세계 친환경 자동차 산업 동향
미래 자동차 산업 변화의 키워드는 연비와 친환경이다. 각국 정부가 관련 규제를 강화함에 따라 자동차 산업의 지형은 연비와 친환경 기준에 따라 변화하고 있다. 주요 국가들은 자동차 연비 규정 및 이산화탄소 배출량 허용기준을 강화하면서 친환경 자동차 생산을 장려하고 있으며, 2014년 기준 세계 친환경 자동차(HEV, PHEV, EV, 수소연료전지차) 판매 대수는 285만 대에 이르렀다. 2015년에는 9,690AKS 대로 예상되며, 이 중 친환경 자동차 생산 대수는 389만 대에 달할 전망이다.
친환경 자동차의 기술경쟁력은 배터리, 모터 등 핵심부품에 집약되어 있으며, 산업경쟁력 확보를 위해서는 부품·소재 기업의 육성이 절실히 요구되고 있다.
자료. 한국수출입은행 해외경제연구소 강정화 선임연구원
1. 친환경 자동차 개요
(1) 친환경 자동차의 성장 Driver
미래 자동차산업 변화의 키워드는 연비와 친환경으로, 각국 정부가 관련 규제를 강화함에 따라 자동차 산업의 지형은 연비와 친환경 기준에 따라 변화하고 있다. 주요 국가들은 자동차 연비 규정 및 이산화탄소 배출량 허용기준을 강화하면서 친환경 자동차 생산을 장려중인데, 미국은 평균연비 목표를 2025년까지 54.5mpg(23.2㎞/ℓ)로 정하고, 2016년까지 평균연비를 35.5mpg(15.1㎞/ℓ)로 강화한다고 밝혔다. EU는 주행거리당 CO2 배출량을 2015년까지 125g/㎞, 2020년까지 95g/㎞, 2025년까지 70g/㎞로 감축할 예정이다.
각국 정부는 전기차를 신성장 산업으로 육성하기 위해 R&D 투자, 보조금, 세제혜택 등 정책적 지원을 통해 전기차 보급을 확대 추진중이다.
또한, 미국은 오바마 정부의 그린 뉴딜 정책하에 전기차 개발 관련 프로젝트에 24억 달러를 지원하고 2015년까지 전기차 백만 대 보급을 추진중이며, 중국은 2020년 전기차 5백만 대 보급을 목표로 전기차 개발과 보급에 1,000억RMB(약 17조 원)를 지원할 예정이다.
(2) 친환경 자동차 시스템 개요
전기자동차는 일반 내연기관 자동차와 달리 배터리, 전기모터, 인버터/컨버터, BMS(Battery Management System) 등으로 구성되어 있다.
① 배터리: 재충전이 가능한 2차전지가 이용되며 전기자동차의 성능·가격에 가장 큰 영향을 미침.
② 전기모터: 배터리를 통해 구동력을 발생시킴.
③ 인버터/컨버터: 직류와 교류를 변화시키는 역할.
④ BMS(Battery Management System): 배터리 관리시스템으로 배터리의 충전·방전 조절, 전압·전류·온도 감시, 냉각 제어 등을 수행.
전기자동차는 전기에너지의 사용비중에 따라 하이브리드 자동차, 플러그인 하이브리드 자동차, (순수)전기자동차로 분류된다. 하이브리드 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle)는 기존 차량에 전기모터와 배터리가 추가 장착되며 주행상태에 따라 내연기관과 전기모터를 적절히 작동시켜 연비를 향상시킨다. 플러그인 하이브리드 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle)는 하이브리드 자동차보다 대용량의 배터리를 사용해 전기를 주 동력원으로 사용하며, (순수)전기자동차((B)EV: (Battery)Electric Vehicle)는 내연기관 없이 모터와 배터리로 구성되고 주행시 오염물질 및 CO2의 배출이 없다.
