2013년 4월 15일

자동차부품 지식연구회- GTnet 기사 모음

(www.gtnet.go.kr)

2013년 4월 15일

최신 해외과학기술동향 : 자동차

∙ 100km/h 속도로 도로를 검사하는 스캐너장치 개발 ·································· 1

∙ 2020년 유럽 전기자동차 시장 예측 ··························································· 3

∙ HV, PHV, EV 세계시장을 조사 ································································· 4

∙ 고에너지 밀도의 커패시터를 구현하는 나노복합 재료 ································ 7

∙ 곧 시장에 선보일 충전 가능 금속-공기 배터리 ······································· 10

∙ 교통분야 휘발유 사용 및 온실가스 배출감소를 위한 연구결과 발표 ······· 12

∙ 교통의 미래, 미래유망기술전망 보고서 ···················································· 14

∙ 대형 트럭의 자동 운전- 대열 주행 실험에 성공 ······································ 18

∙ 도로의 교통상황을 모니터링하는 마이크로폰에 기반을 둔 시스템 개발 ·· 20

∙ 도시 내에서 GPS 정밀성을 90%까지 향상시키는 기술개발 ····················· 22

∙ 도시부 도로의 교통네트워크 분석 도구 ···················································· 24

∙ 레이더 교통데이터 수집용 센서매트릭스기술 ··········································· 27

∙ 리튬 공기 배터리의 대안으로 칼륨-공기 배터리의 개념 증명 ················· 29

∙ 리튬 이온 배터리 파손을 방지하는 해석학적 이론 개발 ·························· 31

∙ 미국에서 전기 자동차를 위한 급속 충전 인프라개발에 나서는 닛산 ······· 34

∙ 미끄러운 도로의 노면결빙 탐지기술 ························································· 35

∙ 미래 승용차 경량재료 생산에서의 협력 ···················································· 37

∙ 배터리 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 실리콘 나노목걸이 ············ 38

CONTE N TS

1

Overseas Science and Technology Trends

∙ 배터리를 고속으로 충전할 수 있는 기술 ················································· 40

∙ 버려지는 황으로 만들어진 배터리의 개발 ··············································· 42

∙ 보행자안전을 위한 하이브리드 및 전기자동차의 최소소음기준 ····················· 44

∙ 봄바르디어 PRIMOVE 경량 트램 기술 ··················································· 46

∙ 사용이 끝난 전지를 `대용량 축전 시스템`으로 이용하는 실증 실험 개시 ··· 49

∙ 산만한 운전을 검지하는 드라이버 포커스 기술 ······································ 51

∙ 새로운 가스크로믹 방식의 조광미러 시트를 개발 ··································· 53

∙ 수소 연료전지 버스 프로그램 ·································································· 56

∙ 수요분야별 연료전지시스템 및 주요 스택부품 세계 시장을 조사 ··········· 57

∙ 아이들 스톱 시스템 연비 향상률 2배 확대하는 시스템 개발 ·················· 60

∙ 안전하면서도 가벼운 전기 차량 설계 ······················································ 62

∙ 앱을 통한 전기자동차 에너지 효율화 ······················································ 63

∙ 연료 효율성과, 안전 및 편안함을 제공해주는 미래의 트럭 ···················· 65

∙ 연료의 절반만을 사용하는 고효율 엔진 개발 연구 ································· 67

∙ 오일 표준 업그레이드를 통해 에너지 절약 및 신 에너지 자동차 발전 추진 ·· 68

∙ 일본, 차량 탑재 니켈수소전지의 새로운 시장 ········································· 72

∙ 재(灰)로부터 생성된 수소 가스 ······························································· 77

∙ 저비용의 자율주행시스템 기술 ································································ 78

∙ 전기자동차 비용을 줄이는 알루미늄 재료의 분석 ··································· 81

∙ 전기 자동차용 황 리튬 전지 ···································································· 84

∙ 전기 자동차의 리튬 이온 배터리 수명에 관한 이해 ································ 86

∙ 전기기관차용 배터리의 수명 연장을 위한 연구 ······································ 87

∙ 전기모터 자석에 사용되는 희토류 디스프로슘 사용량 감소기술 ············· 89

∙ 전기차 확산의 열쇠는 충전인프라 보급에 있다 ······································ 91

∙ 중국의 에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업 전망 ······························ 94

∙ 차세대 자동차 관련 기술의 미국 특허 종합력 순위 발표 ······················· 97

∙ 충돌에 강한 자동차 강철의 개발을 위한 첨단 시설 ································ 99

∙ 커넥티드ITS기반의 동적모빌리티프로그램 추진전략 ····························· 101

2

해외과학기술동향

3

Overseas Science and Technology Trends

∙ 커넥티드차량 기술 중심의 새로운 ITS 연구전략 프로그램 보고서 ······· 104

∙ 태양광과 배터리를 결합한 전기차 충전시스템 ······································ 108

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100km/h 속도로 도로를 검사하는 스캐너장치 개발

[http:/ /www.fraunhofer.de/ , 2013-04-04]

독일의 도로 네트워크는 바람과 기후, 타이어와 금속 물질을 다루는데 어려운

시간을 보낸다. 그런데 지금까지, 아스팔트와 콘크리트의 손상을 조사하는 작업은

노동집약적이고 비용이 많이 들었다. 새롭게 개발된 레이저 스캐너 장치는 값이

저렴하고 빠르며 더욱 정밀하다.

독일의 도로는 470조 유로 정도의 가치가 있다. 실제로, 도로는 많은 지방정부

자본 재산의 60% 이상을 차지한다. 그렇지만, 많은 도로는 30년 이상을 서비스하

기에는 가치가 하락한 상태라는 위험이 존재한다. 기후와 마모는 아스팔트와 콘크

리트 표면에 심각한 피해를 준다. 일부 교통수단의 분담률을 철도와 수로교통 분

야에 이전시키려는 노력에도, 화물교통의 65%와 여객 교통의 82%를 여전히 도로

가 담당하고 있다. 더 많은 손상이 더 지주 발생하고 있다는 보고에도 도로 네트

워크 유지보수 예산은 완만하게 증가하고 있으며, 2016년에는 3.5조 유로 정도의

비용으로 역사적으로 높은 비용이 책정될 것으로 보인다.

그렇다면, 현재의 조건과 도로의 가치를 어떻게 조사할 것인가? “중요 요소 중

하나는 도로 표면의 품질, 더 정확게 말하면 평탄함의 정도”라고 독일 프라이버그

의 프라운호퍼 연구소 물리측정기술 IPM(Fraunhofer Institute for Physical

Measurement Techniques IPM)의 레이저 스캐닝분야 책임자인 알렉산더 라이테

르(Alexander Reiterer) 박사는 설명했다. 그와 그의 연구팀은 도로의 평탄함을 측

정하는 최초의 레이저 스캐너 장치를 독일 연방고속도로연구소(Federal Highway

Research Institute)로부터 승인을 받았다. 이미 철도의 측정 분야에서 검증된 이

기술은, 기존 방식보다 더 신속하고 정밀하다. 하나의 고해상도 레이저 스캐너 장

치만으로도, 레이저 빔으로 4미터 폭의 도로 표면을 스캐닝하고 측정하는 것이 가

능하다.

구두상자보다 크지 않은 크기

구두 상자보다 절대로 크지 않은 이 스캐너 장치는 3미터 높이에서 측정용 차

량에 고정되어 있다. 스캐너 장치 내부에서 회전하는 것은 8각 거울 구조체이며,

이것은 자동차가 진행하는 방향에 수직으로 도로를 따라 레이저 빔을 쏘게 된다.

70도의 포착 각도는 일반적인 자동차를 이용해도 어떠한 도로의 전체 폭을 4미터

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까지 스캐닝하는 데 충분하다. 신호는 아스팔트 표면에서 스캐너 장치로 반사되

고, 그것은 특수한 검지용 칩을 자극하게 된다. 스캐너 장치와 도로 표면 사이의

거리는 레이저 광선이 되돌아오는 길이에 따라 추측 가능하며, 측정값은

0.15mm~0.3mm 사이의 정확성을 가진다.

기존 측정장치와는 달리, 자동차에 설치되어야 할 넓은 폭의 부착물도 불필요하

다. 이 장치는 단지 측정용 자동차의 좌표와 위치를 확인하기만 하면 되고, 그것

은 글로벌항법위성시스템(GNSS, Global Navigation Satellite System)과 관성 측

정시스템으로 이루어진다. “측정값은 외부의 빛 조건으로부터 영향을 받지 않으

며, 100km/h의 속도에서까지 작업 수행이 가능하다”고 알렉산더 라이테르

(Alexander Reiterer) 박사는 말했다.

프라운호퍼 연구소 IPM(Fraunhofer Institute IPM)의 포장 프로파일 스캐너장

치(PPS, Pavement Profile Scanner)는 이미 초기 현장시험을 통과했다. 레만+파트

너(LEHMANN+PARTNER)사의 도로 조사직원과 공동으로, 프라운호퍼 연구소

IPM은 작년 여름부터 독일 전체에 걸쳐 15,000km의 고속도로와 중요 도로를 스

캐닝했다. 봄에는, 측정 전문가들이 함부르크 공항의 활주로에 대한 조사에 참여

하게 될 것이다. 독일 연방고속도로연구소(Federal Highway Research Institute)

는 공공용 도로에 이 스캐너장치에 대한 라이선스를 부여하기 전에 엄격한 기준

을 수립한 바 있다. 그것은 0.3mm의 정확성을 가져야 할 뿐 아니라 눈에도 안전

해야 한다. 이것은 누군가가 필요한 시간보다 더 오랫동안 레이저를 지켜보는 것

을 그만둔다고 하더라도 눈에는 피해를 주지 않아야 함을 의미한다.

