내연기관 자동차

내연기관 자동차 동력 구조

내연기관 자동차(ICE; Internal Combustion Engine Car)는 휘발유를 사용하는 가솔린 엔진이나 경유를 사용하는 디젤 엔진을 이용하여 구동하는 자동차를 말한다. 영어로는 ICE라고 한다.

개요

내연기관 자동차는 엔진을 사용해서 달리는 자동차이다. 휘발유차, 경유차, LPG차 등 석유를 사용하는 자동차와 천연가스차, 바이오디젤 자동차 등을 합쳐서 내연기관 자동차라고 한다. 내연기관 자동차는 1882년 유럽에서 처음 개발된 이후 인류 문명의 발전에 많은 기여를 해 왔다. 지금까지 약 140년 이상을 내연기관 자동차는 주요 이동수단으로서 생활의 편리함과 경제 발전, 기술 발전을 주도해 왔는데, 환경 문제로 인해 미래가 불투명해지고 있다. 내연기관은 가솔린이나 디젤을 연료로 사용하는데, 이 연료는 탄소를 포함하고 있어 완전연소할 때 이산화탄소를, 불완전연소 시 일산화탄소를 불가피하게 발생시킨다. 이 이산화탄소가 지구온난화의 주범이고, 내연기관 자동차로 인해 발생되는 미세먼지가 사람들의 건강에 악영향을 미친다는 이유 때문이다.

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역사

자동차의 본격적인 발전은 내연기관의 발달과 더불어 시작되었다고 할 수 있다. 내연기관에 대한 발상은 상당히 오래되었으며, 네덜란드의 크리스티안 하위헌스(Christiaan Huygens)가 1680년에 화약의 폭발에 의해 작동되는 기관을 설계했다. 1860년에는 프랑스의 에티엔 르누아르(Etienne Lenoir)가 석탄가스를 원시적인 점화장치로 연소시키는 기관을 만들었고, 3년 후에는 액체연료로 작동되는 기관을 마차에 탑재하고 주행하는 데 성공하였다. 1868년 오스트리아의 지크프리트 마르쿠스(Siegfried Marcus)가, 1884년 이탈리아의 엔리코 베르나르디(Enrico Bernardi)가 내연기관을 탑재한 자동차를 만들었다. 한편, 1862년 프랑스에서는 알퐁스 보 드 로샤(Alphonse Beau de Rochas)가 사이클 기관의 원리를 발견하였으며, 1876년 독일의 니콜라우스 오토(Nikolaus Otto)가 처음으로 이 원리에 따른 4행정사이클 기관을 완성하였다. 오토 내연기관연구소의 젊은 기사였던 고틀리프 다임러(Gottlieb Daimler)가 가솔린을 연료로 하는 가볍고 강력한 기관을 완성하고, 1885년 이것을 목제의 이륜차에 탑재하여 사상 최초의 이륜차를 시작하여, 각각 특허를 얻었다. 또 카를 벤츠(Karl Benz)도 독자적으로 2행정사이클 가솔린기관을 완성하고, 다임러와 같은 해인 1885년에 삼륜차를 제작하고 다음 해에 특허를 얻었다. 다임러와 벤츠 두 사람은 사상 처음으로 실용적인 가솔린기관을 완성했을 뿐만 아니라, 그것을 기업화한 점에서 획기적이었으며, 두 사람은 자동차의 아버지라고 일컫는다. 그후 이 두 회사는 서로 좋은 경쟁 상대로 발전하였으며, 1926년 합병하여 회사명을 다임러-벤츠(Daimler-Benz)가, 차의 명칭을 메르세데스 벤츠(Mercedes-Benz)로 하여 오늘날에 이른다. 이 회사는 세계에서 가장 오래된 자동차 제조회사이다. 프랑스에서는 파나르 르바소르(Panhard-Levassor)가 다임러 기관의 제작권을 얻어 자동차의 생산을 개시하였는데, 앞쪽에 기관을 설치하고, 동력을 클러치에서 변속기, 변속기에서 뒷바퀴로 직선적으로 전달하는 방식을 처음으로 갖추었다.