수소연료전지차는 전기를 이용해서 자동차를 구동하는 원리는 전기차와 같으나 전기를 만드는 방식이 전기차와 다르다. 수소연료전지차는 연료전지로부터 생산된 전기로 구동되는 차량으로, 내부 구조는 전기를 생성하는 연료전지, 수소를 저장하는 수소탱크, 차량 구동에 필요한 주변장치들로 구성된다. 원가와 성능 결정 측면에서 가장 큰 비중을 차지하는 3대 핵심 부품은 연료전지, 운전장치, 수소탱크로, 연료전지는 내부 스택의 에너지 효율에 의해 차량 연비를 결정하며, 자체 충/방전 가능 횟수에 따라 차량 내구성 관련 성능을 좌우한다. 운전장치는 연료전지에 필요한 수소 및 공기 공급 역할을 담당하며 연료전지의 효율적 구동에 영향을 주며, 수소탱크는 고압화를 통한 수소 저장 부피 확대를 통해 차량 주행 거리가 결정된다. 이 3대 핵심 부품들은 수소연료전지차 가격의 40% 이상을 차지하며 현재 수소연료전지차의 높은 가격을 형성하는 주요 요인으로 작용하고 있다. 향후 해당 부품들에 대한 큰 폭의 원가절감 달성 여부에 따라 수소연료전지차 보급이 활성화될 것으로 전망된다.
(3) 주요 국가 지원정책
미국은 경기부양법안 계획의 일환으로 친환경차 보급 촉진 프로그램을 운영 중이며, 2015년까지 전기차 100만 대 보급을 추진 중에 있다. 2009년 차세대 전기차 및 배터리 제조·개발에 24억 달러 투입, 2011년 초 80억 달러 규모의 전기차 지원 강화 방안을 발표했다.
EU는 전기차 인프라 구축과 재생에너지 개발에 50억 유로를 지원할 계획이며, 독일이 가장 적극적인 전기차 지원 정책을 보유중이다. 독일은 2009년 ‘Electro-mobility’ 개발 계획을 수립하고 2020년까지 전기차 백만 대 보급을 추진하고 있다. 현재 유럽은 2015년까지 자동차 이산화탄소 배출량을 130g/㎞ 수준을 목표로 하고 있으며, 2020년 95g/㎞까지 강화할 계획이다.
중국은 전기차를 2015년까지 백만 대, 2020년까지 5백만 대를 보급할 계획이며, 전기차 개발을 적극적으로 추진 중이다. 2010년부터 전기차 구입시 최대 6만 RMB, 플러그인 하이브리드 자동차 구입시 5만RMB를 지원해주는 정책을 중국내 5개 도시에서 시행 중이다. 2011년 ‘자동차와 전기차 산업발전계획(2011~2020)’을 발표하고 향후 10년 동안 1,000억 위안(약 17조 원)을 전기차 개발과 보급지원에 투입할 예정이다.
일본은 2020년까지 전기차 50만 대 보급을 목표로 전기차 보급 및 충전 인프라 구축을 위해 90억 엔/년을 투입 예정으로, 11개 도시에서 실증사업을 진행하고 있으며, 전기차 구입시 대당 최고 139만 엔의 보조금을 지원한다.
국가별로는 미국, 중국이 전기차 관련 R&D 투자에 가장 적극적이며, 전기차 구매 지원금은 덴마크가 가장 높은 수준이다. R&D 투자가 가장 높은 국가는 미국으로 22,260백만 유로를 투자해 중국 투자비(3,373백만 유로) 대비 6.6배 높고, 신차 가격대비 전기차 구매 보조금 비중은 덴마크가 최대 36%, 일본 15%, 아일랜드 13%, 중국·포르투갈 11% 순으로 지원하고 있다.
2. 세계 친환경 자동차 시장 동향
2014년 기준 세계 친환경자동차(HEV, PHEV, EV, 수소연료전지차) 판매 대수는 285만 대로 집계됐다. 2014년 세계 자동차 생산대수는 9,050만 대로 추정됐으며, 이 중 친환경 자동차는 약 3%를 차지했다. 이산화탄소 배출이 없는 전기차 및 수소연료전지차는 수요가 서서히 생겨나고 있으며, 전기차는 전년대비 65% 증가한 23만 대가 판매되었다.