“개발제품 파트너들의 기술은 이 두 가지 문제를 명확하게 해결했다”고 레만+

파트너(LEHMANN+PARTNER)사의 최고경영자인 더크 에벨스바흐(Dirk

Ebersbach) 박사는 말했다. 독일 에르푸르트에 기반을 둔, 한 엔지니어링 회사가

연방 주와 지방정부의 도로 정보 은행에 대한 자료를 수집하고 독일의 교통 인프

라시설을 평가하고 있다. “도로의 평균적인 서비스 수명은 약 30년이며, 아스팔트

표면 작업은 거의 12년을 넘지 못한다. 편평하지 못하고 바퀴자국과 같은 손상이

적절한 유지 수선 작업을 통해 도로 표면 층 아래의 손상을 방지하기 위해 초기

단계에서 반드시 식별되어야 한다”고 더크 에벨스바흐(Dirk Ebersbach) 박사는

덧붙였다.

그동안, 연구진들은 독일 프라이버그의 프라운호퍼 연구소 IPM 실험실에서 레

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이저 스캐너 장치의 세부 정밀화 작업을 계속 진행 중이다. 무엇보다도, 그들은

측정 정확성을 미세하게 조정하고 싶어한다. 즉, 새로운 버전의 스캐너 장치 프로

토타입은 2MHz의 주파수로 측정을 진행하며, 이것은 1초당 2백만 개의 측정값에

해당한다. 현재의 모델은 1MHz의 주파수로 측정값을 확보한다. “앞으로, 우리는

도로의 평탄함 조사를 넘어서서 목표한 방식으로 극소형의 균열도 검지하기를 원

하며, 이것이 손상을 방지하는 최고의 방법이다. 지금까지, 이 연구작업은 카메라

를 사용하여 진행되었다”고 에벨스바흐(Dirk Ebersbach) 박사는 말했다. 어떤 경

우라도, 이 연구목표의 진행에 두려움은 없다. 즉, 독일 도로 네트워크 하나만으로

도 약 626,000km에 달한다. 이것은 지구에서 달까지의 거리를 되돌아오는 거리이

다!

2020년 유럽 전기자동차 시장 예측

[http:/ /www.greencarcongress.com/ , 2013-01-07]

파이크 리서치(Pike Research)사는 전기 자동차들-전통적인 하이브리드 자동차

들, 플러그인 하이브리드 자동차들, 배터리 전기 자동차들 등-이 유럽 시장에서

2012년 0.7%의 시장 점유율에서 2020년 4%로 성장할 것이라고 예상하였다. 2020

년의 4%도 여전히 낮은 시장 점유율이지만, 이 점유율은 매년 시장에서 827,000

대 이상의 자동차가 판매되는 것을 의미한다고 파이크사는 언급했다. 전기 자동차

들 중에서 가장 많이 성장하는 분야는 배터리 전기 자동차이며 그 다음이 플러그

인 하이브리드 자동차, 그리고 전통적인 하이브리드 자동차가 성장율이 가장 낮을

것이다.

파이크 리서치는 2020년까지 적어도 1백8십만대 이상의 배터리 전기 자동차가

유럽의 도로에서 운행되고 플러그인 하이브리드 전기 자동차는 1백2십만대, 하이

브리드 전기 자동차는 1백7십만 대가 운행될 것으로 예상했다.

배터리 전기 자동차들이 2020년 도로에서 많이 운행되는 상위 6개 국가들은 독

일, 프랑스, 노르웨이, 영국, 네덜란드, 스웨덴일 것으로 파이크사는 예상했다. 이

6개 국가들은 전체 시장의 67% 이상을 차지할 것이다. 그럼에도 불구하고 단지 4

개 국가들에서만 100,000대 이상의 플러그인 하이브리드 자동차들이 운행될 것으

로 예측된다. 이들은 독일, 프랑스, 이탈리아, 영국이며, 전체 플러그인 하이브리드

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자동차들 중에서 52%를 차지하게 될 것이다.

유럽 수송 시장은 전세계의 다른 지역들과 현저하게 다른 경향을 보여준다. 수

년 동안 연료 가격은 북미 지역들보다 매우 높게 형성되었기 때문에 작고 효율이

좋은 휘발유와 경유 엔진 자동차들이 유럽의 판매 시장을 지속적으로 선도하고

있다. 경유 자동차의 대중성은 하이브리드 자동차가 대형 V8 엔진 자동차들이 소

비자들에게 중요하게 여겨지는 북미 지역에서 성공한 것과는 다르게 유럽에서는

성공하지 못하게 만드는 요인이다. 하이브리드 자동차의 판매는 새로운 기술에 호

감을 가지는 지역 구매자들이 많은 아시아-태평양 지역에서도 매우 강력하다.

2011년에 모든 전기 자동차들은 서유럽 저중량 자동차 시장에서 겨우 0.1% 정

도를 차지하였다. 프랑스, 독일, 노르웨이가 각각 2,000대 이상의 전기 자동차 판

매 기록을 가지는 선도 국가들이며 영국에서는 겨우 1,000대 이상만이 판매되었

다. 대규모의 보조금이 제공되었지만 판매된 자동차의 대부분은 유틸리티 회사들,

사업 기관들, 정부 기관들이다. 이 시장은 여전히 기술을 시험하고 있으며 몇 가

지 경우에는 전기 자동차 충전 인프라구조가 설립되기를 기다리고 있다.

HV, PHV, EV 세계시장을 조사

[http:/ /www.group.fuji-keizai.co.jp/press/pdf/130301_13018.pdf, 2013-03-02]

- 2030년 세계시장을 예측 -

HV: 863만대(2012년 대비 5.4배) 일본차가 주도권, 유럽과 미국차가 HV화를 적

극적으로 추진

EV: 307만대(2012년 대비 3.9배) 2020년 이후, 세컨드카로 마이크로 EV 수요

주식회사 후지경제는 2012년 10월~2013년 1월에 걸쳐 세계 HV(하이브리드 자

동차), EV(전기자동차), PHV(플러그 인 하이브리드 자동차)와 관련 부품의 기술

동향, 환경규제 등 인프라의 시장을 조사하였다. 그 결과를 보고서 “2013년판

HEV, EV 관련시장 철저 분석 조사”에 정리하였다. 이 조사에서는 세계 HV,

PHV, EV에 대해 2030년까지의 시장예측을 정리하였다. 2016년 예측은 자동차 제

조사로부터의 정보 및 홍보발표와 각사의 차종별 판매수량 데이터를 기초로 하였

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으며, 2020년 이후에 대해서는 각국의 에코카 정책 및 법규동향, 자동차 제조사

및 관련부품 제조사의 중장기 전망, 그리고 고객의 지향 등도 추가하여 예측하였

다. 또한 이 예측을 뒷받침하기 위해 주요국 및 지역의 환경규제 동향 및 정부 주

도의 에코카 우대시책 등도 상세하게 정리하였다.

첫 번째로 HV 2012년 예상은 160만 대이고, 2030년 예측은 863만 대(2012년 대

비 5.4배)이다. 2012년에는 전년도 생산조정의 변화로부터 도요타자동차의 프리우

스와 아큐라가 견인하여 일본시장이 전년도의 2배, 미국시장이 1.6배 증가할 것으

로 예상된다. 도요타 HV도 미국시장에서는 2012년 이후부터 포드 C-MAX 및 퓨

전이 프리우스로부터 점유율을 뺏어 상당히 증가하였으며(C-MAX: 월판매량

3,000대 규모), 2013년 이후에는 GM 등도 증가할 것으로 예측된다.

일본계 3사가 수많은 HV를 미국에 투입하더라도 2018년까지는 일본이 세계 최

대의 시장이 될 것으로 예측된다. 2020년에 일본시장은 자동차 총 판매대수의

31.1%로 확대되며, 그 후 서서히 증가할 것으로 예측된다. 일본계 제조사에 주도

권을 넘긴 유럽 및 미국계 제조사는 연비규제 대책을 위해 하이브리드화를 추진

하여 2025년에는 각국의 자동차 총 판매대수 중 유럽 17.8%, 북미 12.2%, 2030년

에는 20.1%, 18.2%를 차지하기까지 HV의 점유율은 확대될 것으로 예측된다.

두 번째로 PHV의 2012년 예상은 6만 대이고 2030년 예측은 194만 대(2012년

대비 32.3배)이다. 이 타입에서는 북미 수요가 시장을 견인하고 있다. 미국에서는

PHV 보급 정책으로서 연방정부의 미국 제조사에 대한 개발 지원, 우대정책 및

캘리포니아주의 ZEV(zero emission vehicle) 규제대책 등 많은 우대조치를 실시

하고 있다. HV로 충분한 성과가 나타나지 않은 미국 제조사는 PHV로 만회하려

고 하지만, 도요타자동차 및 혼다 등 일본계 제조사도 최첨단 기술을 가지고 경쟁

할 것으로 예측된다.

일본에서는 프리우스 PHV가 목표를 달성하지 못하였다. 인프라의 미정비 및

차량가격이 높을 뿐만 아니라 휘발류 급유와 충전을 별도의 장소에서 실시해야

하기 때문에 사용자의 불편이 많다. 딜러가 적극적으로 판매하려는 의지가 없는

경우도 있어 딜러의 재교육 및 판매 장려금 도입 등에 의해 시장 확대를 도모할

수 있을 것으로 생각된다.

프랑스 및 북미의 도시와 같이 EV와 충전인프라가 충실하게 갖춰진 환경이 정

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비되면 PHV는 당초 목적이었던 EV까지의 연결 역할을 쉽게 할 수 있지만, 일본

에서는 EV의 시장개척과 인프라 정비가 모두 늦어지고 있어 결국 HV를 대신할

거대한 시장은 형성되지 않을 것으로 예상한다. 그리고 2025년, 2030년이 되면, 세

계 시장에서 EV가 높은 점유율을 차지하고, PHV는 2020년까지 환경규제대책 자

동차로서 이용되고, 그 이후에는 중대형 자동차로서 일정 비율을 차지할 것이다.

세 번째로 EV의 2012년 예상은 7만 대이고 2030년 예측은 307만 대(2012년 대

비 43.9배)이다. 2012년 7만 대 중 닛산 LEAF 이외의 EV는 상용 이용이 시험적

으로 도입된 자동차이다. 상용 이용으로는 미쯔비시 I-MiEV와 르노, PSA 등 프

랑스 기업이 눈에 띄는 움직임을 나타내고 있다. 벤츠, BMW, 포드는 시험을 목

적으로 한 한정 판매뿐이었다. GM의 스파크 EV도 시험 판매이다. 폭스바겐의

e-up!의 판매가 기대되지만, 연 판매대수 규모로 보면 유럽시장이 주도할 것이다.

