지속되는 배출 저감 압박 

유럽은 야심차게 자동차 메이커들의 CO₂ 배출 저감 목표를 정했다. 2021년까지 그들의 플릿은 평균 95 g/km에 도달해야만 한다. 

대부분의 경우 2015년 130 g/km 목표를 성공적으로 통과했지만, 2021년까지 새로운 95 g/km 목표 달성은 훨씬 더 어려울 것으로 예상된다. 특히 자동차 제조업체가 2008~2014년 동안 실시한 것과 동일한 속도로 이를 진행한다면 말이다.

프로스트앤설리번의 분석에 따르면 볼보, 닛산, PSA 그룹과 토요타 등은 디젤, 하이브리드는 물론 선호하는 다양한 파워트레인을 혼용해 목표 달성의 선두를 달리고 있다. 그 뒤를 다임러, 르노, 폭스바겐, 포드 등이 따르고 있다. 반면 GM, 현대차, 혼다, 피아트 등은 2025년 이전에 2021년 CO₂ 배출 저감 목표 달성을 위해 기존 파워트레인의 변경 내지 혁신이 요구되고 있다.
 

그러면 자동차 제조업체는 언제쯤 2021년 목표를 달성할 수 있을까? 프로스트앤설리번은 좋은 소식은 매년 수백만 유로에 이를 수 있는, 플릿 평균에서 차당 km 당 초과 배출 g에 대해 95 유로의 벌금 부과가 카 메이커의 CO₂ 배출저감 기술 적용에 큰 동기가 되고 있다는 것이라고 했다.

예를 들어 유럽에서 매년 400만 대의 차량을 판매하는 폭스바겐 그룹은 2021년 목표치를 초과할 때마다 4억 유로를 지불해야만 한다. 만일 폭스바겐의 평균 플릿 배출량이 2021년 목표치보다 2.5 g/km를 초과한다면 매년 10억 유로의 벌금을 지불해야만 한다. 따라서 차량 제조사가 g/kg에서 40유로나 50달러보다 적은 CO₂ 배출저감 기술을 채택하는 것이 매우 중요해졌다. 

그러나 나쁜 소식도 있다. 2021년에 95 g/km에 도달한다고 모든 배출감축 여정이 끝나는 것이 아니라는 점이다. 현재 유럽위원회(EU)에서는 2025년에 대해 60~70 g/km란 새로운 목표를 적용하려 하고 있고, 전기차(EV)를 5~25%까지 판매할 것을 요구하는 논의를 진행 중이다.

고속일수록 나쁜

그렇기 때문에, 예를 들어 테슬라가 테슬러 모델S, 모델X로 장거리 배터리 전기차 시장을 리드하는 가운데 독일의 카 메이커 아우디, 메르세데스 벤츠 등이 2018년 혹은 2019년에 대형 배터리를 장착한 배터리 전기차를 론칭할 계획을 발표하고 있다. 늘어난 주행거리, 이같은 대형 배터리를 사용하면 새로운 NEDC 측정에서 500 km 주행의 일반적인 내연기관 차량과 비교할 수 있다. 이는 아우디와 메르세데스 벤츠만이 아니다. 대부분의 차량 제조업체는 실제로 2021년과 2025년 목표를 달성하기 위한 차량이 필요하기 때문에 향후 5년 내에 300 km 이상을 주행하는 30개 이상의 배터리 전기차 개발 계획을 발표했고, 이런 차종은 5년 내에 발표될 전망이다.
 

쉐보레 볼트(Volt)에 이어 내년 닛산 리프, 재규어의 크로스오버 모델, 볼보 SPA 등이 대표적이고 애스턴마틴 라피드 E, 현대기아의 SUV, PSA EMP2, 포드 모델 E, 폭스바겐 그룹의 여러 모델들, EQ는 물론 메르세데스의 여러 클래스 모델, 테슬라의 후속 모델들이 300 km 이상의 주행거리를 자랑할 것으로 보인다.
 

그러나 프로스트앤설리번은 이처럼 대형 배터리를 장착한다고 해도 배터리 전기차의 주행 관련 이슈가 여전할 것으로 봤다. 이는 단지 도시 주행조건을 적용한다면 문제가 없겠지만, 고속주행의 고속도로를 적용하면 전기차는 NEDC 공칭 거리보다 두 배나 낮게 나타날 수 있기 때문이다. 일반적인 내연기관 차량의 경우 연료 소비량이 도시와 고속도로 주행 조건 간 큰 차이가 없는 것과 다르다. 
 