2015년 세계 자동차 생산 대수는 9,690만 대로 예상되며, 이 중 친환경 자동차 점유율이 4%를 차지할 전망이다. 하이브리드 자동차 생산 대수는 전년대비 34% 증가한 314만 대, 플러그인 하이브리드 자동차는 전년대비 49% 증가한 42만 대, 전기차는 39% 증가한 33만 대가 생산될 전망이다. 반면, 수소연료전지차의 경우는 여전히 시험 생산단계에 머무를 것으로 보인다.
또한, 2015년 저유가 상황으로 인해 올해 친환경자동차 판매 대수가 예상치를 하회할 가능성이 있으나, 그 폭은 크지 않을 것으로 예상되며, 2020년까지 친환경자동차 성장률은 연평균 20% 이상의 고성장세를 지속할 것으로 판단된다. 2020년 친환경자동차의 시장점유율은 13%로 높아질 것이며, 이중 10%는 하이브리드 자동차가 차지할 전망이다. 다만, 친환경자동차 중 전기차 및 수소연료전지차의 경우 배터리 성능 및 가격과 충전 인프라 문제 해결이 시장 확대의 선결과제로 꼽히고 있으며, 2020년 친환경 자동차 판매 대수는 약 1,600만 대에 달할 것으로 예상된다.
3. 친환경 자동차 밸류체인별 동향
(1) 전기차 밸류체인
전기차 밸류체인은 배터리, 파워트레인(모터, 전력관리/제어 시스템), 전기차 생산, 충전 인프라로 구성된다. 투자비는 전기차 생산, 배터리, 모터 부분, 영업이익률은 전력관리/제어 시스템(13.8%) 부분이 높다.
(2) 배터리
배터리는 배터리 셀, 모듈, 배터리관리시스템(BMS), 냉각장치로 구성된다. 배터리 셀이 모여 모듈이 되고, 모듈이 모여 최종 배터리 팩으로 제작되는 것이다.
전기차 시장의 확대 관건은 배터리 가격과 용량 증가이며, 전기차 시장 성장 가속화를 위해선 200~300달러/㎾h까지 하락해야 한다. 배터리는 전기차 생산원가의 가장 큰 비중(40~50%)을 차지하며, 전기차의 가격, 주행거리 등을 좌우하는 핵심 부품으로, 2009년 $1,100/㎾h에 달했던 배터리 가격이 2013년 $700/㎾h까지 하락했으며, 2~3년 내에 $500/㎾h까지 하락할 것으로 전망된다. 배터리 성능이 향상될 경우 ㎾h당 가격이 하락할 뿐만 아니라 주행거리까지 증가하게 된다.
현재 전기차용 배터리로 리튬이차전지가 가장 널리 사용되고 있으며, 향후에도 배터리 분야 핵심부품으로 위치를 공고히 할 전망이다. 과거 니켈수소 전지가 Toyota 프리우스에 사용되었으나, 성능 한계로 인해 현재는 리튬이차전지로 대체되는 추세이다. 여러 전기차용 배터리가 테스트되고 있으나, 주도 기술은 리튬 배터리가 최적의 솔루션으로 자리매김중이다. 2013년 기준 리튬 배터리 시장규모는 152억 달러이며, 이 중 전기차용 리튬 배터리 시장 규모는 약 30억 달러를 차지하고 있다.
배터리 사업자는 완성차 회사들과 전략적 협력관계를 구축해 단기적으로는 수요처 확보, 장기적으로는 규모의 경제 달성을 추구중이다. 일본 완성차 업체는 순수 전기차 중심으로 배터리 회사와 합작법인을 설립하는 추세며, 미국 및 유럽 완성차 업체는 플러그인 하이브리드 중심으로 배터리 회사들과 공급계약을 체결하고 있다.
