1. 서 론
2. 친환경 차 기술 경영과 경제 혁신
2.1. 친환경 차 기술 경영
2.2. 친 환경 차 경제 혁신
2.3. 수소경제 효과
3. 친환경 차 기술 동향
3.1. 전기차와 수소전기차 기술
3.2. 전기차 기술 동향
3.3. 수소전기차 기술 동향
4. 친환경 차 정책 동향
4.1. 전기차 정책 동향
4.2. 수소전기차 정책 동향
5. 국가별 정책 사례 비교 분석
5.1. 한국과 독일의 친환경 차 육성정책 비교
5.2. 일본과 미국의 정책 사례 비교
6. 결 론
1. 서 론
전 세계적으로 기후변화에 의한 자연 생태계의 생물 다양성 감소로 큰 변화가 발생하고 있는 지구온난화는 생태계와 식량·수자원, 인프라, 건강에 광범위한 위험을 초래하고 있으며 대기 중 온실 가스(CO2, CH4 등) 농도 증가로 인해 지표 평균기온이 상승하고 있다.
또한 이러한 온실가스의 배출량은 Table 1과 같이 에너지 분야에서 1990년도에 비해 2020년 기준 2.37배 증가 추세에 있다.
Table 1.
Annual greenhouse gas emissions (unit: a million ton CO2 eq)
이러한 기후 위기 대응과 에너지 전환은 글로벌 산업구조의 급속한 변화로 이어지고 있다. 특히 운송 부문에서는 전기차와 수소전기차가 대표적인 친환경 자동차 기술로 주목받고 있으며, 이들 기술의 발전과 확산을 뒷받침하는 정책의 결정은 국가 경쟁력의 핵심이 되고 있다.
이와 같은 친환경 자동차의 수요 증가는 2040년까지 글로벌 승용차 시장 전망에서도 살펴볼 수 있다.
Fig. 2는 한국교통연구원과 블룸버그 NEF(2020)에서 밝힌 2040년까지 내연기관 자동차, 연료전지, 플러그인 하이브리드, 전기차 시장 전망(증가 대수)이다.
또한 Fig. 3은 내연기관 자동차의 감소추세와 함께 전기차, 수소전기차의 증가 추세를 명확하게 보여주고 있다. 이러한 추세는 전통적 자동차 제조사들이 기존의 내연기관 중심의 사업구조를 전기차 중심으로 전환하는 작업을 가속화하고 있다는 증명이다.
이처럼 자동차 시장의 혁신적 변화를 견인하는 전기차는 내연기관 엔진 대신 전기 모터로 구동되는 친환경적이고 효율적인 미래의 이동 수단으로 자리하고 있다.
한편 전기차 또는 하이브리드와 달리 수소전기차는 새로운 에너지원인 수소(Hydrogen)를 연료로 사용하는 자동차로 최근 수소경제 또는 탄소중립 사회로의 진입을 위해서는 필요한 에너지원이며 새로운 에너지원 및 전기 저장 매체로서 부각 되고 있다.
이와 같은 수소경제 붐은 일본(2018년), 미국과 독일 및 EU 등은 2020년, 국내에서는 이보다 1년 앞선 2019년 ‘수소경제 활성화 로드맵’과 ‘한국형 친환경 뉴딜 정책(2020년)’을 발표, 수소전기차를 2040년 까지 내수 290만 대 보급, 수출 330만 대 등을 목표로 세계시장 점유율 1위 달성, 핵심기술의 신속한 확보 및 규제 완화로 세계 1등 수소 산업육성 추진계획을 Table 2와 같이 밝힌 바 있다.
Table 2.
Roadmap to Revitalize the Hydrogen Economy (Source: TS, Korea Transportation Safety Authority)
수소경제라는 것은 “수소를 생산하고, 이를 운송/저장 및 활용하는 수소 전주기 인프라를 구축, 수소를 직접 연소하거나 연료전지를 이용하여 최종적으로 소비하는 에너지 수급 시스템에 기반하는 경제”라고 할 수 있다.
친환경 자동차의 주력 모델은 전기차와 수소전기차로 나눠지고 이는 대표적 친환경 자동차 기술로 주목받고 있으며, 이러한 미래 친환경 자동차 기술의 발전과 확산을 견인하는 정책의 결정은 국가 산업 경쟁력의 핵심으로 주목받고 있다.