또한 1900년 다임러가 발표한 최초의 메르세데스 자동차는 벌집 모양의 라디에이터, 둥근 핸들, 반타원형 스프링 등을 사용하여 현재에 이르는 자동차의 근본적인 형태를 확립하였다. 여기에는 물론 자동기어 장치, 변속기, 공기타이어 및 그 밖의 발명도 크게 공헌하였다. 1887년 영국의 에드워드 버틀러(Edward Butler)가 삼륜 가솔린차의 시작에 성공하였고, 1889년에는 독일의 마이바흐(Maybach), 프랑스의 푸조(Peugeot), 이탈리아의 비앙키(Bianchi) 등이 자동차의 생산을 개시하였다. 좀 늦은 1893년에 미국에서도 두리에이(Duryea) 형제가 미국 최초의 가솔린차를 완성하고, 2년 후에 생산·판매를 시작하였다. 1894년에는 프랑스의 프티 주르날 신문사의 주최로 파리-루앙 간 126km 구간에서 자동차 경주가 열려, 드 디옹(De Dion) 백작이 운전한 드 디옹 부통 증기자동차가 6시간 걸려 평균 21km/h의 속도로 1착을 하였다. 그러나 엄정한 판정 결과 다임러 기관을 탑재한 푸조와 파나르가 승리를 나누어 가지게 되어 가솔린차의 우위가 입증되었다. 후에 드 디옹 부통도 가솔린차로 전향하였다. 유럽에서는 처음에 자동차는 귀족이나 일부 대부호만이 가졌으나, 미국에서는 일찍부터 일반에 널리 보급되었다. 랜섬 올즈(Ransom E. Olds)는 1901년 유명한 올즈모빌(Oldsmobile)을 425대 제작하여 세계 최초의 자동차 양산 제조업체가 되었다. 그러나 1908년 헨리 포드(Henry Ford)가 발표한 모델T는 간결하고 신뢰성이 높은 설계와 새로운 합금강의 사용으로 견고할 뿐 아니라, 양산 방식 때문에 그 값이 저렴하여 폭발적인 인기를 얻었으며, 첫해에 6,850대, 그 다음 해에는 1만 대를 판매하였다. 1913년에 포드는 급증하는 수요에 맞추기 위해 자동차업계에서는 처음으로 컨베이어 라인에 의한 작업 방식을 채택하였고, 최전성기였던 1925년에는 연간 199만 950대를 생산했다.

모델T는 미국 외에 영국·독일에서도 생산되고 세계 각지에서 조립되었으며, 1908년 10월 1일의 첫 출고부터 1927년 5월 26일 생산 중지일까지의 18년 반 사이에 1500만 7033대를 생산하였다. 통칭 딱정벌레라고 하는 폭스바겐(Volkswagen)이 1972년, 45년 만에 이 기록을 갱신하였으나 여기에는 27년의 시간이 필요했다. 모델T는 그 전성기에 전 세계 자동차 보유량의 68%를 차지하고 있었다. 모델T의 성공은 유럽에 큰 영향을 끼쳤다. 프랑스의 앙드레 시트로엥(André Citroën)은 포드에서 배운 방식으로 유럽에서 처음으로 대량 생산을 개시하였으며, 1922년 독일의 오펠(Opel)은 5CV를 양산하여 유럽의 대중에게 제공했다. 이탈리아에서도 1919년에 피아트(Fiat)가 501형을 양산하였고, 영국에서는 1922년에 허버트 오스틴(Herbert Austin)이 유명한 오스틴 세븐을 발표하여 자동차의 대중화에 크게 이바지하였다. 1930년에는 전 세계를 휩쓴 대공황으로 전근대적인 일품제작(一品製作)의 고급차는 거의 소멸하고, 자동차는 모두 대중차 양산시대로 접어들었다. 이 사이에 기구상(機構上) 개량·진보도 끊임없이 계속되었다. 차체(body)는 1900년대에 이르러 마차의 형태를 벗어나기는 하였으나, 그후에도 포장마차형의 시대가 오랫동안 지속되었고, 상자형 대중차가 보급되기 시작한 것은 1910년대 말에 이르러서이다. 1930년대에는 전부 강판으로 된 상자형 차체의 양산이 시작되었으며, 특히 1934년부터는 유선화(流線化)가 진행되었다. 1940년 이후에는 차체의 높이가 더 낮아지고 길이도 길어지고 폭이 넓어졌으며, 스텝이 차체에 포함되고, 객실이 더욱 넓어졌다.

종류

휘발유차

휘발유차는 휘발유를 연료로 작동하는 가솔린 기관을 사용하는 자동차이다. 가스 기관을 발명한 독일의 오토 밑에서 일하던 다임러와 공업학교에서 기계 공학을 전공하고 내연기관에 관심이 많던 벤츠가 삼륜 휘발유차를 만들어 판매했다. 휘발유는 디젤 연료에 비해서 기름값이 비싸고 힘이 다소 부족하다는 단점이 있지만 그럼에도 불구하고 많이 사용되고 있다. 휘발유차는 엔진에 진동과 소음이 거의 발생하지 않아 승차감이 좋다. 엔진 회전이 부드럽게 이루어져 엔진을 빠르게 돌릴 수 있어 고속주행에 강하다는 장점이 있다. 또한 경유차에 비해 같은 배기량에도 차량 가격이 저렴한 편이며 유지 보수 비용도 저렴하다. 적은 양으로도 멀리 이동할 수 있으며 고급 승용차나 일반 승용차, 소형차에 주로 사용되고 있다.