(3) Power Train
Power Train은 동력전달장치로 모터와 인버터/컨버터 등으로 구성된다. 모터는 엔진을 대체해 자동차 구동을 가능하게 하며 하이브리드 차량에 엔진과 같이 장착되어 엔진 보조 역할 수행한다. 인버터는 직류를 교류로, 컨버터는 교류를 직류로 변환하는 역할을 한다. 파워트레인 업체들은 장기간 완성차 업체들과 장기 계약을 통해 부품을 공급해왔으며, 이는 전기차에도 동일하게 적용될 것으로 예상된다.
(4) 전기차 생산
전 세계적으로 30여 개 신규업체와 기존 완성차 업체가 시장에서 경쟁하고 있으며, 완성차 업체와 신규 전기차 회사와의 제휴를 확대하는 추세이다. 전기차 전문회사는 기술수준, 사업모델 등에 따라 고가 자동차 시장을 공략하는 Tesla, Fisker, 저가 시장을 공략하는 Think, REVA 등이 있으며, 기존 자동차 회사들은 시장 점유율, 기술수준 등에 따라 중점 차종이 다르나, 전기차 시장의 성장성에 주목하고 생산계획을 발표하고 있다. 다임러, 도요타 등은 전기차 전문회사와 전략적 협력관계를 구축 및 인수를 통해 조기 시장진입을 추진중이다.
현재 시장은 일본(닛산), 미국(GM), 중국(BYD) 업체가 시장을 선도하고 있으며, 닛산 Leaf, GM Volt는 판매지역 확대 및 생산설비 증설을 진행하고 있다.
전기차 시장은 제조기술 난이도가 낮아 진입장벽이 높지 않으나 많은 투자비가 요구되며, 중소업체는 브랜드 인지도, 가격 경쟁력, 전기차 상용화 시기까지 생존가능성이 낮은 실정이다. 화석연료 차량에는 약 3만 개 이상의 부품이 필요하나, 전기차는 필요 부품의 수가 18,900개에 불과해 시장 진출이 특히 용이한 편이다. Tesla사의 성공에도 불구하고 세계 전기차 시장은 기존의 완성차 기업들을 중심으로 재편될 전망이며, 전기차 회사의 지분 투자를 통해 수요처 확보 및 제조경험을 축적하려던 중소 배터리 기업의 전략은 수정이 필요할 것으로 보인다.
(5) 전기차 충전인프라
전기차 충전 방식은 가정용 충전, 급속충전, 배터리 교체 등 다양한 충전 방식이 있으며, 가정용 충전은 가정, 빌딩의 주차장에서 취침시간, 근무시간 등에 충전이 이뤄지고 충전시간은 6~8시간이 소요된다. 급속충전은 도로에 설치된 충전소가 높은 전압과 전류를 공급할 수 있는 충전설비를 갖춰 충전시간을 30분 이내로 단축시키며, 배터리 교체는 충전소에 방전된 배터리를 반납하고 충전된 배터리로 교체하는 방식으로 약 5분이 소요된다.
전기차 충전사업은 소규모·전문화된 기업 중심이었으나, 최근 대기업들이 시장에 관심을 표출하면서 전문사업자들과 협력관계를 구축 중이다. 2010년부터 대기업들은 전문사업자들과 협력관계를 통해 스마트 그리드 사업기회와 연계된 전기차 충전 솔루션 확보를 추진하고 있으며, 전력사업자들은 자체 브랜드 충전기를 개발하는 등 충전기 설치 및 충전 Infra 관리를 사업기회로 보고 있다.
충전기 사업자들은 자동차 회사들과 협력관계 구축을 통해 가정용 시장 점유율 확대를 추진하고 있다. GM, 닛산은 충전기 제조·설치 사업자(SPX, AeroVironment)와 협력하며, 포드, 미쓰비시는 전자제품 유통기업인 Best Buy를 판매 사업자로 선정했다.