본 연구는 이와 같은 미래 친환경 자동차산업 변화의 흐름 속에서 기술 경영과 경제 혁신의 관점으로 변화 대응 및 정책 사례를 살펴보고자 한다.
2. 친환경 차 기술 경영과 경제 혁신
2.1. 친환경 차 기술 경영
국내에서는 전기차 화재, 수소충전소 부족 등 안전 확보·인프라 확대의 어려운 상황에도 불구하고 정부 보조금 지원(수소 승용차 기준 22,500천 원, 수소 버스 26,000천 원 등) 및 세금 감면 등 친환경 차 활성화 정책을 시행함으로써 그 시장이 점차 확대되고 있다.
이러한 정부 정책추진에 따라 2000년대 초기부터 전기차나 수소전기차 등 친환경 자동차의 수요가 지속해서 증가하고 있다. Fig. 6과 같이 2024년 기준, 전기차 661,141대 수소전기차의 등록 대수는 37,443대로 전기차의 5.7% 수준이다.
국내 친환경 차 기술 경영 전략은 탄소 중립과 모빌리티(Mobility) 혁명 등 자동차산업 패러다임 변화에 대응하여 전동화 및 자율 주행과 모빌리티 서비스 신(新)산업 개척과 2030년까지 글로벌 전기차 생산 330만 대, 국내 수소차 보급 30만 대를 목표로 하고 있다. 또한 전기 및 수소전기차와 ‘자율 주행 주요 부품의 생산 자립’을 목표로 관련 전략을 추진하고 있다. 현대자동차는 2030년까지 제네시스 100% 전동화라는 목표를 발표했다.
글로벌 기술 경영 전략은 자동차산업 선도국가라 할 수 있는 미국과 일본, 독일의 대형 자동차 제조사를 중심으로 Table 4과 같이 전략적으로 움직이고 있다.
Table 3.
Technology Management Strategies for Electric and Hydrogen Electric Vehicles
전기차와 수소전기차의 기술 경영 전략을 중심으로 상세하게 살펴보면, 미국은 테슬라(Tesla)에서 배터리 기술 및 자율 주행 S/W 개발에 집중하고 기술 중심의 경영 방식을 사용, 장기적 혁신과 대규모 기가 팩토리(GIGA Factory)를 통한 생산 자동화가 주된 전략이다. 또한 전통적 자동차 제조사인 지엠(GM) 이나 포드(Ford)에서는 전기차 시장 진입을 위해 대규모 투자 및 모델 확장을 진행하며 배터리 기술 및 전기차 플랫폼 개발에 집중하고 있다. 2021년 GM의 CEO 메리 베라는 CES 2021 기조연설 제목을 ‘변곡점’(Inflection Point)으로 제시하며 내연기관 중심의 자동차산업에서 친환경 전동화 플랫폼 사업으로의 대전환을 언급한 바 있고 전 세계 완성차 제조사들은 새로운 전기차 모델을 생산하기 위해 연구·개발에서 생산공장 재정비에 이르는 전 부문에 수억 달러를 투자하고 있으며, 지속가능성을 위한 소비자의 행동과 심리에도 변화가 생기고 있다(Global Auto News, 국내의 버추얼 트윈으로 실현하는 미래 모빌리티 산업).
다음으로 일본은 수소전기차 기술에 상당한 투자를 하고 있는 도요타(Toyota)가 수소 연료전지 기술을 선도하고 있으며 장기적 관점에서 전기차와 수소차 모두를 균형 잡힌 포트폴리오(Photo polio)로 관리하려는 전략을 채택하였다.
그리고 혼다(Honda)는 전기차나 플러그인 하이브리드(Hybrid)차량 시장에 점진적으로 진입, 미래 모빌리티 솔루션에 대한 지속적인 혁신을 추구하고 있다.