경유차

경유차는 독일의 루돌프 디젤(Rudolf Diesel)이 발명한 디젤기관을 장착하여 작동하는 자동차이다. 디젤기관은 경유를 연료로 사용하며 연료를 압축 착화 방식으로 연소하여 작동한다. 연료비가 휘발유에 비해 저렴하고 힘이 좋지만 매연이 심한 단점이 있다. 디젤은 경유이며, 원유를 증류했을 때 끓는 점 범위가 약 250℃~350℃ 정도의 액체 상태인 석유이다. 가솔린과 더불어서 자동차 시장에서 많은 부분을 차지하고 있으며 엔진 특유의 큰 회전력으로 낮은 RPM에서도 높은 출력을 낸다. 그렇기 때문에 저속에서의 강한 힘을 요구하는 트럭이나 SUV 등에서 주로 사용한다. 최근 들어 소음이나 진동 억제 기술이 더욱이 발달하여 정숙성을 요구하는 세단에서도 많이 사용되고 있다. 가솔린 대비 낮은 기름값으로 이용 가능하다는 장점이 있다. 하지만 가솔린에 비해서는 진동과 소음이 크기 때문에 승차감이 떨어지며 미세먼지나 질소산화물을 뿜어내 공해를 일으키기도 한다. 그래서 경유차에서 배출되는 미세먼지로 인해 세계 각국에서 강력한 규제 방침이 시행되고 있다. 대한민국에서도 노후 경유차 조기 폐차 지원과 2030년까지 공공부문의 경유차 퇴출, LPG차량 일반인 허용 등 미세먼지를 줄이기 위한 노력을 하고 있다.

LPG차

LPG차는 LPG를 원료로 움직이는 자동차이다. 미세먼지 주범의 하나로 꼽히는 경유차와 달리 LPG차는 미세먼지를 거의 배출하지 않고 질소산화물 배출량도 경유차의 30분의 1에 불과하다. 미국, 영국, 호주, 이탈리아 등 선진국들도 LPG차에 보조금을 주거나 세금을 깎아 주고 있다. 국내의 경우, 택시나 렌터카, 장애인·국가유공자·독립유공자를 제외하고 일반인이 살 수 있는 LPG 신차는 7인승 이상 다목적차(SUV를 포함한 RV), 배기량 1000㏄ 미만 경차, 하이브리드 자동차로 제한되어 있었다. 하지만 수송용 LPG연료 사용 제한을 폐지하는 '액화석유가스의 안전관리 및 사업법' 개정법이 2019년 3월 26일부터 시행되면서 일반인도 모든 LPG차를 사고 팔 수 있고, 휘발유나 경유차를 LPG차량으로 개조하도록 허용됐다.

천연가스차

천연가스차는 천연가스를 사용하는 자동차의 일종이다. 엔진 출력이 휘발유 엔진과 거의 비슷하고 일산화탄소가 휘발유 엔진의 10분의 1, 탄화수소는 거의 3분의 1 정도밖에 배출하지 않는 저공해자동차이다. 연료로는 CNG를 주로 쓰며, 최근에는 LPG를 사용하기도 한다. 천연가스인 CNG는 천연가스를 고압으로 압축한 압축천연가스를 말한다. 주로 메탄으로 구성이 되어 있으며 전국 주요 도시의 시내버스에서 사용하고 있다. 기체 상태의 압축천연가스를 원료로 하는 CNG는 일산화탄소와 같은 부산물을 적게 배출하여 친환경적이며 디젤 차량 대비 소음이 적고 가솔린, 디젤에 비해 연료비가 적게 들어간다는 장점이 있다. 타 내연기관 연료에 비해서 출력이 낮은 CNG는 가스 용기의 설치를 위해 트렁크 공간이 차지힌다는 단점이 있다.