당분간은 ZEV 대책에 의해 2016년~2020년에는 차종이 증가하여 유럽을 중심으로

시장이 확대되고, 그 이후에는 일반 고객을 위한 EV가 보급될 것으로 예측된다.

독일계 제조사는 환경규제대책으로서 하이브리드 자동차를 순차적으로 투입할

예정이지만, 일본계 제조사에 비해 열세이다. PHV도 HV와 유사한 상황으로 EV

에 주력해야 한다. 그러나 이번 조사에서는 2030년에 리튬이온전지를 탑재한 자동

차가 대부분을 차지하고, 차세대 전지를 탑재한 자동차는 거의 없으며, 성능개량

을 하더라도 장거리 주행은 생각할 수 없다. 즉 도시권에서의 세컨드 자동차로서

이용이 한정되기 때문에 EV의 보급은 한정적이다.

2030년 각국 및 각 지역별 동향을 예측하면, 다음과 같다. 첫 번째로 일본은

HV 148만 대, EV 34만 대, PHV 11만대이다. 2030년에는 일본 국내의 자동차 판

매대수에서 차지하는 EV의 비율은 높아지고, 2025년에는 PHV와 EV의 구성비율

이 증가한다. 그러나 PHV의 경우, 차량가격 및 사용법과 인프라에 과제가 남아

있어 HV와 같이 수요가 확대되지 않고 2025년 이후에는 일정한 수요로 정체할

것이다. EV가 2025년 이후 수요가 안정되면 차고등록제도 등 가정충전을 축으로

한 EV화를 추진하기 쉬운 환경이 되며, 세계에서 가장 엄격한 관점을 가진 일본

인을 만족시키기 위해서는 다양한 과제를 극복해야 한다.

두 번째로 북미는 HV 373만 대, PHV 73만 대, EV 81만 대이다. 2030년에 국

내 자동차 판매대수 중 EV가 4.4%로 증가하고, HV, PHV, EV를 합해 28.4%를

차지할 것이다. 북미시장에서는 ZEV 규제대책으로 PHV 추진정책이 주효하여

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EV와 PHV가 일정비율로 시장을 점유하지만 본격적인 시장확대는 2025년 이후가

될 것으로 예측된다.

세 번째로 유럽은 HV 255만 대, PHV 77만 대, EV 130만 대이다. 2030년에는

국내 자동차 판매대수에서 차지하는 HV(디젤 하이브리드 포함)이 18.2%까지 증

가하고, HV, PHV, EV를 합해서 33.0%를 차지할 것이다. EV의 비중은 도시부를

중심으로 9.3%까지 증가한다. 유럽시장은 “이산화탄소 배출량 95g/km” 규제에 대

해 일정량의 HV 및 EV를 투입하여 대응하고 2030년 전후의 EV 시대까지 유지

한다. 일본계 제조사는 HV로 유럽의 “이산화탄소 배출량 95kg/kg”에 대응할 수

있다. 한편 유럽 제조사는 EV 비율을 높여 배기가스 규제를 만족하고, 미대응분

은 크레디트의 매매 및 범칙금을 지불하여 극복할 것이다.

유럽시장에서는 디젤차가 자동차 판매대수의 약 50%를 차지한다. 경유가 세제

우대를 받을 수 있고, 유황성분이 적고 품질이 좋은 경유, 유럽인의 에코의식, 디

젤 인프라 등이 이유이다. 이산화탄소 배출량 95kg/km 규제에 의해 디젤기술영역

을 버리고 휘발류 하이브리드 자동차로 전환하는 경우는 없다. 디젤차의 일정량은

HV, PHV, EV로 전환하고, 성장률은 완만하지만, 감소로 전환되는 경우는 없다고

생각된다.

네 번째로 중국은 EV 57만 대, HV 27만 대, PHV 15만 대이다. 중국은 정부

주도로 EV 추진책을 전개하고 있지만, 결과는 나오지 않고 있다. 중국 당국은

EV의 수요증가가 전력부족을 가져올 수 있기 때문에 앞으로는 HV를 위한 보조

금을 확대할 움직임을 보이고 있다. 그러나 중국 제조사의 기술(제어기술) 부족

때문에 EV를 추진할 수밖에 없다. 전동 이륜차의 수요가 확대되고 있는 가운데

앞으로 2015년부터 EV, 마이크로 EV 등 참여 장벽이 낮은 카테고리 시장이 확대

될 것으로 예측된다.

고에너지 밀도의 커패시터를 구현하는 나노복합 재료

[http:/ /cen.acs.org/articles/ , 2013-03-19]

고분자 나노와이어 복합 재료(polymer-nanowire combination)가 작은 부피 내

에 다량의 에너지를 저장할 수 있는 전기 부품으로 이어질 전망이다.

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레이저를 추진하고, 심장 이식 장치를 운영하거나 교류와 직류를 전환시키는 전

기 회로에서 커패시터(capacitor)라고 불리는 구성 요소는 다량의 신속한 에너지

펄스를 생성한다. 새로운 복합 재료는 불소가 첨가된 고분자(fluorinated polymer)

와 세라믹 나노와이어(ceramic nanowire)를 함유하고 있으며, 상용 장치가 할 수

있는 것 보다 커패시터가 더 적은 부피 내에 더 많은 에너지를 저장할 수 있게

해준다. 이 재료는 이러한 구성 요소의 크기를 감소시켜 제조 단가를 낮추는 데에

도 도움을 줄 수 있을 것이다.

연구진이 개발한 높은 파괴 강도를 지닌 고분자와 높은 유전율(dielectric

permittivity)을 지닌 세라믹 충전제(ceramic filler)를 결합한 나노복합체는 펄스

전력 응용(pulsed power application)에 우수한 가능성을 보여주었다. 그러나 현재

나노복합체가 커패시터의 유전율을 개선하는 동시에 우수한 파괴 강도를 얻는 것

은 비용을 소요하고, 커패시터의 최종적인 수행력을 제한한다.

커패시터는 도전성 판 사이에 절연성 물질을 중간에 끼워 넣은 층 구조에 정전

하(static charge)를 저장한다. 커패시터의 크기는 얼마나 많은 에너지를 저장할

수 있는가를 결정한다. 따라서 더 많은 에너지의 양을 제공하는 구성 요소는 크고

무거운 경향이 있다고 미국 플로리다 대학(University of Florida) 소속의 재료 과

학자인 Henry A. Sodano는 밝혔다.

Sodano와 다른 연구진은 보다 더 적은 부피에 더 많은 에너지를 채워 넣기 위

하여 커패시터의 절연 재료의 개선을 수행할 수 있기를 희망했다. 높은 에너지 밀

도를 갖춘 커패시터는 하이브리드 자동차에서 더 가벼운 전기적 시스템을 구축할

수 있으며, 전송망(transmission grid)에 동력을 공급하기 위하여 태양 및 풍력 단

지와 연결하는 동력 전환 장치의 생산 비용을 더욱 낮출 수 있다.

고에너지 커패시터를 축소하기 위하여, 과학자들은 주어진 부피 내에 저장할 수

있는 커패시터의 충전 양을 증가시키거나 운영될 수 있는 전압을 증가시키려고

노력하고 있지만, 이 두 가지 방안은 모두 까다롭다.

폴리프로필렌(polypropylene) 같은 일부 상용 커패시터 재료는 높은 파괴 강도

(breakdown strength)를 가지며, 이러한 사실은 폴리프로필렌과 같은 상용 커패시

터 재료가 높은 전압에서 기능을 발휘할 수 있다는 것을 의미한다. 그러나 이러한

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재료들은 부피 당 상대적으로 적은 양의 전하를 저장하고, 따라서 이 재료로 만들

어진 커패시터는 더 많은 에너지를 전달하기 위하여 장치의 크기 역시 더 커질

수밖에 없다. 이러한 재료의 전하 저장 용량을 개선하기 위한 시도는 재료의 파괴

강도를 낮추는 것으로 이러한 개선이 에너지 저장에서 순 이득을 거의 초래하지

못한다고 Sodano는 밝혔다.

Sodano와 그의 연구팀은 전하 저장은 개선하지만 파괴 강도와는 타협하지 않

는 새로운 복합 재료를 개발했다. 재료는 높은 파괴 강도를 지니는

PVDP(polyvinylidene fluoride)라고 불리는 고분자와 Ba0.2Sr0.8TiO3(barium

strontium titanate) 나노와이어로 구성된다. 이러한 형태의 산화물은 전하를 저장

하는 특성을 가지는 세라믹으로 종종 커패시터에서 찾아볼 수 있다. 연구진은 연

구진이 제안한 재료의 형태가 전하 저장을 최적화한다고 보고된 이론적인 계산

값을 이유로 세라믹 나노와이어를 이용하기로 결정했다. 연구진은 세라믹 나노와

이어 용액과 고분자를 유리판에 올려 건조시켜 주조하여 나노복합체 박막을 생성

시켰다.

새로운 재료로 만들어진 커패시터는 상용 고분자 커패시터의 파괴 강도에 필적

할만한 파괴 강도를 나타냈다. 새로운 커패시터와 상용 고분자 커패시터의 파괴

강도는 각각 450 MV/m와 640 MV/m이었다. 나노복합체 커패시터는 상용 구성

요소로 만들어진 커패시터보다 부피 당 더 많은 에너지를 저장할 수 있으며, 에너

지 저장량은 각각 14.86 J/cm3와 1.2 J/cm3로 확인됐다. 이것은 1 입방 센티미터

(cubic centimeter)에 에너지를 저장할 수 있는 동력 발전소와도 같다고 Sodano는

밝혔다.