마지막으로 독일 폭스바겐(Volkswagen)에서는 전기차로의 전환에 큰 투자, 새로운 전기차 플랫폼 개발 및 배터리 공장 건설을 추진하고, 기존의 내연기관 자동차에서 전기차로의 통합적 전환을 목표로 전략을 추진 중이다. 비엠더블유(BMW)에서는 X5 하이드로젠을 통해 전기차와 수소전기차, Hybrid 차량의 확장을 목적으로 기술 투자 및 연구개발을 지속하고 있다. 메르세데스-벤츠는 2019년 친환경 차 정책인 ‘앰비션(Ambition) 2039’를 발표하여, 제품 생산부터 폐차까지 자동차 생애주기 전반의 탄소 감축에 나서는 전략을 가속화하고 있다.
2.2. 친 환경 차 경제 혁신
정부의 친환경 정책의 경제 혁신 관점에서는 전기차의 경우 배터리 효율성과 충전소 등 인프라 확산 속도에서 그리고 수소 전기차는 대형 승합 및 화물차량 등 장거리 운송과 충전 시간 단축이라는 효율성 측면에서 각각 차별화된 경제 혁신의 특성을 보인다. 정부에서는 2040년까지 수소충전소 1,200기라는 구축안을 수립하였다.
국외에서는 미국의 경우 소규모 신생기업(Start-up)과 벤처기업 투자사(Venture capital)인 루시드 모터스, 리비안과 같은 소규모 전기차 회사들이 높은 혁신 가능성을 인정받아 대기업의 투자 유치를 통해 친환경 차 시장에 등장하고 있다. 정책적 지원으로는 전기차 구매 시 연방과 주 정부의 보조금, 세금혜택(연방세 최대 7,500달러까지 반환, 캘리포니아주는 수소생산 또는 충전소 건설 시 해당 업체에 30%의 세금혜택) 충전 인프라 지원 등 다양한 정책으로 친환경 차 시장을 활성화하고 있다. 또한 2050년까지 약 27%의 친환경 차(전기차·수소전기차) 보급을 목표로 하고 있으며 2030년까지 자동차의 석유 사용량을 50%로 축소하고, 공해물질 배출 80% 감축이라는 장기로드맵도 가지고 있다. (산업통상자원부, 2019 자료)
일본은 2019년 6월, 경제산업성과 국토교통성 합동으로 자동차 제조업체에 대한 신 연비규제를 발표하였다. 전기차에 대한 지원이 지연되는 반면 수소전기차에 대하여 정부가 주도적으로 수소충전소의 확장을 적극적으로 지원하고 있다.
독일은 정부의 에너지 전환 정책을 통해 탈 탄소화함으로써 전기차나 수소전기차 시장에 긍정적인 영향을 공급하고, 정부와 민간 부문이 협력하여 연구개발 클러스터를 형성, 공동 연구 및 투자 환경을 조성하고 있다.
2.3. 수소경제 효과
수소경제 활성화와 수소차 보급에 주력하는 이유는 수소 생태계가 정착되었을 때 산업적으로 상당한 경제적 파급효과를 기대할 수 있기 때문이다. 기후 변화 대응을 위한 내연기관차의 퇴출이 중·장기적으로 불가피하고 반드시 친환경 차를 활성화해야 한다면, 그 과도기인 시점에서 기존 산업에 미치는 영향이 적고, 신규 사업 활성화 효과가 경제 전반에 잘 확산하는 산업을 정책적으로 지원해야 한다. 수소에너지 산업과 수소전기차 산업이 그런 요구에 잘 부합한다고 할 수 있다. 수소전기차의 보급이 확대되면 수소 전주기(생산·운송/저장·활용) 전반에 걸쳐 다양한 산업으로 경제적 파급효과(생산 유발, 고용 창출)를 기대할 수 있다. 또한 연료전지 협력 부품업체 대부분이 중소·중견 기업으로 대기업에 집중된 벨류체인을 완화할 수 있다는 긍정적인 면도 예상할 수 있다(산업통상자원부, 2019).
산업통상자원부는 수소경제 활성화 로드맵 수립 연구를 통해 2040년까지 로드맵이 목표대로 진행될 때 경제적 파급효과를 추정하였는데, 2040년 기준 수소경제 추진에 따라 151.3조 원의 생산, 42.8조 원의 부가가치, 41.5만 명의 고용을 유발할 수 있을 것으로 계산하였다.
3. 친환경 차 기술 동향
3.1. 전기차와 수소전기차 기술
전기차는 배터리 기술과 충전 인프라 확대, 주행거리 향상, 제조 및 공급망의 개선이 과제이며 수소 전기차는 연료전지 발전, 수소 생산 기술(청정 수소 생산 기술 개발, 재생 에너지 기반의 그린 수소생산), 충전 인프라와 적용 분야의 확장이 우선되어야 한다.