바이오디젤 자동차

바이오디젤 자동차는 무공해 연료인 바이오디젤을 연료로 사용하는 자동차이다. 바이오디젤(biodiesel)이란 유채기름ㆍ해조유(海藻油)ㆍ콩기름ㆍ폐식물기름 등의 식물성 기름이나 소기름ㆍ돼지기름 등 동물성 지방을 원료로 하여 만든 무공해 원료이다. 보통 메탄올을 사용하여 3가 지방산에 글리세롤이 결합한 트라이글리세리드로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터를 만들어 내는 에스테르 교환방법으로 만들어진다. 이때 만들어진 지방산메틸에스테르가 바이오디젤이다. 현재는 디젤 차량의 경우 혼합해서 쓰거나, 100% 순수연료로 사용한다. 자동차 연료 외에도 대형 선박 연료, 난방연료용으로도 사용하지만 전체 연료 시장에서 차지하는 비율은 아직 미미한 편이다. 미국 산업안전보건청은 바이오디젤을 비가연성 액체로 분류하고 있어 바이오디젤을 연료로 사용하는 차량은 사고에 더 안전하다고 볼 수 있다. 현재 바이오디젤은 디젤보다 높은 생산단가가 대중화의 걸림돌이지만 원유 값의 상승에 따른 바이오디젤의 경제 규모 상승과 전망을 기대해 볼 수 있다.

하이브리드 자동차

하이브리드 자동차는 내연기관 엔진과 전기모터를 동시에 장착하여 기존의 내연기관 자동차에 비해 가솔린 소비와 유해가스 배출량을 줄인 차세대 자동차이다. 하이브리드(hybrid)는 두 개 이상의 요소나 기능을 하나로 합한 것을 말하며 혼합, 혼성이라는 뜻을 가지고 있다. 세계 최초의 양산 하이브리드 자동차는 1997년 일본 도쿄 모터쇼에서 발표된 일본의 토요타(Toyota)가 만든 프리우스(Prius)이다. 이후 2013년 토요타의 하이브리드 핵심 기술의 특허가 대거 만료되면서 후발 업체들의 저가 하이브리드 자동차 개발이 치열해졌다. 국내에서는 2009년 현대자동차㈜가 첫 하이브리드 자동차를 출시했다. 하이브리드 자동차는 기존 자동차에 비해 출력은 떨어지지만 일반 자동차와 비교하여 연비가 좋으며 질소산화물이나 일산화탄소 등의 오염물질을 약 10% 줄일 수 있다. 주행 중 자체 발전기로 배터리를 충전하기 때문에 별도의 충전이 필요 없는 점도 장점이다. 기존 자동차는 차량 정지 시와 공회전 시간 등에 에너지 손실이 일어나는데 하이브리드 자동차는 차량의 주행 상태나 속도에 따라 엔진과 모터의 힘을 제어하여 효율성을 극대화시켰다. 하지만 기존 엔진에 모터까지 장착되고 거기에 배터리까지 추가되기 때문에 부품 수가 늘어나 정비가 복잡하고 무게가 무거워진다. 또 결과적으로는 엔진이 사용되기 때문에 적은 양이지만 오염 물질이 발생한다.

장단점

엔진 사운드

내연기관 자동차의 특징이자 전기자동차에서 절대적으로 부족한 것은 바로 내연기관 엔진 특유의 사운드이다. 특히 엔진의 회전수에 따라 변화하는 엔진음은 운전자의 감성을 만족시켜 주는 중요한 요소이다. 한편 전기자동차의 경우에는 내연기관에 익숙해져 있는 운전자에게 바람소리와 비슷한 느낌의 기계음은 아직까지 이질감이 들 수 있으며 자칫하면 노이즈로 들릴 수도 있다. 이를 보완하기 위해서 스피커를 통해서 가상으로 엔진과 배기 사운드가 나오도록 설계를 하는 차량도 있지만 인위적인 사운드에는 아직 한계가 있어 보인다.

신속한 주유

내연기관 자동차는 오래된 역사 속에 주유를 하는 데 있어서 편리함의 정점에 서 있다고 해도 과언이 아니다. 언제 어디서나 쉽고 빠르게 주유를 할 수 있는 것이야말로 이동수단으로써 사용하는 자동차의 기본 덕목이라고 할 수 있다. 반면 전기자동차는 충전소의 수도 일반 주유소에 비해서 턱없이 부족하며 더 큰 문제는 신속한 충전이 힘들다는 점이다. 또한 항상 충전단자가 있는 곳에 주차가 가능한 것도 아니다.

다양한 출력 특성

내연기관 엔진은 출력의 특색이 있다. 이것은 내연기관 자동차의 약점이라고 할 수도 있지만, 다른 한편으로는 매력이라고 할 수 있다. 터보엔진이라면 부스트가 걸렸을 때의 가속감과 토크감이 있으며, 자연흡기엔진이라면 특색 있는 배기 사운드와 함께 빠른 반응성이 있다. 엔진마다 다양한 특성이 존재하며 고유의 특성이 있기 때문에 운전자의 취향에 따라 다른 선택을 할 수도 있다. 전기자동차의 경우 모터는 처음부터 최대 토크를 발휘하며 토크 곡선도 일정하다. 이것은 균일한 성능을 낸다는 이유에서 좋은 부분으로 생각할 수도 있지만 운전의 재미라는 측면에서 바라본다면 여전히 내연기관의 다양한 엔진 특성이 사람들에게 매력적으로 느껴지고 있다.