펜실베이니아 주립 대학(Pennsylvania State University) 소속의 재료 과학자인

Michael Lanagan은 복합 재료가 커패시터의 크기를 줄일 수 있는 흥미로운 방안

이라고 밝혔다. 그러나 Lanagan은 그의 연구실에서 테스트됐던 유리를 포함한 다

른 실험 재료들이 더 우수한 파괴 강도와 에너지 저장을 나타냈다는 점을 지적했

다. 새로운 커패시터 재료에 대하여 연구하는 연구진에게 처한 도전 과제는 전기

적 특성을 개선할 뿐 아니라 대규모 제조로 구현할 수 있도록 커패시터를 제작해

야 한다는 점이라고 Lanagan은 밝혔다.

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곧 시장에 선보일 충전 가능 금속-공기 배터리

[http:/ /www.technologyreview.com/news/ , 2013-03-15]

신생기업인 Fluidic Energy사는 몇 년간의 개발 단계를 거쳐 새로운 배터리 기

술의 상용화 단계에 진입하였다. 이 배터리는 디젤 엔진(Diesel Engine) 및 납축

전지(Lead-acid Battery)를 활용한 통신 타워(Telecommunications Towers)의 배

터리 백업 시스템(Backup System)을 대체하거나, 일정한 전력을 안정적으로 공급

하는 것이 필요한 다른 산업 분야에 활용될 수 있다. 이 회사는 지난 1년간 자신

들의 배터리를 비공개적으로 고객에게 선보였으나, 최근 Fluidic Energy의 창립자

이자 CTO(Chief Technology Officer)인 Cody Friesen은 이들의 제품에 대한 세

부사항을 일부 공개하였다.

금속-공기 배터리(Metal-air Battery)는 현재 전기자동차나 그리드(Grid) 분야

에서 활용되는 리튬-이온 배터리(Lithium-ion Battery)에 비해 더 많은 에너지를

저장할 수 있다. 금속-공기 배터리는 사용되는 물질에 따라 현재 보편적으로 사

용되는 저가의 납축전지 대비 훨씬 경제적일 수도 있다. 비 충전가능한 금속-공

기 배터리는 보청기와 같은 분야에 오랜 기간 상업적으로 이용되어 왔으나, 충전

이 가능한 제품을 제조하는 것은 어려웠다.

금속-공기 배터리는 아연과 같은 금속을 대기 중 산소와 반응시켜 전기를 생산

한다. 금속-공기 배터리를 반복적으로 충전하기 위해서는 산소를 제거하고 금속

아연을 재형성하는 과정이 필요하다. 그러나 금속 아연은 더 많은 공간을 차지하

는 다공성 구조(Porous Structure)를 형성하려는 경향이 있어 금속-공기 배터리가

가진 크기에 대한 장점이 퇴색된다. 또한 아연은 배터리 내 합선을 초래할 수 있

는 뿌리 구조(Root-like Structures)를 형성할 수도 있다. 따라서 오랜 기간 지속

될 수 있는 공기 전극을 만드는 것도 어려운 일이다. 현재의 공기전극은 1차 전지

에 적합하고, 더 오랜 기간 지속되어야 하는 2차 전지에는 적당하지 않다고 할 수

있다.

Fluidic Energy사는 아연이 부피가 큰 수지상 구조(Dendritic structure)를 형성

하는 문제를 해결하기 위해 아연을 조밀하고 균일한 층으로 만들어 주는 화학 첨

가제를 활용하는 방안을 적용하였다. 그러나 이러한 첨가제는 시간이 지남에 따라

증발되거나 분해되는 문제가 있었다. 이에 Fluidic Energy사는 증발되거나 배터리

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전압에서 분해되지 않으면서 결정적으로 비용이 그리 높지 않은 고유의 이온성

액체(Ionic Liquid)를 개발하였다. 지금까지 고비용의 이온성 액체는 배터리 분야

로의 활용에 걸림돌이 되어 왔었다. Friesen은 자세한 사항은 밝힐 수 없다고 했

지만 그 동안 시장에 출시된 타 제품 대비 5배나 오래 지속될 수 있는 공기 전극

을 개발하였다고 밝혔다.

이러한 배터리를 활용하는 것은

정전시 통신타워 가동을 유지하기

위해 사용되는 디젤엔진 및 납축전

지 조합을 구매하는 것보다 훨씬

경제적인 방안이라 할 수 있다. 그

리고 디젤 연료를 사용할 필요가

없기 때문에 가동비도 훨씬 적다.

금속-공기 배터리는 통신타워 분야

에 우수한 솔루션으로 활용될 수

있겠지만, 자동차 분야에 이용되기

까지는 추가적인 시간이 필요할 것

으로 보인다. 그렇지만 금속-공기

배터리는 리튬이온 배터리 대비 3~4배나 많은 전기를 저장할 수 있기 때문에 전

기자동차의 운행 거리를 확대하고, 더 작고 값싼 배터리 팩을 제조하는데 도움을

줄 것이다. Friesen은 “이 기술을 통해 납축전지 대비 상당히 많은 양의 에너지를

저장할 수 있겠지만 아직 실용화까지 시간이 더 필요하다”고 밝혔다.

대규모 그리드의 에너지를 저장하는 문제 또한 도전적이다. 지금까지 금속-공

기 배터리는 저장된 에너지의 절반을 낭비하는 효율성의 문제가 있었다. Friesen

는 Fluidic Energy사가 이 문제를 해결하였지만 경쟁사를 고려하여 특정한 효율

을 구체적으로 밝힐 수 없다고 말한다. 다만 배터리의 효율은 디젤 및 납축 시스

템 대비 훨씬 높다는 것만 밝혔다. 그러나 Fluidic Energy사의 기술이 전력백업

시장에 진입하는 일은 그리 쉽지만은 않을 것이다. 최근 GE사는 디젤발전기 및

납축전기를 대체하는 배터리를 제조하기 위해 뉴욕 주에 대규모 공장을 가동한

바 있다.

(사진) 오른쪽에 보이는 박스에는 Fluidic Energy사의 금속-공기 배터리가 들어

있다. 이들 배터리는 정전시에도 통신 타워를 운영할 수 있도록 동력을 제공한다.

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교통분야 휘발유 사용 및 온실가스 배출감소를 위한 연구결과 발표

[http:/ /phys.org/news/ , 2013-03-22]

미국 에너지부 국립재생에너지연구소(NREL, National Renewable Energy

Laboratory)와 아르곤국립연구소(ANL, Argonne National Laboratory)는, 오늘 교

통분야의 휘발유 사용과 온실가스 배출을 획기적으로 줄이기 위한 과정의 평가

보고서인 트랜스포테이션 에너지 퓨처(TEF, Transportation Energy Futures) 연

구결과를 발표했다.

"교통분야는 우리 경제력의 엔진과 같지만, 미국 에너지 사용의 핵심적인 도전

적 요소를 대표하기도 한다. 교통분야는 미국 전체 휘발유 소비량의 71%를 그리

고 미국의 전체 탄소 배출량의 33%를 담당하고 있다. 이 지표는 석유 의존성을

줄이면서 온실가스 배출량을 감축할 상당한 기회를 제공하기도 한다"고 국립재생

에너지연구소(NREL) 차석 애널리스트인 오스틴 브라운(Austin Brown) 씨는 말

했다.

이 연구결과는 2050년까지 교통 분야에서의 휘발유 사용과 온실가스 배출량을

80% 이상 줄일 가능성을 가진 전략을 담고 있다. 또한, 트랜스포테이션 에너지

퓨처(TEF) 연구는 교통분야에서 탄소 배출량과 휘발유 사용량을 줄이기 위한 묘

책은 존재하지 않는다는 사실을 확인했다. 실제로, 많은 감소를 위해서는 아래의

사항들과 결합한 포괄적인 접근법이 필요할 것이다.

- 모든 형태의 자동차 연비의 향상

- 비슷한 서비스를 제공하면서, 교통수단의 사용을 줄이는 것

- 바이오연료를 포함한 저탄소 연료와 전기 그리고 수소 사용의 확대

"많은 옵션이 존재한다는 발견이 장기적으로 청정한 교통 솔루션이 가능하다는

우리의 확신을 넓힐 수 있도록 한다"고 브라운(Brown)씨는 말했다.

트랜스포테이션 에너지 퓨처(TEF) 연구의 목적은 아주 중요한 질문에 해답을

제공하고 교통에 대한 저탄소 배출, 저-휘발유 사용의 미래로 가는 가능한 경로

와 그 경로에 방해될 수도 있는 장벽들을 확인함으로써 국내의 의사 결정에서 교

통 에너지 전략을 공유하는 것이다. 이 연구는 교통분야 에너지 연구에 대한 투자

의사결정에 대한 정보를 제공할 수 있고, 만약 발전한 교통기술과 시스템의 역할

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을 확장한다는 선택을 할 수 있다면, 정책결정자들을 도울 수도 있을 것이다. 이

연구는 에너지 효율성과 교통 분야에서의 재생에너지 사용과 관련된 기회 검토에

초점을 맞추고 있다.

이 연구에서는 세 가지 중요한 전략이 검토되었다. 즉, 효율성과 수요관리를 통

한 에너지 사용량 감소, 재생에너지로부터 전기와 수소의 사용 확대 그리고 바이

오연료의 확대 사용이 그것이다.

서비스 제공을 희생하지 않고 교통 수요를 감소시키기 위한 에너지 효율성 개

선과 방법은, 국가적인 차원에서의 교통 에너지 사용의 증가를 멈추게 하거나 역

전시킬 가능성을 가지고 있으며, 증가하는 에너지 분담률 제공을 위해 경쟁력 있

는 재생에너지 공급이 가능하다는 것도 확인되었다.

트랜스포테이션 에너지 퓨처(TEF) 연구의 일부인 9개 보고서의 핵심 초점 영

역에는 다음이 포함되어 있다.

