토요타 수소내연기관
1. 전기자동차의 부상과 내연기관의 도전
테슬라가 쏘아올린 전기차 혁명의 화살은 전 세계 자동차 산업의 패러다임을 뒤흔들고 있다.
현재 시점에서 자동차의 미래는 전기자동차로 귀결되고 있다. 전기자동차의 급부상은 기존 내연기관 중심의 자동차 산업에 강력한 도전장을 내밀었다. 기존의 엔진 기술이 더 이상 전기자동차의 세계에서 큰 메리트를 갖지 못하는 상황이 되어 버린 것이다. 이러한 변화 속에서 자동차 제조사들은 내연기관을 포기하고, 새로운 전기차 기술에 집중하기 시작했다.
제네시스 등 현대자동차의 디자인과 성능이 전세계 소비자에게 사랑받는 사실을 기쁘게 바라보고 있는 한사람의 한국인으로서, 마이클도 자동차의 미래와 자동차 산업계를 유심히 보는 편이다. 현대자동차가 약진했다고는 하지만, 아직도 전세계 자동차 판매량 순위는 3위에 불과하며, 점유율은 약 7% 정도이다. 부동의 1위는 토요타로 점유율은 약 11%가 된다.
2. 토요타의 수소내연기관 개발 선언
작년 6월, 굿우드 페스티벌 오브 스피드에서 토요타 회장 아키오는 내연기관의 종말은 없을 것이라며, 수소내연기관 개발 계획을 발표했다.
그는 “토요타는 차세대 수소내연기관을 개발하고 있으며, 이 기술은 기존 내연기관 차량의 성능과 감성을 유지하면서도 탄소 배출을 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다”고 주장했다. 또한, 토요타 내연기관 연구원들의 축적된 기술력을 언급하면서, 토요타는 이들을 책임지고 활용할 것이며, 기존의 내연기관 기술을 그대로 활용할 수 있다는 점에서 오는 경제적 이점을 강조했다. 그러나 그의 발언에서 시장의 요구보다는 기존의 엔진 개발인력을 중시하는 듯한 뉘앙스가 느껴졌다.
(이 동영상은 토요타의 주장과 비젼에 대한 소개로, 실질적인 문제점 해결에 대한 언급은 없다. 개념 파악을 위한 참고만 하면 될 듯 하다. 노파심에서 말씀드린다.)
물론, 토요타가 전기자동차나 수소자동차 등 미래 기술을 연구하지 않는 것은 아니다. 이미 내연기관의 강자이기 때문에, 내연기관을 선호하는 시장의 소비자를 잡으려는 이 선택이 고도로 계산된 투트랙일 수도 있다. 세계 1위 점유율 자동차회사의 수장으로서, 전기자동차와 내연기관을 모두 아우르겠다는 시도가 분명할 것이다.
하지만 아키오의 발언에서 마이클은, 지난 포스팅에서 언급한 바 있는 “시장에 통용되는, 시장이 원하는 기술 혁신”과 반대방향을 지향하고 있다는 느낌을 받았다. 시장의 요구보다는 스스로의 기술력에 대한 과신이 지나쳐, 토요타의 기술력이라면 시장은 따라올 것이라는 확신 말이다.
3. 수소내연기관은 새로운 기술인가?
사실, 수소내연기관은 완전히 새로운 기술이 아니다.
2000년대 중반, BMW는 수소내연기관 기술을 연구하고, 이를 기반으로 한 차량인 BMW Hydrogen 7을 선보였다. 이 차량은 내연기관을 기반으로 했기 때문에 기존 엔진 기술을 대부분 활용할 수 있었고, 수소를 연료로 사용하면서도 거의 탄소 배출이 없는 친환경성을 목표로 했다. 그러나 BMW의 수소내연기관 기술은 흥미로운 시도였지만, 다음과 같은 이유로 대중화되지 못했다.
• 수소 연료 인프라 부족 : 수소 충전소의 부족으로 인해 차량의 운용이 제한적일 수밖에 없었다.
• 비효율성 : 수소를 연소시켜 동력을 얻는 내연기관 방식은 연료전지 방식에 비해 에너지 효율이 매우 낮았다.
• 높은 비용 : 수소내연기관을 개발하고 생산하는 데 드는 비용이 상당히 높아 상업적으로 성공하기 어려웠다.
결국, BMW는 수소내연기관 기술을 더 이상 적극적으로 개발하지 않기로 결정하고, 수소 연료전지 기술과 배터리 전기차 기술에 더 많은 자원을 투입하게 되었다. 이 기술을 토요타는 다시 개발하겠다는 것이다. 기존 내연기관을 그대로 사용하면서 수소를 그대로 사용한다는 점은 기존 BMW의 개발 방향과 사실상 동일하다.
4. 수소내연기관의 기술적 과제
수소내연기관 기술이 상용화되기 위해서는 여전히 많은 기술적 과제가 남아 있다.