Fig. 9는 국내 현대자동차의 전기차(코나)와 수소전기차(넥쏘)를 6가지 항목으로 비교하였다.
Table 4.
Technology trend of Electric & Hydrogen Electric Vehicle
3.2. 전기차 기술 동향
먼저 전기차 배터리 기술 분야에서는 리튬인산철(LFP, LiFePO4) 제품의 비중이 2024년 기준 40%를 넘어서고, 2026년에는 절반에 가까워질 것이라는 분석이 나왔다. LFP 배터리를 주력으로 하는 중국 관련 업체의 존재감이 커지는 가운데 한국 배터리 제조업체들의 LFP 양산 일정이 더디다는 우려가 제기되고 있다. LFP 배터리는 삼원계 배터리(양극재에 니켈, 코발트, 망간을 조합한 리튬이온 배터리)에 비해 에너지 밀도가 낮고 1회 충전 시 주행거리가 짧지만, 가격이 저렴하고 안전성이 높다는 장점이 있다.
중국은 LFP 제품을 주력으로 성장해왔으며, 국제 에너지 기구(IEA)에 따르면 2022년 기준 글로벌 LFP 배터리 시장에서 중국 CATL과 BYD가 점유율을 80% 이상 차지하고 있는 것으로 나타났다(매일경제, 한(韓) LFP 배터리 양산 한참 늦었다. 2024.02).
신기술로는 기존 LFP 배터리에서 에너지 밀도를 개선한 LMFP(Lithium Managanese Iron Phosphate)배터리의 상용 화가 확산하고 있다. Fig. 11은 LFP 배터리 대비 LMFP 배터리를 비교한 성능 분석자료이다(Energy DIGITAL).
한편, 나트륨이온(Na-ion) 배터리는 CATL을 중심으로 2025년 양산 예정이다. 전고체 배터리는 국내기업인 삼성SDI 등 주요 기업이 2027년 상용화를 목표로 연구개발 중이며, 안전성과 에너지 밀도 개선이 기대된다. 구동 및 충전 분야에서는 800 V 고전압 아키텍처(Architecture)와 300 kW급 초급 속 충전 기술이 보편화되는 추세이며, 북미에서는 NACS(SAE J3400) 표준이 공식화되어 2025년부터 주요 완성 차량에 적용 예정이다.
3.3. 수소전기차 기술 동향
국내 수소전기차 기술은 승용차 부문에서 현대자동차의 2025년 신형 NEXO(콘센트카 ‘이니시움’) 출시가 시작되었으며 이 차량은 연료전지 효율과 안전성이 개선되어 1회 충전 주행가능 거리가 600 km에서 720 km로 향상되었으며 모터 최고 출력과 최대토크는 각각 150 kW, 350 Nm(탱크용량 6.69 kg 기준)으로 확인된다. 상용차 부문은 현대 엑시언트가 유럽과 북미에서 누적 주행 1,000만km 이상을 달성하며 기술 경쟁력을 입증하고 있다.
수소전기차 부문의 주요 기술로는 PEM 연료전지 스택을 고도화하고 효율을 개선하고 있으며, 당면 해결과제인 충전 분야에서는 700 bar 내압(耐壓) 용기에서 스테인리스 또는 망간 재질의 액화 내압용기 개발이 추진되고 있다.
국외의 경우 일본 토요타는 ‘수소 사회’로 나아가기 위한 장기전략과 기술 로드맵을 발표, 내구성과 비용, 효율 모두 개선된 3세대 연료전지 시스템을 공개하며 상용차 시장 중심으로 전환을 강화했다.
중국은 압도적 상용차 시장을 확대하고 있으며. 특히 1,150 km 수소 화물차 고속도로 코리더(Corridor:교통회랑)를 2024년 구축했다고 밝혔으며 이로 인해 연료 가격도 일본의 1/3 수준으로 낮아지는 등 중국이 기술과 인프라 모두에서 선도적 역할을 하고 있음을 강조한 바 있다.