· 경량 교통수단(승용차와 경량 트럭)

- 선진 기술의 개발, 그것으로의 이행 그리고 도전을 포함한 적용 방법 문제

- 주행거리 불안 문제(range anxiety), 재급유 이용성, 기술 신뢰성 그리고 소비

자 친숙도 부족과 같은 비용이 아닌 장벽

· 경량이 아닌 교통수단(트럭, 철도, 비행기 그리고 다른 교통수단)

- 중규모 트럭, 중량 트럭, 오프-로드 교통수단 그리고 장치, 비행기, 선박, 철

도를 포함하는 경량이 아닌 교통수단의 효율성 개선을 위한 기회

- 트럭에서 철도와 선박으로의 모달 시프트와 같은 화물 운송수단의 변경 기회

· 연료

- 전기, 바이오연료, 수소 그리고 천연가스를 포함한 저 온실가스 배출 연료의

적용을 위해 필요한 인프라시설의 확장

- 다양한 교통수단용 연료, 전력 생산 그리고 다른 애플리케이션의 할당을 포

함한 바이오매스 리소스 수요와 공급의 균형

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교통의 미래, 미래유망기술전망 보고서

[http:/ /www.trl.co.uk/online_store/ , 2013-04-02]

보다 효율적인 교통시스템이란 국가 경제와 사회 복지를 쾌적하고 안전하게 유

지하는 데에 중요한 요소이다. 이를 가능하게 하는 것이 기술이고, 기술은 핵심적

가치를 제공하며, 여객 및 물자 수송체계의 변화를 견인하기도 한다. 급속하게 발

전하는 기술혁신은 엄청난 기회와 더불어 새로운 도전과 마주하게 된다. 교통산업

은 보다 효율적인 미래 유망기술을 지향하며, 이런 미래 유망기술들은 교통시스템

의 전체 교통수단과 인프라를 최대한 효과적으로 활용하도록 뒷받침해 줄 것이다.

이번 조사보고서는 유망기술 탐색 방법론에 의해 수행되었으며, 다섯 가지의 동인

즉 비용, 건강 및 웰빙, 환경적 영향, 고객참여, 수요를 대상으로 검토했으며, 교통

분야의 네 가지 핵심기술부문 즉 에너지, 자율성, 상호접속성, 해석성에 대해 분석

했다. 연구보고서는 1장 서론, 2장 연구방법, 3장 기술 동인, 4장 기술 니즈, 5장

워크숍 결과, 6장 미래 아이디어, 그리고 부록으로 수집자료 목록, 마인드맵, 기술

로드맵 등을 작성하였다.

영국 교통산업은 경제활동에

중요한 역할을 담당하며, 2011년

도 추산으로 영국 전체 GDP 중

500억 파운드(약 84.6조 원) 정도

를 담당한다고 했다. 교통산업에

는 여전히 개선할 곳이 많은데,

이를테면 여객 및 물자 수송이

증가하면서 피크시간대에는 수송

용량 한계에 이른다고 한다. 요

즘 재정은 모빌리티의 쾌적성,

안전성 및 신뢰성에 대한 증가하

는 니즈에 투입하는 추세이고, 기후변화로 인한 악천후 기상상황에서도 교통네트

워크가 안정적으로 운영되길 원하고 있다. 미래 교통유망기술과 니즈에 대한 조사

분석은 문헌조사, TRL 연구진 토의, 영국 및 EU 전문가 의견을 수집하였고, 관련

기관 조사 및 정기 간행물 등을 분석하여 전문가 워크숍을 실시해 다양한 의견을

도출했다고 한다. 이러한 조사 방법으로 교통부문의 다섯 가지 핵심 기술 동인(비

용, 건강 및 웰빙, 환경 영향, 고객 경험, 수요)과 네 가지 기술 수요(에너지, 자율,

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상호접속, 해석)를 도출했다.

미래 교통의 기술 동인으로 처음 제시한 키워드가 비용(코스트)이며, 여기서 말

하는 비용은 교통에 소요되는 요금, 연료비, 차량가격 등이 수요에 매우 중요한

영향을 준다는 점이다. 비용 절감형 기술은 수요자에게 매우 중요한 항목이며, 비

용 측면에서 구형 기술보다는 신형 기술로 변경하는 중요한 동인으로 꼽았다. 수

요자는 비용과 함께 혜택을 함께 고려하여 모델 변경이나 업그레이드할 것이다.

일례로 전기자동차나 하이브리드 차량은 연료비용 절감에도 불구하고 초기 투입

비용이 높다는 이유로 확산에 한계가 있다는 지적이다. 다만, 경제 규모에 따라

보급화가 확산되면 소비자 측면의 적정 가격 수준으로 떨어질 것으로 전망하고

있다.

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다음으로 선정한 기술 동인은 건강 및 웰빙이다. 인구 고령화는 세계적인 트렌드

이며, 교통 산업에서 매우 중요한 변화 동인으로 전망했다. 이는 고령화를 대비하

여 모빌리티의 접근성과 이용성에 있어 고령자 중심의 대중 서비스 체계와 설계

를 적용하여야 한다는 점이다. 또한 대기 오염에 관한 요인으로 2010년 데이터에

따르면, 런던은 연간 4,000명 이상이 공기오염으로 고통을 받으며, 영국 전체적으

로는 약 50,000명 이상이라고 했다. 교통부문에서 발생하는 공기 오염에 대한 저

감 기술이 중요하며, 이와 관련해 기후변화에 대비하는 교통 기술이 요구된다고

전망했다.

다음으로 선정한 기술 동인은 고객 참여이다. 이는 경험이 축적된 수요자들이

교통 체계에 영향을 주는 것이다. 마지막 다섯 번째 동인은 수요이다. 여기에는

식량 생산과 제조 산업에 대한 영향을 언급했는데, 식량생산의 경우 도심에서 농

작물을 생산하는 도시 농장이 도심 내에 있어 생산지에서 소비지까지 원거리를

수송하는 수요가 줄어든다는 점이다. 마찬가지로 공산품의 제조와 소비까지의 거

리를 단축하는 수송체계로 변화할 것이고, 연료를 적게 소비하는 수송체계로 변할

것이라고 전망했다.

기술 수요 측면에서는 네 가지 주제를 제안했다. 엑슨모빌(2012)에서 2010~2040

년 동안 교통 부문 소비에너지를 예측한 자료에 따르면 40%이상 증가할 것이라

고 했다. 에너지 소비가 세계적으로 증가할 것으로 전망한 것에는 IEA(2011) 및

ITF(2010)에서도 비슷한 평가를 했다. 에너지 관련 정책적 큰 변화와 더불어 기술

적 니즈가 클 것으로 전망했다. 에너지 관련 니즈 기술은 에너지 저장기술(배터리

기술, 연료전지기술), 차량 대체 연료 기술, 고효율 차량 기술을 제안했다.

다음으로 제시한 니즈 기술은 자율 기술이다. 이것은 모든 교통수단이 자동 주

행하는 것을 의미한다. 차량이 이동할 때 차량간격을 더욱 좁혀서 동일한 속도로

이동시키면 교통용량을 늘리는 효과를 가진다. 또한 교통사고의 대부분이 운전자

부주의로 인한 것인데, 자동 주행 기술로 사고를 획기적으로 줄이는 것이다. 자율

주행기술은 일정한 속도로 주행하면서 에너지 효율이 증가할 것이고 고령화시대

에 대비하여 모빌리티의 접근성이 개선될 것으로 전망했다. 그러나 자동주행 기술

에는 위험성도 있는데, 자동 주행 시 발생하는 사고는 누구의 책임인지, 시스템

오류로 인한 숙련된 운전자 부족, 관련 일자리 상실 등 문제점도 있다고 했다.

2012년 8월 구글은 자율주행자동차 프로젝트로 300,000 마일 이상 자율 주행 시

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험을 완료했으며, 한 차례의 사고도 발생하지 않았다고 주장했으며, 비슷한 시기

에 콘티넨탈의 자율주행차량 폭스바겐 파삿 모델로 10,000마일을 시험 주행했다고

한다. 이러한 자율주행 기술은 개인교통과 대중교통체계에서 새로운 형태의 교통

체계에 필요한 기술로 등장할 것으로 전망했다. IEEE 프로젝트에 따르면 2040년

에는 도로를 주행하는 75%의 차량이 자율주행기술로 작동할 것이라고 했으며,

2025년에는 자율 주행 차량이 도입될 것으로 예측했다. 이러한 자율주행기술은 사

회경제적으로 엄청난 혜택을 가져 올 것이라고 했으며, 특히 차량 추돌사고 감소,

새로운 인프라에 대한 니즈, 데이터 보안 및 개인 사생활 보호, 차량 소유에 대한

새로운 비즈니스 모델, 여행시간 의존성, 생산성 향상, 에너지 효율성 개선, 새로

운 비즈니스 모델과 시나리오 등을 예상했다. 예상하는 새로운 비지니스는 배터리

임대사업, 모바일 폰 방식의 계약, 차량 대여사업 등이다.

다음으로 제시한 니즈 기술은 상

호 접속성 기술이다. 이 기술은 차량

과 인프라 간의 통신기술, 차량과 차

량 간의 통신기술, 고객정보 접속 기

술 등을 말하며, 커넥티드 차량 관련

기술이라고 볼 수 있다. 마지막으로

제안한 수요 기술은 해석 기술이다.

이 기술은 소셜 네트워크가 실시간

으로 고객의 행동과 이동성을 파악

하도록, 각종 센서 네트워크에서 수

집한 대량의 데이터 소스를 분석하

는 것이다. 빅 데이터를 관리하고 그

곳에서 유용한 정보를 추출하는 해

석 기술이 필요한 것이다. IBM(2012)은 빅 데이터를 관리하고 유용한 정보를 추

출하는 기술을 개발 중이며, 불확실하고 애매모호한 대량의 데이터를 관리하고 필

요한 정보를 추출하는데 IT 기술을 활용하고 있다고 한다.

미래 유망 기술에 대해서는 다른 기관들도 나름대로 분석해 발표하고 있다. 그

중 영국의회에서 분석한 것에 따르면, 향후 5년 동안 유용한 기술은 위치기반 인

식기술, 스마트 노마딕 디바이스 기술, 모바일 어플리케이션 스토어 기술, 언어 인

식기술, 클라우드 컴퓨팅 기술, 고객 참여형 콘텐츠 기술, 3D/WiFi 기술을 선정했

고, 5~15년 사이에 유용한 기술은 4G/LTE 기술, 인체강화기술, 퀀텀 컴퓨팅기술,

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증강비전, 메쉬 센서네트워크, 5G 등이다. 기술의 활용분야는 전자지불, 스마트그

리드, 모빌리티 플래닝, 전국교통관리시스템, 자율주행제어 등이라고 했다.