튜닝

내연기관 자동차의 엔진은 많은 부품으로 구성되어 있다. 사람이 숨을 쉬듯 공기를 마시고 연료와 섞어 폭발시키고 이것을 배기구로 배출시키는 것을 기본 메커니즘으로 한다. 튜닝이라는 작업을 통해서 부품을 교환하여 출력을 증대시키는 것도 가능하고, 머플러를 교환해서 자신 취향에 맞는 사운드를 얻을 수도 있다.

항속거리

테슬라 모델S(Tesla Modal S)의 기본 모델은 466km, 비엠더블유 i3(BMW i3)에서 390km, 쉐보레 볼트(Chevrolet Volt)는 383km 정도로 한 번 충전으로 이동할 수 있는 거리가 많이 늘었지만 아직까지 대부분의 전기자동차는 내연기관 자동차에 비해 턱없이 부족한 항속거리를 가지고 있다. 또한 장거리를 이동할 때 충전소와 충전 시간은 전기자동차가 내연기관 자동차의 편의성을 따라가지 못하는 실정이다. 이를 개선한 것이 내연기관과 전기모터를 같이 사용하는 하이브리드 자동차지만 내연기관 자동차에서 전기자동차로 변화하기 전의 단점을 보완하는 과도기형 차량으로, 대부분 내연기관 기반에 보조 형식으로 전기모터가 결합되어 있는 형식이 많다.

해결안

이퓨얼(e-fuel)은 전기기반 연료(Electricity-based fuel)의 약자로, 물을 전기 분해해 얻은 수소를 이산화탄소나 질소 등과 결합해 만든 인공 합성연료이다. 온실가스 배출을 줄이기 위한 전 세계적 대응이 본격화되면서 이퓨얼이 주목받고 있다. 이퓨얼은 원유 한 방울 안 섞였지만, 촉감이나 질감이 일반 휘발유나 경유와 거의 똑같은 무색 무취에 가까운 액체다. 이산화탄소와 질소는 대기 중에서 포집해 쓰고, 태양광이나 풍수력 같은 친환경에너지를 이용해 제조하므로 온실가스 저감 효과가 크다. 그러면서도 석유와 화학적 구성이 동일해 가솔린·디젤은 물론 제트젠인에도 개조 없이 쓸 수 있어 편리하다. 하지만 제조비가 높아 경제성이 떨어지고, 이산화탄소 배출을 0으로 만들지는 못한다는 단점도 있다. 하지만 전기자동차와 수소자동차가 보편화되기 전까지는 기존 내연기관 자동차의 탄소 배출량을 줄여 주고, 이를 통해 자동차 업계의 친환경 전환에 필요한 시간을 벌어 줄 수 있다는 일석이조 효과가 있다. 이퓨얼은 이미 다양한 실전 테스트로 가능성을 인정받고 있다. 일례로 유럽 항공사 KLM이 2021년 1월 네덜란드 암스테르담에서 스페인 마드리드로 가는 여객기에 세계 최초로 합성연료를 적용해 쓴 적이 있다. KLM은 다국적 에너지 기업 로열더치쉘(Royal Dutch Shell)에서 만든 e-항공 등유 500L를 일반 연료에 혼합해 썼다. 기술적 우려에도 이륙에서 착륙까지 아무 문제 없이 비행에 성공해 이퓨얼의 안정성 문제를 불식했다. 이퓨얼을 만드는 기술은 복잡하지 않다. 1925년 독일에서 개발된 피셔트로프슈(Fischer-Tropsch) 공법을 이용한다. 설비 투자만 이루어지면 어렵지 않게 이퓨얼을 만들 수 있다. 벌써 독일과 일본의 완성차 업체들을 선두로 세계적 대기업들이 적극적으로 이퓨얼 생산 시설에 투자하고 있다. 포르쉐(Porsche)는 2020년 12월 2400만 달러를 들여 칠레에 이퓨얼 공장을 세우고 있다. 포르쉐는 2022년부터 풍력 발전을 이용한 이퓨얼 생산에 착수할 예정이다. 아우디(Audi)는 이보다 앞선 2017년 e-가솔린과 e-디젤 등 이퓨얼 연구 시설을 설비하고 연료 생산 및 엔진 실험을 하고 있다. 일본에서는 토요타, 닛산(Nissan), 혼다(Honda) 등이 2020년부터 본격적인 이퓨얼 등 합성연료 연구에 나섰다.