한편 수소 연료전지 스택은 전 세계적으로 멤브레인(고분자 전해질막 PEM), 촉매설계, 전극 구조 등 연료전지 효율을 높이는 핵심 부품 분야에서 기술 진전이 이루어지고 있으며, 재생 에너지(태양광·풍력)와의 통합 연구도 활발히 진행 중이다.
프랑스-모로코 스타트업 NamX에서는 탈착식 수소 캡슐을 장착한 SUV를 개발 중이며, 탈착 가능한 수소탱크 방식으로 총 800 km 주행이 가능할 정도로 실용성을 높였다.
4. 친환경 차 정책 동향
4.1. 전기차 정책 동향
국제에너지기구(IEA) 분석에 따르면 2024년 전 세계 전기차 판매량은 1,700만 대를 돌파하여 전체 자동차 판매의 20%를 점유하고 있으며 2025년에는 공급망 확대, 배터리 가격 하락 등으로 비중이 25%까지 확대될 것으로 전망된다.
중국의 경우 전기차를 1,100만 대 판매함으로써 전체 판매량의 60%를 점유하고 있으며, 글로벌 EV 시장을 주도하고 있다.
미국은 중국산 전기차에 100% 관세를 부과하고 있으며 연방 세제 유인책의 축소와 불확실성의 증가로 향후 시장 둔화 우려도 커지고 있다.
EU 또한 중국산 전기차에 상계관세를 부과하고 있으며, CO2 배출규제 강화 및 더 높은 전기차 판매 요구를 통해 EV 전환을 촉진하고 있다.
국내에서는 2025년부터 보조금 기준을 개편하여 280 km 이상 주행거리, 150 kW 이상의 급속충전 성능을 갖춘 차량에 유인책을 확대하고 충전 인프라 확충 예산을 대폭 늘려 급속충전 망 중심으로 확대하고 있다. Fig. 14는 산업통상자원부의 국내 전기차 로드맵이다.
4.2. 수소전기차 정책 동향
미국에서는 ‘청정 수소 전략’(National Clean Hydrogen Strategy & Roadmap, 2023)을 수립하고 수소 샷 목표를 2030년까지 kg당 1달러 수소 가격 달성과 10 Mt 생산을 목표로 하고 있다. 또한 인프라 법안(IIJA 2021) 및 인플레 감속법(IRA 2022) 활용 지역 클린 수소 허브에 7.7조 달러를 지원한다.
한편 IRA는 수소생산 kg당 최대 3달러 세제 크레딧(Tax Credit, 세금에서 직접 차감되는 혜택)과 연료전지 차량이나 충전소 인프라에 투자를 보조한다.
유럽은 EU 수소 전략(REPowerEU 포함)에서 2030년까지 재생 수소 10 Mt, 수입 10Mt를 목표로 하고 있다. 이를 위한 자금은 유럽 수소 은행(European Hydrogen Bank)을 통해 지원한다.
일본은 Toyota에서 연료전지 기술, 수소 수입 및 수송·산업 분야 확대를 강화하고 있다.
국내에서는 수소를 중심으로 하는 지속 가능한 에너지 전환을 목표로 ‘수소경제 Roadmap’(수소생산 확대, 수소 저장 및 운송, 수소 활용 확대, 기술 발전 및 혁신, 정책 및 규제 지원, 시장형성 및 공급망 구축 등)을 수립하고 ‘수소 도시 프로젝트’를 통해 3개 수소 시범 도시 등 12개 수소 도시 실증사업 등으로 수소기만 산업 생태계를 구축하였다. Fig. 15는 산업통상자원부의 수소전기차 로드맵이다.
5. 국가별 정책 사례 비교 분석
5.1. 한국과 독일의 친환경 차 육성정책 비교
국내의 경우 전기차에 대한 보조금 지원, 충전소 인프라 구축 중(2025년 3월 기준 8,526기), 수소전기차 분야의 ‘수소경제 활성화 정책에 따른 로드맵(2019)’과 ‘수소 도시 프로젝트’를 실행하는 등 기술 경영 부문에서는 민관 협력과 연구·개발 예산 확대, 경제 혁신 부문에서는 수소 산업 생태계 조성 및 관련 일자리 창출을 위해 노력하고 있다.
