E-모빌리티 시대의 리엔지니어링: 내연기관 부품 공급업체의 과제와 기회

본 기사는 원래 Interempresas에 게재된 전문가 인터뷰를 기반으로 하며, 현재는 AVL.com을 통해 더 넓은 국제 독자들에게 업계 인사이트를 제공합니다. 이번 인터뷰에서 자동차 제조 및 혁신 분야의 베테랑 전문가인 Matthias Fail은 업계가 직면한 가장 시급한 과제 중 하나, 즉 내연기관 부품에서 전동화 모빌리티 부품으로의 전환에 대한 견해를 공유합니다.

자동차 산업이 빠르게 전동화로 향함에 따라, 내연기관 차량 부품 제조업체들은 복잡한 기술적, 운영적, 전략적 의사결정을 마주하고 있습니다. 이번 인터뷰는 이들이 반드시 고려해야 할 핵심 요소를 다룹니다. 생산 공정과 소재의 전환에서부터 새로운 성능 및 규제 기준을 충족하는 것까지, 변화의 범위는 넓고 도전적입니다.

Matthias Fail은 성공적인 전환을 위해 필요한 핵심 단계와 혁신을 제시하며, e-모빌리티로 진화하는 시장에서 경쟁력을 유지하고자 하는 공급업체들에게 실질적인 로드맵을 제안합니다.

원문 인터뷰(스페인어) 전문은 Interempresas 사이트를 통해 확인할 수 있습니다. 

전기 및 수소 엔진으로의 전환은 꾸준히 진행되고 있습니다. 배터리 전기차(BEV)와 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV)는 인프라 확대, 정부 보조금, 기술의 비약적 발전, 그리고 특히 친환경 수소에 비해 낮은 전력 비용에 힘입어 현재 승용차 시장을 주도하고 있습니다.

반면, 수소 연료전지차(FCV)는 대형 운송 및 산업 분야에서 점차 중요한 역할을 하고 있습니다. 수소의 높은 에너지 밀도와 빠른 충전 능력은 장거리 운송, 해운, 항공과 같이 전동화가 어려운 분야에 이상적인 솔루션으로 평가됩니다.

또한 수소 내연기관은 아직 초기 단계이자 틈새 기술에 불과하지만, BEV와 FCV를 보완할 수 있는 잠재력을 지닌 차세대 기술로 주목받고 있습니다.

자동차 산업이 전기 및 수소 엔진으로 전환됨에 따라, 완전 전기 승용차에서는 여러 전통적인 부품들이 사라지게 될 것입니다. 연료 분사기, 피스톤, 타이밍 벨트, 연료 펌프, 크랭크샤프트, 캠샤프트, 배기 시스템, 변속기와 같은 부품들은 전기 및 수소 기반 차량에서는 더 이상 필요하지 않습니다. 이러한 부품들은 내연기관(ICE)의 핵심 요소들이지만, 현재는 보다 지속가능한 대안으로 대체되고 있습니다.

다만, 내연기관 차량(ICEV)은 전통적인 내연기관뿐만 아니라 수소 내연기관 차량까지도 여전히 이러한 부품들을 사용하게 됩니다. 두 경우 모두 유사한 원리에 따라 작동하기 때문입니다. 반면 전기차(EV)와 수소 연료전지차(FCV)는 근본적으로 다른 원리에 기반해 작동합니다. EV는 전기 모터와 배터리 시스템에 의존하기 때문에 전통적인 엔진에서 사용되던 많은 기계적 부품이 필요하지 않습니다. 마찬가지로 FCV는 수소 연료전지를 통해 전기를 생산하고 이를 전기 모터로 구동하기 때문에 기존 내연기관 부품이 필요하지 않습니다.

자동차 산업이 계속 진화함에 따라, 미래의 공급업체들은 차세대 차량의 요구를 충족하기 위해 다양한 첨단 소재에 능숙해야 합니다. 주요 소재에는 고성능 배터리를 위한 리튬, 코발트, 니켈, 고효율 전기 모터를 위한 희토류 금속, 배선용 구리, 연료전지 촉매용 플래티넘, 수소 탱크를 위한 탄소섬유, 막(membrane)용 고급 폴리머가 포함됩니다.

기술 측면에서는 배터리 셀 및 모듈, 배터리 관리 시스템(BMS), 연료전지 스택의 개발과 제조에 집중해야 합니다. 또한 전력 전자 기술, 레이저 용접, 플라즈마 세정, 2K 열 접착제 분야에 대한 역량도 필수적입니다. 모든 전자 시스템이 엄격한 전기적 시험 및 전자기 적합성(EMC) 지침을 충족하도록 보장하는 것도 중요합니다.

생산 공정 측면에서는 내연기관을 위한 전통적인 주조 및 단조에서 배터리를 위한 전기화학적 조립, 연료전지를 위한 클린룸 생산으로의 전환이 이루어질 것입니다. 이러한 새로운 기술에 포함되는 정밀 부품들을 다루기 위해 자동화의 비중이 더욱 커질 것입니다.