이퓨얼 친환경적인 이유는 크게 두 가지이다. 우선 대기 중 이산화탄소 농도를 직접적으로 낮춰 준다. 대기 중 이산화탄소를 흡수해 원료로 쓰는 공기직접포집방식(DAC; Direct Air Capture) 기술을 많이 이용하기 때문이다. 공기직접포집방식 장치 한 대가 연간 흡수하는 이산화탄소량은 10만 톤으로, 나무 4000만 그루가 1년 동안 흡수하는 이산화탄소량과 맞먹는 것으로 알려졌다. 빌 게이츠(Bill Gates)는 이 기술을 가진 캐나다의 환경 기업 카본엔지니어링(Carbon Engineering)에 투자하며 세상을 뒤흔들 혁신 기술이라고 평가하기도 했다. 이퓨얼은 특히 유럽에서 도입을 검토 중인 전생애 주기평가(LCA; Life Cycle Assessment) 관점에서 탄소 배출량 절감 효과가 크다. 전생애 주기평가는 탄소 배출량 규제에서 주행뿐 아니라 부품 및 연료 생산 단계와 조립·폐차·재활용 단계 등 모든 과정을 고려하는 평가 방식이다. 전기자동차는 배터리 같은 주요 부품 생산·폐기 과정에서 상당한 이산화탄소를 배출한다. 이 때문에 전생애 주기평가에서는 친환경성이 떨어진다. 토요타의 연구에 따르면 엔진 열효율이 50%에 도달한 차세대 하이브리드 차량에 이퓨얼 20%를 혼합한 연료를 사용하면 탄소 총배출량은 순수 전기자동차보다도 낮았다. 하이브리드 자동차에 이퓨얼을 쓰는 것이 전기자동차보다 더 친환경적이라는 것이다. 기존 자동차 산업이 배터리와 모터 등 전혀 다른 설계와 부품을 가진 전기차 중심으로 전환하는 데 막대한 시간과 비용이 소요되는 것을 고려하면 이퓨얼은 탄소 배출량을 더 빠르게 줄일 수 있는 효과적 대안이라는 말도 나온다.

판매 금지령

국제에너지기구의 탄소중립 로드맵은 자동차 회사들에게 내연기관 자동차를 더 이상 개발하지 말고 배터리 전기자동차(BEV)와 수소연료전지 전기차로 전환하라고 압박하고 있다. 2035년에는 내연기관 자동차의 신차 판매를 종료하고 2050년에는 신재생에너지 비율을 70%로 높일 것을 요구하고 있다. 이를 실현할 수 있는 현실적인 대안은 배터리 전기자동차와 연료전지 전기자동차의 보급 가속화이다. 2020년 기준 배터리 전기자동차와 플러그인 하이브리드 전기자동차의 전 세계 시장 점유율은 4.6%이지만, 2030년에는 60%, 2035년까지 거의 모두 대체해야 한다고 가정하고 있다. 이런 흐름에 맞춰 많은 업체들이 이미 자신들만의 로드맵을 발표했으며 국가 차원에서, 또는 도시 차원에서의 움직임도 빨라지고 있다. 2015년 폭스바겐 디젤 스캔들 이후 많은 나라들이 내연기관 자동차 판매 금지를 선언하고 나섰으나 그것을 구체화한 나라는 네델란드 정도였으며 미국의 캘리포니아주를 중심으로 한 일부에 지나지 않았다. 하지만 지금은 덴마크를 비롯해 아일랜드, 네덜란드, 슬로베니아, 스웨덴 등이 2030년을 목표로 설정하고 있다. 노르웨이는 2025년 초에 내연기관에 대한 보다 엄격한 금지를 계획하고 있으며, 프랑스와 스페인은 2040년이 목표이다. 유럽 국가 중에서 가장 보수적인 행보를 보이고 있는 나라는 독일이다. 아직까지 구체적인 목표가 제시되지 않고 있다. 스페인 의회는 내연기관의 단계적 폐지 일정을 제공하는 에너지전환법을 통과 시켰다. 2040년부터 내연기관이 장착된 차량의 판매를 금지하고 2050년부터는 더 이상 운전할 수 없다는 것이 골자다. 늦어도 2023년까지 인구가 5만 명 이상인 스페인의 모든 도시는 특히 기후에 해를 끼치는 차량의 통행을 제한하는 구역을 설정해야 한다는 것도 포함됐다.