교통 분야의 변화 동인으로서 주요 니즈는 혼잡, 환경, 재정압박, 물류모빌리티,

개인모빌리티, 사고 및 안전, 규제를 들었다. 이번 연구보고서는 여러 기관에서 전

망한 유망기술과 니즈 트렌드를 분석하여, 10년, 20년, 그리고 30년 후의 유망 기

술과 니즈를 정리했다. 미래 유망 기술은 교통산업에 영향을 주는 것으로 10년 단

위로 향후 미래에 활용될 기술을 예측했다. 가까운 미래(향후 10년)에 영향을 줄

미래 유망 기술로는 차량 효율성기술, 데이터해석기술, 하이브리드 전기자동차 기

술, 개인 통신기술이 꼽혔고, 중장기 미래(10년~20년 이후)에 영향을 줄 유망 기술

로는 V2I/V2V 서비스 기술과 바이오연료 기술이 제시되었다. 다음으로 20-30년

이후에 영향을 줄 유망 기술은 자율주행차량기술, 배터리 전기차량 기술, 연료전

지차량기술이라고 했다.

<그림 1> 기술개발 순환구조

<그림 2> 마인드맵

<그림 3> 유망기술로드맵

대형 트럭의 자동 운전- 대열 주행 실험에 성공

[http:/ /www.nedo.go.jp/news/press/AA5_100178.html, 2013-03-06]

- 일본, 에너지 ITS 프로젝트의 사업성과를 공개 -

자동차 교통 분야의 에너지 절약 대책을 추구한 신에너지·산업기술 종합개발기

구(NEDO)의 에너지 ITS 추진 프로젝트가 2013년도에 완료, 대열을 형성한 여러

대의 트럭이 조타(操舵) 제어와 속도 제어에 의해 안전하고 효율적으로 주행할 수

있게 하는 자동 운전·대열 주행 등의 성과를 산업 종합 연구소의 테스트 코스에

서 공개하였다.

이 프로젝트에서는 2010년 9월 대형 트럭 3대로 시속 80 km, 차간 15 m의 대

열 주행에 의한 성과를 공개하였지만, 기술을 고도화시켜 보다 근거리(15 m→4

m)의 대열 주행을 실현하였다. 향후 실용화가 진행되면 15% 이상의 에너지 절약

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효과를 기대할 수 있다.

또한 기술의 범용성을 향상시켜 대열 주행의 조기 실용화에 연결하기 위하여

차량-차량 간 통신을 이용한 차간거리 제어와 전방 장애물 인식 기술을 일본 대

형 차량 메이커 4개사의 대형 트럭에 적용하여 CACC(Cooperative Adaptive

Cruise Control)의 실험 차량 4대를 제작하였다.

프로젝트의 배경으로 일본에서 배출되는 CO2의 약 20%는 자동차에서 배출된

다. 자동차 교통에 있어서의 에너지 절약 대책이 더욱 더 중요한 과제가 되고 있

어 ITS 기술을 활용한 환경 대책이나 에너지 절약의 연구 개발이 진행되고 있다.

또한 일본 내각부의 사회 환원 가속 프로젝트는 정체에 수반되는 손실이나 환경

부하를 크게 저감하여 물류비용의 대폭적인 감축을 도모하는 것을 목표로 하여

에너지 절약에 기여하는 에너지 ITS는 목표 달성을 위한 중요한 정책이라고 간주

하고 있어 NEDO에서 2008년도부터 5개년 계획, 총예산 약 44억 엔(약 506억 원)

으로 에너지 ITS 추진 사업을 실시하고 있다.

이번 성과로는 대형차·소형차 혼재 시 조타 제어와 속도(차량 간) 제어를 실시

하는 자동 운전·대열 주행의 실험에 성공하였다. 일반적으로 도로의 백선을 인식·

기준에 주행하지만 강설 등의 악천후 시 등 백선 인식 불가 시 전방 차량을 추종

하고 충돌 회피 자동 제어를 실시한다.

구체적인 요소 기술은 대열 형성(각각의 차량 위치를 인식하여 대열을 형성해

관리하는 기술), 차선 보관 유지 제어(도로의 백선을 인식하여 조타를 제어하는

기술), 차량 간 거리 유지 제어(차량-차량 간 통신과 차량 간 거리 검출에 의해서

차량 간 거리를 제어하는 기술), 장애물과의 충돌 회피 제어(장애물을 검출하여

차선 변경이나 비상 브레이크 제어를 실시하는 기술), 선두 차량 추적 제어(강설

이나 악천후 시 등의 백선 인식 불가 시 선행 차량을 인식하여 추종하는 기술)이

다.

또한 기술의 범용성을 향상시켜 대열 주행의 조기 실용화에 연결하기 위하여

차량-차량 간 통신을 이용한 차간 거리 제어와 전방 장애물 인식 기술을 일본 대

형차 메이커 4개사의 대형 트럭에 적용하여 실험 차량 4대를 제작하였다.

기대되는 효과로는 차량 간 거리를 짧게 하여 대열 주행하는 것으로써 공기 저

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항 저감과 도로 폭을 유지한 채로 교통 용량을 증대(단위 도로 거리 근처의 주행

대수를 증가)할 수 있어 교통류의 원활화 효과가 기대된다.

그리고 본 프로젝트에서 개발한 자동 조타 시스템이나 차량-차량 간 통신을 이

용한 차량 간 거리 제어 시스템 등은 각종 운전 지원 시스템의 고도화에도 전용

가능하고 고령화 사회에 있어서의 안전하고 환경을 생각하는 모빌리티 확보에 공

헌할 것으로 예상되고 있다.

<참고자료> 대형 트럭 4대에 의한 대열 주행 실험 풍경

도로의 교통상황을 모니터링하는 마이크로폰에 기반을 둔 시스템 개발

[http:/ /phys.org/news/ , 2013-02-22]

스위스 로잔공과대학(EPFL) 박사과정 학생이 자동 도로교통 센서로 작동되는

마이크로폰에 기반을 둔 시스템을 설계했다. 이 기술은 교통량이 얼마나 많은지를

결정할 수 있을 뿐 아니라 자동차가 얼마나 빨리 움직이며 심지어는 그 규모도

알 수 있다. 이 시스템에 대해서는 이미 스위스 시옹과 마르티니에서 관심을 가지

고 있다.

교통 소음은 단순한 소음이 아니라 진정한 데이터의 보고라고 Patrick

Marmaroli씨는 밝혔다. LEMA(Electromagnetics and Acoustics Lab) 연구실의

박사과정의 한 학생이, 교통량을 결정하기 위해 타이어가 포장된 도로를 주행할

때 발생하는 소리를 사용하는 듀얼 마이크로폰 시스템을 설계했다. 또한, 이 시스

템은 자동차의 속도도 추적할 수 있으며, 심지어는 대략의 크기까지 결정할 수 있

다. (예를 들어, 지나가는 차량이 스테이션 왜건인지 콤팩트 차량인지 아니면 트

럭인지 등을 알 수 있다.)

그다음, 이 정보는 교통 정보나 공기오염 정보를 제공하는 데 사용될 수 있으

며, 엔지니어들이 미래의 도로 건설을 더 잘 계획하도록 도와줄 것이다. "현재까

지는, 이 모든 정보를 얻으려면 몇 가지 다른 도구들이 필요했다. 즉, 지나치는 자

동차의 수와 속도 그리고 크기를 알고 싶어하는 음향 디자이너는 소모미터

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(somometer)로 소리 측정을 해야 할 뿐 아니라 레이더, 비디오 카메라 또는 공압

튜브 같은 것을 사용하여 다른 측정도 해야 한다. 그다음, 만약 데이터가 이질적

이라면 모든 데이터가 동기화될 필요가 있는데, 이것은 값이 비싸고 시간이 많이

소요되는 작업이다. 우리의 아이디어는 모든 데이터를 동기화시키고 하나의 포맷

으로 만들도록 단 하나의 장치로 이 모든 것을 대체하는 것"이라고 Marmaroli씨

는 말했다.

복잡한 알고리즘에 기반을 둔 단순한 방법

이 시스템은 단순하고 약간의 뚜렷한 특징이 있으며 일정 거리가 서로 떨어진

두 대의 마이크로폰과 복잡한 알고리즘을 수행하는 한 대의 컴퓨터로 구성되어

있다. "최초의 시험은 PC로 수행되었지만, 앞으로는 작은 장치가 사용될 것"이라

고 Marmaroli씨는 말했다. 기록하는 범위는 단지 몇 미터 정도이며, 소리는 자동

차당 약 4초 정도 기록된다. 각 자동차는 실시간으로 검지되며 속도가 평가된다.

또한, 축간거리를 결정할 수 있어서(예를 들어, 자동차 구동축 간에 거리가 어느

정도인지), 자동차의 크기에 관한 정보를 제공한다. 그다음, 소리가 이미지로 매핑

되는데, 이 이미지의 기울기 가파르기 정도가 속도를 의미한다.

주위 환경의 소음 필터링

자동차 검지와 모니터링 최적화를 위해, Marmaroli씨는 음향 추적 접근법을 사

용한다. 이것은 주위 환경의 소음을 필터링하고 교통에만 초점을 맞추고자 확률과

일부 기본적인 가정을 사용하는 스마트 알고리즘에 기반을 두고 있다. 인도, 비행

기 심지어는 근처 도로의 트랙터 이동과 같은 주위 환경소음은, 주위 환경소음을

필터링하지 않는 기존의 소모미터(somometer)와는 달리 알고리즘에 의해 무시된

다. 정확한 소리를 선택하기 위해, 예를 들어, 이 시스템 알고리즘은 80km/h 속도

로 한 방향으로 진행하는 선두 자동차가 즉시 정지하지 않고 80km/h 속도로 다

른 방향으로 진행하는 다른 자동차가 속도를 줄이지 않는다고 가정한다. 대신에,

도로의 다른 쪽에는 2차선에 다른 자동차가 있는 상황일 경우, 선두 차량을 추적

하는데 이것을 고려하지 않는다. 이러한 방법으로, 자동차들의 소리를 혼합되지

않은 상태로 여러 대의 자동차 소음을 실시간으로 분석할 수 있다.

