

■ 부드럽게 휘어지는 그래핀 배터리
테슬라는 리튬이온 배터리를 묶음으로 사용하는 단순하고 안전한 방법으로 전기자동차를 만들었다. 배터리를 개선해 매년 5%씩 충전용량을 늘리고 고속충전소를 만들어 40분 만에 80% 충전을 구현했지만 운행거리는 아직 400km 안팎에서 머물고 있다.

 

한편 최근 테슬라에 도전장을 내민 피스커 사는 그래핀 배터리를 장착해 한번 충전에 최대 640km 이상을 달릴 수 있는 전기자동차 ‘이모션’을 출시하겠다고 발표했다. 시속 260km의 최고 속도를 자랑하는 이모션이 예정대로 출시된다면 세계 최초로 그래핀 배터리를 탑재한 상용차로 기록될 것이다.

 

이모션에 들어갈 그래핀 배터리는 스타트업 기업인 나노테크 에너지 사의 제품으로, 레이저로 그래핀을 가공해 부드럽게 휘어지도록 만든 슈퍼커패시터가 핵심이다. 슈퍼커패시터는 전기에너지를 빠르게 대량으로 저장해, 높은 전류를 신속하고 안정적으로 공급하는 장치다. 그래핀 슈퍼커패시터가 전기자동차의 주행거리와 가속능력을 어디까지 끌어올릴지 관심을 모으고 있다.

사진. 레이저로 그래핀을 가공해 휘어지는 슈퍼커패시터를 만드는 과정. (출처: UCLA)

 

■ 전기를 저장하는 그래핀 빌딩
우리나라 연구진도 그래핀을 이용한 슈퍼커패시터를 선보였다. 2015년 기초과학연구원(IBS) 나노구조물리연구단(단장 이영희 성균관대 교수)은 빌딩형태의 3차원 탄소나노튜브-그래핀 구조체를 만들어 높은 에너지밀도를 가지면서 고출력을 유지하는 슈퍼커패시터를 개발하는 데 성공했다.

 

연구진은 수용액 속에서 탄소나노튜브에 고분자 물질을 흡착시키고 여기에 그래핀 구조가 들어 있는 산화흑연을 반응시켜 그래핀 층 사이에 탄소나노튜브가 배치된 3차원 구조물을 만들었다. 다시 200℃ 이상 가열해 고분자물질만 제거하면 탄소나노튜브-그래핀의 3차원 빌딩구조만 남게 된다.

 

탄소나노튜브-그래핀의 3차원 빌딩구조에는 이온이 드나들 공간이 많고 이온을 흡착할 표면적도 넓어서 보다 많은 전기를 저장하고 빠르게 내보낼 수 있는 슈퍼커패시터를 만들 수 있다. 연구진은 현재 20㎛까지 구현한 두께를 100㎛까지 늘리면 실제 전기자동차에 상용화할 수 있을 것으로 내다보았다.

 

                                           사진. 자기조립현상으로 3차원 탄소나노튜브-그래핀 빌딩구조가 생성되는 과정. (출처: IBS) 

■ 나노주형으로 만든 3차원 그래핀
2016년 IBS 나노물질 및 화학반응 연구단(단장 유룡 KAIST 교수)은 제올라이트 주형과 란타늄 촉매를 이용한 나노주형합성법을 활용해 마이크로 다공성 3차원 그래핀 합성에 성공했다. 원자 1개의 두께로 이뤄진 2차원 평면구조인 그래핀을 나노주형이라는 일종의 거푸집을 이용해 그래핀의 강점을 고스란히 살린 3차원 구조물을 만들어 냈다. 

 

연구진은 제올라이트 주형에 있는 미세한 기공에 란타늄 양이온을 촉매로 주입해, 기공 안에 있는 탄화수소기체의 탄화온도를 낮춰 원활한 탄소 증착을 유도한 것이 연구의 핵심이라고 밝혔다. 탄소 결정 구조물이 견고하게 형성되면 염산과 불산으로 제올라이트 주형을 녹여내 3차원 그래핀만 남겨냈다. 

 

이렇게 만들어 낸 3차원 그래핀을 전지의 음극재로 시험 적용한 결과 약 100mAh 수준의 정전용량을 약 300mAh까지 끌어올렸다. 전기자동차나 수소자동차에 쓰일 대용량 배터리의 가능성을 확인한 것이다. 이번 연구는 주형재료인 제올라이트가 매우 저렴하고 산 용액으로 주형을 제거하는 공정도 단순해 대량생산과 상용화의 가능성이 높다고 평가받고 있다.

 

                                                       사진. 제올라이트에 탄소가 결정화 되어 3차원 그래핀 구조물을 형성한 모습. (출처: IBS)

전 세계에 대두되고 있는 에너지 및 환경오염 문제를 해결하기 위해 전기자동차가 미래의 새로운 운송수단으로 주목 받고 있는 이때, 나노기술 기반의 전기자동차 상용화는 미래 자동차 패러다임을 변화시킬 수 있는 주요한 키(key)이다. 미래의 자동차를 힘 있게 움직여 나갈 그래핀 배터리의 활약을 기대해 보자.

 

지원:  국가나노기술정책센터

글: 장익준 과학칼럼니스트

 

 

 

테슬라사의 5인승 전기자동차 ‘모델3’는 한번 충전으로 최대345km를 달릴 수 있다[사진]
"선진국은 휘발유나 경유, 가스 같은 화석연료(기름)를 사용하는 자동차 생산과 판매 중단선언"
-영국과 프랑스는 2040년, 네덜란드와 노르웨이는 2025년까지 화석연료 사용 차량의 생산과 판매 중단
-중국에서 조만간 기름으로 가는 자동차 생산 중단선언
-세계 각국 대부분 자동차업계 전기자동차 생산과 판매
-전기자동차의 힘, 그래핀 배터리가 급진적 변혁과 몇년 이내 600Km-1000km이상 주행 전기자동차출시
-그래핀 배터리로 농기계도 급진적 변혁