영국은 브렉시트 직후, 2035년부터 신차의 내연기관 사용을 금지할 것이라고 발표했다. 여기에는 가솔린과 디젤뿐 아니라 하이브리드도 포함된다. 영국은 G7 국가 중 가장 먼저 탄소중립을 선언했다. 스코틀랜드는 이미 2032년부터 내연기관 판매를 금지했다. 역시 하이브리드도 포함된다. 동남아시아의 중요한 자동차 생산국인 태국에서는 내연기관을 탑재한 신차의 판매를 2035년부터 중단하려 하고 있다. 또한 2030년부터 모든 신차의 30%를 배터리 전기자동차로 한다는 목표를 설정했었으나 최근 50%로 높여 잡았다. 미국에서는 캘리포니아를 필두로 메사추세츠, 뉴저지에 이어 워싱턴주를 포함한 10개 주가 2030년, 또는 2035년부터 내연기관 자동차 판매 중단을 결정했다. 특히 로스앤젤러스는 지역 대중교통뿐만 아니라 배달 교통과 자가용에 초점을 맞춘 소위 그린 뉴딜 계획을 발표했다. 이에 따르면 2028년부터는 전기택시만, 2028년부터는 스쿨버스, 2035년부터는 도시의 모든 배달 교통이 배출 가스를 배출하지 않아야 한다. 유럽의 대도시 중에서는 파리는 2024년부터 디젤차 운행금지, 2030년에는 가솔린차가 운행 금지된다. 암스테르담은 2030년부터 내연기관 자동차와 오토바이, 스쿠터의 운행 금지를 추진하고 있다. 다만 세계 최대 자동차 시장인 중국은 시진핑의 2060년 탄소 중립 선언 이후 분위기가 많이 바뀌었지만 아직은 구체적인 로드맵은 없다. 산업적 차원에서 배터리 전기자동차 등 신에너지차 비율을 늘린다는 안이 14차 경제개발계획에 포함되어 있지만 내연기관 자동차 금지에 관한 내용은 뚜렷하지 않다. 하이난성만 2030년 내연기관 판매가 금지된다. 자동차의 평균 수명 주기가 7~10년이라는 점을 감안하면 자동차 회사들은 앞으로 수년 이후부터는 더 이상 내연기관 신차를 출시하지 못하는 상황이 도래하게 된다. 그래서 자동차 회사들은 전동화 전략 수정을 거듭하며 새로운 미래를 모색하고 있는 것이다.

전망

2019년 국가기후환경회의에서 주요 의제 중 하나로 '2040년 내연기관차 종식'이 거론되었다. 자동차 산업은 하나의 산업으로서가 아니라 국가 전반의 기술력과 경쟁력을 대표하고 수출과 무역흑자, 고용, 부가가치, 전후방 경제효과, 에너지 정책 등과 긴밀한 관련이 있다. 의제는 내연기관 자동차 종식이 아닌 '내연기관차에서 친환경차로의 전환 로드맵'을 마련하는 것으로 완화되었다. 내연기관 자동차 종식은 자동차 업계뿐만 아니라 산업 생태계 전반과 국가 경제에 미치는 엄청난 파장이 불가피하다. 2020년 기준 아직 생산의 95%는 내연기관 자동차이고, 2030년이 돼도 수요의 80~85%를 차지할 것으로 전문기관들이 예측하고 있어 자칫 내연기관 자동차 종식 발표는 완성차 업계는 물론이거니와 부품 업계 전반의 투자 감소와 사업 전환이라는 결과를 초래하게 될 수도 있다. 내연기관 자동차에 대한 투자 감소는 제품의 품질을 떨어뜨리고 기업의 이미지까지 하락시키면서 수익 완화로 내몰릴 수밖에 없다. 내연기관 자동차는 여전히 기업의 자금줄로서 내연기관 자동차를 판매해 얻는 수익으로 배터리 전기자동차, 수소전기자동차, 자율주행차 등 미래차를 위해 투자할 수 있기 때문이다. 그런데 정부를 일부 선진국을 포함한 20여 개국이 내연기관 자동차 종식을 발표했음을 흔히 인용한다. 그러나 이들 국가는 자동차 산업이 없거나 에너지원이 국내와 달리 화선연료 의존율이 낮거나 치밀한 산업전략적 차원에서 나온 결론이며 다분히 선언적인 성격이 강하다. 덴마크는 2040년부터 내연기관 자동차 판매 금지, 노르웨이(2025년), 네덜란드(2030년), 영국(2035년), 아이슬란드(2030년), 싱가포르(2040년), 아일랜드(2030년), 이스라엘(2030년), 포르투갈(2040년), 스웨덴(2030년), 대만(2040년), 슬로바니아(2030년), 코스타리카(2050년), 스리랑카(2040년) 등은 모두 자국 자동차 산업이 없는 국가들이다. 특이한 것은 독일이 2030년, 프랑스가 2040년, 인도가 2050년 내연기관 자동차 판매 금지를 발표했다는 점이다. 독일은 2016년 연방상원위원만이 의결한 상태이고, 프랑스는 국가 에너지원의 75% 정도가 원자력으로 내연기관 자동차를 규제할 충분한 여건을 가지고 있다. 인도의 경우 2017년 전력석탄신재생에너지부 공식 블로그를 통해 2030년까지 인도에서 판매되는 모든 차량이 전기자동차가 되도록 하겠다는 목표를 밝힌 바 있으나 실현 가능성은 미지수이다. '내연기관 자동차가 언제 종식되는가'라는 답은 1900년대 초를 돌아보면 어느 정도 알 수 있다. 그 당시 뉴욕의 이동수단이 99.99% 마차였던 시절 말똥이 도시를 뒤덮을 것이라고 우려했고, 죽은 말의 사체가 사회적 문제였지만 1908년 포드의 모델T가 나오면서 뉴욕의 이동수단은 자동차로 급속히 바뀌었듯이, 가솔린차와 디젤차는 언젠가 대부분 전기자동차로 바뀌는 시점이 올 것이다.