자동차의 크기와 속도

두 개의 마이크로폰이 설치되기 때문에, 개별 자동차의 속도와 크기를 결정할

수도 있다. 타이어에서 발생하는 소리는 다른 마이크로폰에 도달하기 이전에 하나

의 마이크로폰에 전달되는데, 이러한 시간 차이는 자동차가 움직임에 따라 변한

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다. 이러한 시간 차이의 변화를 분석하기 위해, 이 시스템은 몬테카를로 법(Monte

Carlo method)을 사용함으로써, 각 자동차의 위치와 속도를 결정할 수 있다.

각 마이크로폰의 오디오 분석은 매우 정밀하기 때문에, 선두 차량과 후부 차량

의 거리도 약 30cm 오차 수준에서 계산하는 것이 가능하다. "30cm라는 오차 크

기는 타이어의 폭보다 작은 크기"라고 Marmaroli씨는 강조했다.

곧 스위스 도시들에 적용될 것인가?

이 우수한 교통 센서시스템에 대한 첫 번째 시험은 스위스 로잔공과대학

(EPFL) 캠퍼스 근처에서 시행되었다. 시옹과 마르티니 2개의 스위스 도시가 이

기술의 사용에 관심을 표하고 있으며, 파이낸싱의 모색과 이 프로젝트의 계속 진

행을 위한 협상을 진행하고 있다. "이 시스템은 결국 항공 교통, 철도교통 또는

산업용 계량학과 같은 다른 분야에 사용될 것"이라고 Marmaroli씨는 말했다. 당

분간, 이 당찬 박사 후보생은 그의 논문을 2월 15일 로잔공과대학(EPFL) ELA 2

룸에서 발표할 예정이다.

도시 내에서 GPS 정밀성을 90%까지 향상시키는 기술개발

[http:/ /www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130212121858.htm, 2013-02-28]

마드리드 카를로스 3세 대학교(UC3M, Universidad Carlos III de Madrid) 연구

진들이 기존 장치와 비교하면 자동차의 위치를 90%까지 정확하게 결정할 수 있

도록 GPS 성능을 향상시키는 새로운 시스템을 개발했는데, 이 시스템은 매우 저

렴한 가격으로 어느 자동차에든 설치될 수 있다.

퓨전 센서에 기반을 둔 이 시스템은 마드리드 카를로스 3세 대학교(UC3M)의

응용 인공지능 그룹(GIAA, Grupo de Inteligencia Aplicada Artificial)과 시스템

인텔리전스 실험실(LSI, Laboratorio de Sistemas Inteligentes)에 의해 공동으로

설계되고 개발되었다. 이 프로토타입은 위치를 설정하는데 있어서의 오류 범위를

줄이려고, 기존의 GPS 신호와 가속도계와 자이로스코프와 같은 다른 센서를 통합

시킨다. "우리는 위기 상황에서 50%~90% 정도로 자동차의 위치 결정하는 방식을

향상시키기 위해 노력해 왔다. 이 문제는 GPS 수신장치의 성능 저하에 영향을 미

치는 신호 강도의 저하와 시간에 달린 것"이라고 시스템 인텔리전스 실험실(LSI)

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의 연구원인 David Mart?n씨는 말했다.

자동차에 사용되는 것과 같은 상업용 GPS의 오류 범위는 개방된 공간에서 약

15m 정도이며, 이 장소에서 수신장치는 위성으로부터 넓은 시인성을 가지고 있

다. 그런데 도시 내에서의 세팅에서 자동차 위치의 결정은 50m 이상이 되는데,

그 이유는 예를 들어, 건물, 나무 또는 좁은 거리와 같은 방해물이 신호를 방해하

기 때문이다. 터널 내부와 같은 특정한 경우에는 통신이 되지 않는데, 이것은

GPS 장치가 높은 보안 수준을 요구하는 ITS에 도달하는 것을 방해한다. "우리가

현재 개발 중인 기술로부터 혜택을 받을 미래의 분야로는 협력적 주행, 보행자 안

전을 위한 자동 주행, 무인 자동차 또는 협력적 충돌 경보시스템이 포함될 것"이

라고 과학자들은 평했다.

도시 지역 내에 설치할 때, 상업용 GPS에 나타나는 가장 큰 문제는 위성 신호

전체를 잃어버리는 것이다. "이것은 계속 발생하지만, 상업용 수신장치는 인접 지

점에 있는 자동차의 위치를 정하도록 시도하는 도시의 지도를 이용하여, 부분적으

로 이 문제를 해결한다. 이러한 장치들은 운전자에게 대충 어느 위치인지를 표시

해 줄 수 있지만, 우리가 예를 드는 것과 같은 ITS 내의 정보 소스로 사용될 수

는 없다"고 David Mart?n씨는 말했다. 그런데 그들이 개발한 새로운 프로토타입

은, 도시 지역 세팅에서도 자동차의 위치를 1m~2m 내에서 보증할 수 있게 되었

다.

센서들의 결합

이 시스템을 구성하는 기본 요소는 GPS와 저렴한 비용의 관성 측정유닛(IMU,

Inertial Measurement Unit)이다. 관성 측정유닛(IMU)은 속도의 변화와 자동차가

행하는 각종 작동 등을 측정하기 위해 3개의 가속도계와 3개의 자이로스코프를

통합시킨다. 그다음, 모든 것은 데이터를 합치고 지리적 좌표상의 오류를 수정하

는 애플리케이션을 가진 컴퓨터에 연결된다. 마드리드 카를로스 3세 대학교

(UC3M)의 응용 인공지능 그룹(GIAA)의 Enrique Mart?씨는 "이 소프트웨어는

GPS 수신장치에 의해 수신되는 신호의 성능 저하나 위성의 전체 또는 일부 분실

에 의해 일어나는 즉각적인 변동을 제거하는 [Unscented Kalman Filter]라고 불

리는 강력한 알고리즘과 콘텍스트 정보를 사용하는 알키텍처에 기반을 두고 있다

"고 말했다.

현재, 연구진은 어떠한 종류의 자동차에도 설치될 수 있는 프로토타입을 보유하

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고 있다. 실제로, 이 시스템은 이미 이 대학교 교수들과 학생들이 연구 및 실험용

자동차로 사용하는 실제 자동차인 IVVI(비주얼 정보에 기반을 둔 지능형 자동차,

Intelligent Vehicle based on Visual Information)에서 작동 중이다. 시스템 인텔

리전스 실험실(LSI)의 연구원들과 이 대학교의 목표는, 지능형 자동차가 우리가

운전 중일 때 사용하고 도로 상에서 이용할 수 있는 모든 정보를 캡처하고 해석

할 수 있도록 하는 것이다. 이를 위해, 그들은 우리가 도로 상의 차선을 걸치고

있는지 또는 자동차 주행 도로에 보행자가 있는지 등을 검지하고 교통 신호에 맞

게 속도를 조정하고 심지어는 실시간으로 운전자의 졸음 여부를 분석하기 위해

광학 카메라, 적외선 및 레이저를 사용한다.

이 연구진이 진행하려는 다음 단계는, 스마트폰에 설치된 센서를 사용하는 시스

템 개발의 가능성을 분석하는 것이다. 왜냐하면, 지능형 전화기는 예를 들어 와이

파이, 블루투스 또는 GSM 통신에 더불어 가속도계, 자이로스코프, 자력계

(magnetometer), GPS와 카메라와 같은 10개 이상의 센서를 가지고 있기 때문이

다. "우리는 휴대전화기에 이 데이터 퓨전 시스템을 통합시키기 위한 연구를 시작

했다. 그리하여, 우리가 현재 가진 것과 같은 결과를 얻으려고 센서에서 출력되는

모든 측정값을 통합시키려 한다. 그리고 휴대전화기는 거의 모든 사람이 호주머니

에 가지고 다니기 때문에 더 저렴해야 한다"고 Enrique Mart?씨는 밝혔다.

도시부 도로의 교통네트워크 분석 도구

[http:/ / thinkinghighways.com/latest-news/?id=6976&page=0, 2013-02-28]

네덜란드 아인트호벤(SRE)에서는 위치 기반의 커넥티드 자동차 데이터와 도로

네트워크의 데이터를 이용해 교통망을 해석하는 똑똑한 교통 관리 시범 사업에

대한 결과가 발표되었다. 이 분석 프로젝트는 IBM과 NXP가 참여해 12개월 동안

아인트호벤 지역에서 실시한 것으로, 목적은 커넥티드 자동차마다 개별적으로 조

작하는 제동 및 가속하는 운전 상태 그리고 현재 위치를 자동으로 전달하여 센터

와 공유하면서 이러한 데이터를 통해서 도로 교통망의 흐름을 분석하는 것이다.

커넥티드 자동차로부터 수집하여 분석한 데이터는 도로를 유지관리하고, 교통 혼

잡을 완화하며, 도로 안전을 높이기 위한 심층 분석 자료로 지방 정부 당국에 제

공된다.

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이 시스템은 실시간으로 정보를 도로 관리 관련 기관에 모바일 기반으로 긴급

상황 처리팀과 공사 작업자에게 정보를 제공한다. 교통 센터는 사고나 다른 위험

한 교통상황에서 교통흐름을 신속히 파악하여 효과적으로 관리할 수 있다. SRE는

여러 나라와 연결되는 수송망 노선과 접속하는 중심지역이며, 이곳에 발생하는 작

은 돌발 상황은 교통 시스템 전반에 걸쳐 심각한 영향을 줄 수 있다. UN 통계자

료에 따르면 2011년도에만 약 30,000명의 사람들이 교통사고로 사망했다고 한다.