각국 역시 정부 주도로 전기차 보급 확대를 위해 전기차 충전인프라 확대사업을 진행하고 있다. 미국은 스마트 그리드와 전기차 충전 인프라 사업을 연계하고, 일본은 2009년부터 전기차 충전 실증사업을 추진 중이며, 전기차 충전시스템 협회인 차데모(CHAdeMO)를 설립해 급속 충전 표준을 개발했다. 또한, 중국은 국가전력망공사(중국 북부)와 중국남방전력망(중국 남부) 주도로 전기차 충전 사업을 확대중이다.
4. 국내 친환경 자동차 산업 현황
(1) 전기차 산업 육성 정책
2015년 글로벌 그린카 4대 강국으로 도약하기 위해 그린카 양산 로드맵 수립, 초기 시장창출 및 보급기반 확충을 추진하고 있다. 플러그인 하이브리드와 중형 전기차는 각각 2012년, 2014년부터 양산중이며, 보급목표는 2013년 13.2천 대, 2015년 85.7천 대, 2020년 1,046천 대로, 시장 창출을 위해 세제지원, 충전 인프라 구축, 전기차 거점도시를 중점으로 하고 있다.
(2) 기술수준
배터리를 제외한 모터, 인버터, 컨버터 등의 국내 친환경 자동차 기술 수준은 아직 낮은 상황이다. 국내 전지 제조기술은 경쟁력을 확보하고 있으나 소재기술은 선진국을 대비해 30~40% 수준으로, 리튬 이차전지 산업의 경쟁력 강화를 위해선 핵심소재의 국산화가 절실한 상황이다.
전기동력 시스템, 모터는 선진국 대비 80% 수준의 기술력을 보유하고 있다.
(3) 주요 기업
전기차 배터리는 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션이 시장을 선도하고 있다. LG화학은 세계 1위 전기차 배터리 생산업체로 미국 전기차 배터리개발 컨소시엄으로부터 고성능 전기차 배터리 개발 프로젝트를 수주했으며, 삼성SDI는 BMW, 크라이슬러와 공급계약 체결, SK이노베이션은 현대·기아차, 메르세데스AMG, 미쓰비시후소의 배터리 공급업체로 선정됐다.
모터는 현대모비스, 효성중공업, 인버터는 LS산전, 현대모비스 등이 제품을 개발·생산중이며, BMS 분야에는 중소기업의 참여가 활발하다. 현대모비스는 모터, 인버터, 컨버터를 쏘나타, K5 하이브리드에 공급하고, 효성은 50㎾급 모터를 기아차의 전기차 ‘TAM’에 공급할 예정이다. BMS 분야에서는 파워로직스, 넥스콘테크놀러지, 이랜텍 등이 참여중으로 알려져 있다. 또한, 전기차 생산에는 현대·기아차, 르노삼성 등이 참여중으로, 기아차는 2014년, 현대차는 2015년부터 전기차 양산을 시작할 예정이며, LG, SK그룹은 전기차 사업을 차세대 성장엔진사업으로 선정하고 전기차 수직계열화를 추진 중이다.
5. 시사점 및 결론
(1) 자동차산업의 고효율 및 친환경화는 거스를 수 없는 대세
기존의 내연기관을 가지고는 새로운 자동차 수요를 이끌어 내는데 한계가 있으며, 새로운 수요를 위한 새로운 기술 등장이 필요한 시점으로 판단된다. 현재 내연기관 자동차 시장 성장률은 2020년까지 연평균 3% 미만의 성장에 불과하며, 소비자의 새로운 수요를 이끌어 내려면 고연비 자동차 기술이 필요하다. 또한 고연비 기술을 위해서는 현재 내연기관으로는 한계가 있으며 이를 위해 배터리와 접목된 자동차 기술이 각광을 받고 있는 실정이다.
최근 출시된 BMW i8의 경우 최고시속 250㎞, 리터당 47.6㎞의 연비를 기록하고 있다.