특히, 수소의 작은 분자 크기와 누출 문제는 중요한 기술적 장벽이다. 토요타는 이를 해결하기 위해 특수 합금 및 코팅, 고압 및 저온 저장 기술, 고감도 모니터링 시스템 등을 개발하고 있을 것이다. 그러나 이러한 기술들이 실제로 시장에서 얼마나 성공적으로 자리 잡을 수 있을지는 여전히 미지수다.
수소는 주기율표에서 가장 작은 원소로, 분자 크기가 매우 작다. 이로 인해 수소는 금속과 고무 같은 재료를 쉽게 투과할 수 있으며, 밀폐된 시스템에서도 누출될 가능성이 높다. 수소의 누출을 방지하기 위해 토요타는 수소 분자를 효과적으로 가둬줄 수 있는 특수 합금이나 코팅된 소재를 활용하는 방안을 연구하고 있을 것이다. 또한, 수소를 고압 상태에서 저장하거나 극저온 상태에서 액화하여 저장하는 기술의 개발이 필요할 것이다. 이러한 기술적 과제가 해결되지 않는다면 수소내연기관의 상용화는 어려울 수 있다.
5. 수소내연기관의 전망과 미래
토요타는 수소내연기관을 기존 내연기관을 대체할 하나의 옵션으로 보고 있는 듯하다.
배터리 생산에 필요한 리튬 자원이 한정되어 있고, 전기차 충전 인프라 구축에도 시간이 걸리는 상황에서, 수소내연기관은 하나의 대안으로 고려되는 것으로 보인다. 그러나 전기차와 수소 연료전지차와의 경쟁에서 수소 내연기관이 어느 정도의 시장 점유율을 차지하게 될지는 아직 불확실하다.
수소내연기관이 내연기관의 매력을 유지하면서도 친환경적인 대안으로 떠오르고 있지만, 이를 대중화하기 위해서는 여러 기술적, 경제적 과제를 모두 해결해야 한다. 수소의 누출 문제뿐만 아니라, 고비용, 비효율성, 수소 연료 인프라의 부족 등은 여전히 해결해야 할 중요한 과제다. 토요타의 이러한 노력이 조용한 전기자동차를 싫어하는, 거칠고 시끄러운 내연기관을 사랑하는 이들에게 새로운 희망을 줄 수 있을지, 아니면 소리 소문없이 사라지는 해프닝이 될 지 두고 볼 일이다.
6. 전세계 자동차 시장 점유율 및 변화
2024년 6월 기준으로 전 세계 자동차 판매량과 점유율을 기준으로 1위부터 10위까지의 순위를 정리하면 다음과 같다.
1) 토요타 (Toyota): 약 11% 점유율
2) 폭스바겐 그룹 (Volkswagen Group): 약 10% 점유율
3) 현대자동차 그룹 (Hyundai Motor Group): 약 7% 점유율
4) 제너럴 모터스 (General Motors): 약 6% 점유율
5) 스텔란티스 (Stellantis): 약 5% 점유율
6) 닛산-르노-미쓰비시 얼라이언스 (Nissan-Renault-Mitsubishi Alliance): 약 5% 점유율
7) 혼다 (Honda): 약 5% 점유율
8) 포드 (Ford): 약 4% 점유율
9) BMW 그룹 (BMW Group): 약 3% 점유율
10) 메르세데스-벤츠 그룹 (Mercedes-Benz Group): 약 3% 점유율
최근 몇 년간 토요타의 시장 점유율은 약간의 변화를 겪었다.
전기차 시장에서의 경쟁 심화와 중국 제조사들의 성장 등이 주요 원인으로 분석된다. 폭스바겐과 테슬라가 전기차 시장에서 적극적으로 대응하고 있는 반면, 토요타는 하이브리드 차량에 주력하고 있어 전기차 전환에서 다소 보수적인 접근을 보이고 있다.
특히 현대자동차는 몇 년 전까지만 해도 5위권에 있었으나, 최근 몇 년간 전기차와 SUV 판매 증가로 인해 3위로 상승했다. 이러한 변화는 현대자동차가 시장의 요구에 맞추어 빠르게 적응하고 있음을 보여준다.
토요타의 수소내연기관 전략은 기존 내연기관 기술에 대한 자신감을 반영하며, 전기차 시장에서의 주도권을 놓치지 않으려는 시도로 볼 수 있다. 그러나 이 전략이 소비자들에게 얼마나 매력적으로 다가갈 수 있을지는 여전히 미지수다.
7. 결론
수소내연기관이 진정한 혁신인지, 아니면 토요타의 아집인지에 대한 논쟁은 앞으로의 시장 반응에 달려 있다.
토요타가 시장의 흐름을 정확히 읽고 소비자들의 요구를 반영해 수소 내연기관을 상용화할 수 있다면, 이는 새로운 성공 모델이 될 것이다. 그러나 시장의 요구를 무시한 채 기술력에만 의존한다면, 그 결과는 불확실할 수 있다.