공급 측면에서는 희토류와 배터리 금속에 대한 수요가 지정학적 압박을 야기할 수 있으며, 현재 이 시장은 중국이 주도하고 있습니다. 또한 수소 생산이 비용 효율적이 되기 위해서는 친환경 에너지 공급 확대가 필수적이며, 이는 재생에너지 수요를 더욱 증가시킬 것입니다.

진화하는 자동차 산업에서 경쟁력을 유지하기 위해 부품 제조업체들은 몇 가지 핵심 영역에 상당한 투자를 해야 합니다. 우선, 배터리 모듈 조립, 연료전지 스택 생산, 고압 탱크 제조를 위한 새로운 기계 설비가 필수적입니다. 이러한 첨단 제조 공정은 정밀성과 효율성을 보장하기 위해 특수 장비를 필요로 합니다.

또한 제조업체들은 지속적으로 새로운 부품을 개발하고, 더 가볍고 효율적인 솔루션을 만들어내야 합니다. 업계 내 경쟁이 치열하기 때문에 혁신은 앞서 나가기 위한 핵심 요소입니다. 이는 기존 기술을 개선하는 데 그치지 않고, 차량 성능과 지속가능성을 높이기 위한 새로운 소재와 방법을 탐구하는 것을 포함합니다.

마지막으로, 엔지니어와 작업자들의 역량 강화(Upskilling)가 매우 중요합니다. 산업이 전자와 소프트웨어 중심으로 전환됨에 따라, 전통적인 기계적 기술보다 이러한 분야에 대한 전문성이 점점 더 필요해질 것입니다.

환경 규제는 자동차 부품 제조에 상당한 영향을 미치고 있습니다. EU의 그린 딜(Green Deal)과 미국의 인플레이션 감축법(IRA)에 명시된 것과 같은 더욱 엄격해진 배출가스 기준은 제조업체들이 더 깨끗한 기술을 채택하도록 압박하고 있습니다. 이러한 규제는 조립 공정보다 철강 단조와 같이 에너지를 많이 소비하는 공정에 특히 더 큰 영향을 미치며, 산업을 더욱 지속 가능한 관행으로 이끌고 있습니다.

또한, 순환 경제의 개념이 필수가 되고 있습니다. 이 접근 방식은 재료의 재활용 및 재사용을 강조하며, 제품이 내구성과 최소한의 폐기물을 목표로 설계되도록 보장합니다.

여러 혁신 기술들이 자동차 부문에 상당한 영향을 미칠 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, 전고체 배터리는 기존 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도와 향상된 안전성을 제공합니다. 이러한 발전은 전기차의 주행 거리를 늘리고 안전성을 강화할 수 있습니다.

BEV용 급속 충전 기술도 또 다른 중요한 혁신입니다. 이 기술은 충전 시간을 단축하여 전기차를 사용자에게 더 편리하게 만들고, 이는 더 폭넓은 전기차 채택으로 이어질 것입니다. 마지막으로, 전기분해를 통한 그린 수소 생산은 수소 연료를 더 쉽게 이용하고 비용 효율적으로 만들 수 있습니다.

자동차 산업에서 가장 많은 부품 공급업체를 보유할 것으로 예상되는 국가는 중국, 일본, 한국, 인도입니다. 중국은 배터리 생산을 장악하고 있으며 친환경 에너지에 막대한 투자를 하고 있습니다. 이는 중국을 리튬 이온 배터리 기술에 집중하는 전기차 공급망의 핵심 주체로 만듭니다.

일본과 한국은 수소 연료 전지 및 배터리 기술의 선구자입니다. 이들 국가의 기업들은 수소 동력 차량과 첨단 배터리 시스템 개발을 주도하며 글로벌 시장의 주요 공급업체로 자리매김하고 있습니다.

인도 또한 비용 우위 덕분에 BEV(배터리 전기차) 제조 분야에서 중요한 플레이어로 부상하고 있습니다. 인도의 경쟁력 있는 제조 비용과 전기차 생산에 대한 증가하는 관심은 확장되는 BEV 시장을 공략하려는 부품 공급업체들에게 매력적인 장소가 되고 있습니다.

네, 전기 엔진과 수소 엔진은 자동차 산업에서 공존할 것입니다. BEV(배터리 전기차)는 다양한 차급에서 이용 가능하고 기존 인프라의 지원을 받기 때문에 승용차 시장을 장악할 가능성이 높습니다. 이들은 일상적인 운송 요구에 실용적인 해결책을 제공하며 소비자들 사이에서 인기가 높아지고 있습니다.

반면에, 수소는 전기화가 어려운 분야에서 중요한 역할을 할 것입니다. 장거리 트럭 운송, 해운 및 항공과 같은 분야는 수소의 높은 에너지 밀도와 빠른 재충전 속도가 더 실행 가능한 선택지가 됩니다. 수소 동력 차량은 이러한 까다로운 애플리케이션에 필요한 주행 거리와 효율성을 제공함으로써 승용차 시장의 BEV 사용을 보완할 것입니다.