전 세계 이산화탄소 배출량의 약 20% 이상을 운송부분이 차지하고 있기 때문에 자동차는 환경 대응에서 빼놓을 수 없는 영역으로, 따라서 각국 정부는 구체적인 규제안들을 통해 완성차 기업들의 친환경 자동차 개발과 출시에 압박을 가하고 있으며, 기업들도 따를 수밖에 없는 환경이 조성되고 있다.
(2) 친환경 자동차로의 전환은 거스를 수 없는 대세이나, 속도가 문제
전기차, 수소연료전지차 등 친환경 자동차 기술개발은 빠르게 진행되고 있으나, 문제는 가격이다. 최근 출시되고 있는 전기차의 경우 일반소비자가 구매하기에는 여전히 높은 가격으로, 내연기관 자동차 대비 부품 수가 적음에도 불구하고 높은 배터리 가격으로 인해 가격이 높게 책정되어 있는 실정이다.
다만, 2015년을 기점으로 친환경 자동차 생산량 증가와 더불어 배터리 가격도 하락할 것으로 전망된다. 중대형 배터리 기업들의 대량생산 체제가 구축됨에 따라 가격하락 속도도 빨라질 것으로 예상되며, 2020년 $200~300/kWh 달성시 내연기관 자동차와의 본격적인 가격 경쟁이 시작될 것으로 판단된다.
(3) 세계 친환경 자동차시장은 연평균 20% 이상의 고성장을 지속할 전망
세계 친환경자동차시장은 2020년까지 하이브리드 자동차를 중심으로 성장할 전망이다. 하이브리드 자동차 기술의 완성도가 가장 높은 상황이며, 낮은 용량의 배터리를 사용하는 관계로 차량 가격에서 배터리가 차지하는 비중이 낮다.
배터리 가격 하락과 고연비 자동차에 대한 수요가 맞물리면서 플러그인 하이브리드 및 전기차로 넘어갈 것으로 보이며, 2015년 이후 연비 50㎞/ℓ이상의 플러그인 하이브리드 자동차 출시가 본격화될 전망이어서 본격적인 전기자동차 시대의 서막이 열릴 것으로 예상된다.
수소연료자동차의 경우에는 2025년 이후 본격적인 수요가 발생할 것으로 추정되며, 기술의 완성도 및 안정성 검증에는 많이 시간이 소요되고, 충전 인프라에 대한 문제를 해결하는 데에도 많은 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 2020년까지 연구개발 차원의 차량 출시가 이어지겠지만, 본격적인 시장 형성은 2020년 이후 가능할 전망이다.
(4) 친환경 자동차의 기술경쟁력은 배터리, 모터 등 핵심부품에 집약되어 있으며, 산업경쟁력 확보를 위해선 부품·소재 기업 육성이 필요
내연기관 자동차 대비 친환경 자동차 제조 기술 난이도는 낮아 제조기술 경쟁력은 관련 핵심 부품 조달을 얼마나 잘하느냐에 달려 있다. 특히 배터리와 모터와 같은 핵심 부품의 성능이 친환경자동차의 성능을 좌우한다.
친환경 자동차 시장에서 국내 자동차 기업들이 경쟁력을 확보하기 위해서 부품 기업들의 경쟁력 확보가 무엇보다 중요한데, 국내 친환경 자동차 부품기업들은 가장 큰 애로사항으로 시장정보 및 기술개발 지원 부족으로 공공부문의 도움을 꼽고 있다. 특히 중소 부품업체들은 자동차 산업 변화 전망, 해외 시장 정보, 기업별 동향 등에 대한 조사여력이 부족하므로 산업계와 공공기관의 연구가 필요하다.
또한, Test-bed 시장 지원과 관련 법 제정을 통해 산업생태계 활성화를 위한 정부 정책지원 확대가 요구되고 있는 실정이다.
※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 세계 친환경 자동차 산업 동향