일정 속도에서 높은 효율의 파워트레인은 더 높은 속도에서 더 높은 공기역학적 힘의 밸런스를 갖는다. 그러나 배터리 전기차의 파워트레인 효율은 일정한 속도의 고속도로 주행 시 시내 주행조건과 같은 회생제동이 더 이상 불가능하기 때문에 오히려 감소한다. 따라서 NEDC는 내연기관을 위한 고속도로 주행을 대표한다고 볼 수 있다. 전기차가 고속도로에서 130 km/h로 주행할 때에는 발표된 NEDC 거리의 50~60%만 만족하는 셈이다.
 

따라서 차량 제조사들은 내연기관 차량과 경쟁하기 위한 고속도로 주행거리 이슈를 만회할 저렴한 솔루션을 찾아야만 하고, 이를 통해 더 매력적인 전기차를 더 많이 팔아야만 한다.
프로스트앤설리번은 130 km/h에서 에너지 소비량은 90 km/h 대비 두 배 이상이며 공기역학적 힘은 마찰력 80%의 3배가 되기

때문에 에어로다이내믹스의 향상은 종국에 전기차를 사람들이 구매하도록 하는, 전기차의 고속도로 주행거리를 증대시키는 핵심적인 역할을 할 수 있다고 내다봤다.

액티브 에어로다이내믹스

공기역학적 손실이 130 km/h에서 에너지 소비의 80%를 차지하기 때문에 130 km/h에서 항력계수(Cx)를 5% 증가시키면 BEV 에너지 소비는 4% 감소할 것이다. 

예를 들어 테슬라 모델S의 주행거리는 65 km/h일 때 15 kWh/100 km로 주행거리가 500 km에 이른다. 일반적인 100 km/h나 고속주행의 130 km/h에서는 에너지 소모가 각각 19 kWh/100 km, 25 kWh/100 km로 주행거리가 400 km, 300 km로 줄어든다. 속도가 높을수록 주행거리 감소가 심하다.
 

만일 테슬라 모델S가 에너지 소모를 4% 줄이면 130 km/h에서 25 kWh/100km가 아닌 24 kWh/100 km를 소비하기 때문에 300 km가 아닌 312.5 km로 12.5 km를 더 주행할 수 있게 된다. 이는 3 kWh의 배터리 용량에 해당한다. 따라서 항력(Cx)을 5% 줄이는 공기역학 시스템은 에너지 소비를 4 g/km까지 줄여 2020년(3 kWh × 120달러/kWh)에 배터리 팩 비용을 최소 360달러 낮출 수 있게 한다. 
 

프로스트앤설리번은 차량 제조업체들이 배터리 전기차의 고속도로 주행거리를 늘리기 위해 일반적인 내연기관의 두 배인 g/km 당 최대 90달러의 비용을 들이는 효율화 기술에 기꺼이 돈을 지불할 것으로 전망했다. 

고속도로 주행거리를 향상시키기 위해 이용할 수 있는 공기역학적 시스템을 살펴보면, 2025년에 그릴셔터와 에어 댐이 대부분의 전기차에 장착될 것으로 예상되며 루프 스포일러는 테슬라 모델X와 같은 SUV에서 공기역학 성능을 향상시킬 것이다. 스포츠카의 경우에 액티브 루프 스포일러가 장착돼 고속도로 주행 성능을 향상시킬 것이다. 이런 기술들은 이미 내연기관, 전기차 가릴 것 없이 시작되고 있다.
 

특히 SUV, MPV, 픽업, 밴 등은 해치백 모양(높은 항력 계수)과 높이(높은 정면 영역)로 열악한 공기역학적 성능을 갖고 있기 때문에, 공기역학적 시스템을 위한 매우 훌륭한 선택지가 되고 있다. 따라서 이런 차의 15% 항력 향상은 소형차보다 50% 더 높은 효과를 발휘할 수 있다. 게다가 SUV와 MPV가 2025년에 판매되는 차량의 50%를 차지할 것으로 예상되기 때문에, 자동차 제조업체는 2025년 목표를 달성할 수 있는 기회를 갖기 위해 자동차의 후방에서 공기역학적 성능을 향상시킬 것으로 보인다. 

액티브 에어로다이내믹스 시스템이 전기차의 실제 주행거리를 늘리는 데 도움이 된다면, 2020년과 2025년 사이에 CO₂ 배출량을 줄이고 플릿의 평균 배출 목표를 달성하는 데 큰 도움이 될 것이다. 이것은 일반적인 내연기관에서도 매우 유용하게 사용될 것이다.