국내와 유사한 독일의 경우 강력한 전력망을 기반으로 전기차 발전과 산업용 수소 확대 정책으로 수소전기차를 지원하고 있으며 유럽 차원의 공동 연구와 친환경 차 수출 주도, 탄소세 도입으로 기술 경영과 경제 혁신을 견인하고 있다. Fig. 16은 한국과 독일의 친환경 차 육성정책의 유사점과 차이점을 비교하였다.
이처럼 한국은 전기차 중심의 정책과 승용차 중심의 기술 전략으로 내수 위주의 전략, 독일은 수소 산업 기반의 산업용 중심의 수출 주도형 전략으로 친환경차 보급을 추진하고 있다. 한국은 독일처럼 탄소세 및 유럽 공동연구 모델을 참고해 국제 경쟁력을 강화할 필요가 있다. 민관협력을 넘어 글로벌 협력체계 구축이 향후 친환경차 산업 경쟁력의 핵심이 될 것이다.
5.2. 일본과 미국의 정책 사례 비교
일본은 국가 차원의 수소 인프라 산업 생태계 육성에 초점, 전기차와 수소전기차에 집중하는 전략을 채택하였으며, 2017년 ‘수소 기본 전략’을 통해 수소를 에너지 전환의 중심으로 선정, Toyota 주도의 수소차 산업 생태계를 조성하여 일본 정부 차원의 수소충전소 설치 확대를 비롯하여 수소 공급망 구축, 수소 도시 프로젝트 추진 등 국가 차원의 수소 사회 실현 목표를 설정하였다.
미국은 민간의 기술혁신과 시장 경쟁력 확대를 통한 전기차 보급 확대에 집중, 2020년 ‘인플레이션 감축법(IRA)’을 통해 전기차 중심의 대규모 세제 혜택과 인프라 투자를 시행 중이다. 또한 민간기업인 테슬라를 중심으로 시장 경쟁력 우위를 확보하였으며, 전력 기반 인프라와 배터리 제조에 전략적 투자를 집중하고, 고용 창출과 탈탄소라는 이중 효과를 도모하고 있다. Fig. 17에서 일본과 미국의 전략 및 정책 사례를 비교하였다.
일본은 정부가 주도적으로 수소차 중심의 수소사회 전략, 미국은 민간 혁신 기반의 전기차 확대 전략을 취하고 있다. 일본의 정책 주도성과 수소 생태계 구현, 미국의 민간 혁신을 균형 있게 접목한 복합 전략이 필요 하다. 이를 통해 전기차와 수소전기차의 병행 발전과 산업 생태계로의 전환을 동시에 달성할 수 있을 것이다.
6. 결 론
주요 국가들이 친환경 차 확대라는 목표를 수립하고 특히 수소경제 달성을 위한 기술과 정책 목표를 2050년까지 추진하고 있으며, 국내에서도 2040년까지의 정책·기술 개발 등을 통해 글로벌 수소 산업 및 시장을 선도할 것이라고 발표하였다. 또한 자동차 제조업체들은 전기차와 수소전기차의 경제성 향상을 위한 기술적 노력을 도출하고, 제조업체와 부품 공급업체 간 협력 강화를 통해 효율적인 생산 및 기술 개발을 추진하고 있다.
이처럼 전기차와 수소전기차는 상호보완적 기술로서 국가적으로도 병행 발전 전략이 필요하며, 기술경영 측면에서는 민관 협력 기반의 융합형 플랫폼 구축, 경제 혁신 측면에서는 수소 생태계 도시와 배터리 재활용 산업의 육성이 중요하다고 볼 수 있다.
본 논문에서는 이와 같은 국내외 기술 동향 및 정책 동향을 살펴보고 분석함으로써 친환경 차의 확장성과 수소전기차의 활발한 연구가 수소경제에 미칠 영향력이 있다고 판단하였다.
1) 전기차 시장을 선도하는 중국을 견제하고 세계시장에서 전기차 배터리 재제조·재생산·재활용 기술 등 전략적으로 선진국과의 격차를 좁혀나가야 할 것이다.
2) 정부 수소 정책을 수소경제에 부합할 수 있도록 지속하고 수소 모빌리티, 관련 산업 및 협력 부품업체의 동반성장을 통해 2040년경에는 대한민국이 수소 산업 및 시장을 선도할 수 있을 것으로 예상된다.