국제에너지기구(IEA) 보고서에 따르면 향후 2040년까지 전 세계 승용차는 전기자동차와 수소자동차가 24%, 하이브리드와 내연기관 자동차가 76% 보급될 것으로 전망하고 있다. 즉 출시되는 많은 내연기관 자동차에는 상용차뿐만 아니라 승용차도 포함되어 있다는 것이다. 해외 자동차 업계는 이미 유로6을 넘어서 유로6c/d에 대응하는 차량을 시장에 내놓았다. 유로6c/d란 질소산화물을 실험실에서는 80mg/km 이하로, 실도로주행(RDE, Real Driving Emission)에서는 120mg/km 이하로 배출하는 기준이다. 이 실도로주행이라는 평가 방법도, 과거 폭스바겐 스캔들로 실험실 기준만을 만족시키면 된다는 것이 문제라는 지적에 따라 새로이 마련된 것이다. 그런데 최근 출시되는 차량의 디젤엔진은 질소산화물의 배출량이 0~1g/km로 거의 측정할 수 없는 수치에 이르렀다. 더불어 수천 km를 주행한 차량의 평균 배출량도 실도로주행 조건에서 20~30g/km에 불과하다. 이는 독일의 ADAC가 유럽 내 시판되고 있는 디젤차들을 광범위하게 테스트해 얻은 수치이다. 내연기관 자동차의 꾸준한 신기술 개발을 통해서도 충분히 가능하다는 것이 입증되고 있다. 내연기관 자동차에 기반한 산업구조의 경쟁력을 유지하면서, 시장 논리에 기반한 실효성 있는 기업의 전략과 그것을 뒷받침 해줄 정책이 절실하다. 내연기관은 앞으로도 경제에 여전히 중요하고, 그 가능성은 계속 활짝 열려 있기 때문이다.

참고자료

• 〈자동차의 역사〉, 《네이버 지식백과》
• 〈디젤 자동차〉, 《네이버 지식백과》
• 〈가솔린 자동차〉, 《네이버 지식백과》
• 〈LPG차〉, 《네이버 지식백과》
• 〈천연가스 자동차〉, 《네이버 지식백과》
• 이상원 기자, 〈(전문가 칼럼) 내연기관 차량 종식이 그리 간단치 않은 이유는?〉, 《M오토데일리》, 2020-09-23
• 박용성 연구원, 〈(오토저널) 전기와 수소의 시대, 내연기관을 포기할 것인가?〉, 《오토저널》
• 채영석 기자, 〈2030년~2035년 이후 내연기관차 판매 금지를 결정한 나라와 도시들〉, 《글로벌오토뉴스》, 2021-05-18
• 안상현 기자, 〈내연기관 자동차를 왜 죽여? 기름만 ‘e퓨얼’로 바꾸면 되지〉, 《조선일보》, 2021-06-25
• 픽플러스, 〈전기차에 없는 내연기관 자동차의 매력〉, 《네이버 포스트》, 2018-01-15
• 김서현, 〈내연기관 자동차의 종류〉, 《타고》, 2020-12-28
• 카스탯, 〈자동차 연료별 장단점에 대해 알아보자〉, 《네이버 포스트》, 2019-05-03

같이 보기

• 경유
• 내연기관
• 엔진
• 자동차
• 전기자동차
• 휘발유
• ICE

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