최근에 EC는 야심 찬 도로안전프로그램을 채택했으며, 이것은 2011년도 대비

2020년에는 교통사고 사망률을 50% 줄이는 목표를 설정한 것이다. 지능형교통시

스템(ITS)은 유럽의 도로 상황과 안전을 더욱 개선하는 데 도움을 줄 것이라 했

다.

SRE는 모바일 기반과 클라우드 기

반의 센서 기술을 융합하여 운전자에

게 안전 정보를 제공하는데, 일례로

자동차 타이어 압력이 낮은 경우 또

는 라이트가 고장 난 경우에 운전자

에게 경고를 안내하여, 교통 패턴을

자동적으로 분석할 수 있게 하고 있

다. 시범 프로젝트에는 NXP 텔레매틱

스 칩 “ATOP"를 탑재한 200여 대의

자동차가 참여하였다. 이 텔레매틱스

차량은 센터 시스템과 CAN 통신으로 데이터를 송수신한다. 센서 데이터는 포트

홀(pothole)이나 결빙구간(icy road) 정보를 수집하고, 개별 차량에서 수집된 이러

한 데이터는 스마트 교통 센터의 클라우드 데이터 서버로 전송된다. 교통 센터의

클라우드 데이터 서버는 개별 차량의 다양한 데이터를 수집하여 교통망 분석 툴

에 의해 데이터 필터링과 분석 프로세싱을 수행한다.

비슷한 사례로 영국 교통연구소(TRL)는 클라우드 기반의 교통 사고 데이터분

석 소프트웨어를 개발하였다. 클라우드 기반의 교통사고 분석시스템은 교통 사고

유형, 사고 원인 등을 분석하여 GIS 화면으로 위치와 함께 결과를 표출한

다.(GTB2013010481) 클라우드 컴퓨팅은 개별적인 데스크톱 컴퓨터에서 데이터를

처리하고, 보관하며 호스트와 접속하는 방식 대신에 모든 사용자는 클라우드 시스

템에 접속한다. 교통사고 분석시스템을 개별 기관마다 도입할 경우, 서버나 소프

트웨어 도입비용과 유지비용이 많이 소요되는데, 클라우드 기반으로 시스템을 운

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영할 경우, 제반 비용을 절감할 수 있다고 한다. 클라우드 기반 교통사고 분석시

스템은 경찰당국이나 지방정부 그리고 도로안전관리기관에서는 교통사고 분석시

스템을 공유할 수 있어 시스템 관리 비용을 절감할 수 있게 되었다. 클라우드 사

고분석시스템은 상호 간의 데이터를 서로 공유하는 체계로서 각자의 업무영역을

인지하고, 관계기관 협력체계를 개선하여 개별 기관의 관리비용을 획기적으로 줄

이게 된다. RSA 시스템은 도로 안전 서비스를 제공하는 선도적인 시스템으로 안

전도로 프로파일링, 심증보고서, 시장분석, 원인분석, 교통전략 등 전문적인 정보

를 제공한다.

교통 센터의 클라우드 교통망 분석 툴은 6개월 이상의 기간 동안 18억 개의 센

서 시그널에서 생성된 48,000건의 돌발 상황 기초 데이터를 활용하고 있다. 돌발

상황 정보는 폭우, 블랙 스팟, 안개, 비상등 작동과 같은 이벤트 정보를 포함하고

있다. 클라우드 컴퓨터 서버는 수많은 센서에서 발생하는 이질적인 데이터를 필터

링하고 정리하여 해석하는데, 이와 동시에 트래픽 부하가 집중적으로 걸리거나 예

기치 않은 돌발적인 상황에서도 서버의 컴퓨팅 성능이 저하되지 않도록 실시간

관리를 하고 있다. 이렇게 생성된 정보는 도로관리 당국에서 위험한 도로 상태 또

는 사고나 교통 밀도의 증가 추세를 거의 실시간으로 파악하는데 도움을 준다. 또

한 운전자에게는 자동차의 내비게이션 디바이스나 스마트 폰을 통해 유용한 도로

에 관련한 유용한 정보를 제공받게 된다.

일례로 현재의 날씨와 도로 상태에 따라 제한 속도의 업데이트 정보 또는 가장

가까운 차량정비서비스 센터 위치정보 등을 운전자에게 스마트 폰 앱과 내비게이

션에 제공한다. 이러한 실험은 비교적 성공적으로 수행되었고, 앞으로는 교통관리

센터에서 혼잡 구간을 피할 수 있게 개별 차량마다 적절한 우회경로 정보나 정방

교통상황 정보를 제공하는 것이다. SRE에서 실시한 몇 개의 실증실험을 통해서

이 지역의 모빌리티는 더욱 향상되었다고 보고하고 있다. 초기 6개월 동안에는 교

통 혼잡요금 징수와 관련한 실증실험을 수행했고, 이 과정에서 보다 첨단의 요금

징수 기술이 성공적으로 입증되었다고 한다. 새로운 요금 징수 실험은 운전자의

운전습관을 개선하고 도로혼잡을 줄이면서 친환경에 기여하게 되었다고 한다. 이

번 실험 결과에 따르면, 적절한 인센티브제를 병행할 경우 운전자의 70%가 혼잡

시간대를 피하는 행동 변화를 보였고, 혼잡요금 징수시스템은 운전 습관에 영향을

주고 또한 교통 흐름을 개선하는데 기여했다고 보고했다.

<그림> 클라우드 기반 교통망 관리

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레이더 교통데이터 수집용 센서매트릭스기술

[http:/ / thinkinghighways.com/latest-news/?id=7001&page=0, 2013-03-04]

노스캐롤라이나 그린빌시는 웨이브트로닉스 스마트센서를 신호교차로마다 매트

릭스 형태로 설치하여 교통정보를 검지하는 기술을 도입하였다. 최근의 교통 센서

들은 시민들이나 자동차 이용자에게 보다 향상된 도로 안전성과 수송 비용 절감

그리고 보다 향상된 모빌리티와 생산성 향상 등 많은 혜택을 제공하고 있다.

그린빌시에서는 그동안 약 40년 이상 사용해온 루프센서를 대신하는 스마트센

서 매트릭스 방식을 최근 도입했다. 루프센서 방식은 도로 포장면을 커팅한 후 유

도코일을 매설하는 방식으로 도로가 훼손되고, 이를 보수하는 일이 빈번하여 도로

유지보수에 많은 어려움이 있는 방식이었다. 그린빌에는 교통량에 따라 신호 현시

를 가변적으로 운영하는 교차로가 115개소 있으며, 동적 신호 교차로에는 약 900

개 이상의 루프센서가 설치되어 있다. 이 시스템의 관리 기관은 매년 50개소 이상

의 루프센서 이상으로 유지보수를 실시하고 있다고 했다. 그들은 루프센서를 보수

시공하는 데 하루 이상의 시간이 소요되어 그 기간 동안 한시적으로 차로를 차단

하여 그로 인해 교통정체가 유발되거나 운전자 및 작업자 모두에게 교통안전을

저해한다고 했다.

루프센서가 고장 나는 원인은 여러 가지인데, 도로 포장면이 변형되면서 루프센

서에 물리적으로 영향을 주고 교통량 검지 성능이 저하된다고 그린빌 관리 담당

자 Richard DiCesare는 말했다. 루프센서의 시공은 모든 루프센서를 선으로 연결

하여 제어기와 결선하고, 도로 표면에 설치한 루프센서를 재포장하는 것이다. 루

프센서는 우수한 검지성능에 비해 설치와 유지관리에 여러 문제를 가지고 있어

대체 기술에 대한 수요가 늘어가고 있다. 그린빌에서는 루프센서를 대체하는 방법

으로 우선 고장난 루프센서 위치에 웨이브트로닉스의 레이더 무선센서를 설치하

고 있다.

레이더 센서는 전파가 차량에 부딪쳐서 반사하는 것을 이용하여 그 반사파를

수집해 차량의 교통정보(교통량, 속도, 차종, 점유율)를 검출하는 것이다. 반사파가

되돌아올 때, 송신한 전파와 겹쳐져 해석이 어려운 것을 방지하기 위하여 도플러,

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펄스파를 사용한다. 레이더는 반사하는 전파를 이용하는 방법에 따라 목표물에서

반사된 전파만을 이용하는 1차 레이더, 전파가 부딪친 물체에서 같은 주파수나 다

른 주파수의 전파를 자동적으로 재발사하여 그 전파를 이용하는 2차 레이더가 있

다.

도로에 매설하는 루프센서에 비해 스마트 센서 매트릭스 기술은 교차로 지상

구조물에 설치되고 센서마다 16개의 서로 다른 레이더 빔을 방출하며, 90도 각도

에서 140피트(약 42미터) 검지 영역을 확보하고 이 영역을 지나가는 차량을 검출

한다. 레이더 검지기술은 다차로를 통행하는 모든 차량을 동시에 검출하고, 기상

조건이나 주야간에 관계없이 성능을 발휘하는데, 루프 센서 시스템에 비해서 초기

설치 비용 측면의 경쟁력도 있어 설치 후 유지비용이 상대적으로 적게 든다는 장

점이 있다.

이외에도 여러 특징이 있는데, 첫째 루프센서를 초기 설치하거나 보수할 때 불

가피한 차로 폐쇄가 필요 없어졌다는 점, 둘째, 루프센서를 설치하는 시간 동안

지정체를 유발하는 혼잡 문제가 없어져, 시민의 모빌리티 향상에 기여했다는 점,

셋째, 루프센서는 초기 설치 이후 장기간 유지 관리 비용이 많이 소요되는 것을

줄일 수 있다는 점, 넷째, 교통류 검지 오류로 인한 교통 정체를 방지한다는 점,

다섯째, 센서 설치 및 관리에 소요되는 시간을 지속적으로 절감할 수 있어 센서

작업자나 통근자의 이동 시간을 줄이고 생산성을 향상시킨다는 점, 여섯째, 자전

거 통행량을 측정할 수 있다는 점, 일곱째, 신호교차로의 데이터 수집능력을 개선

한다는 점을 들 수 있다.

경제적 측면에서 보다 비용 대비 효율적인 방안을 지속적으로 탐색하고 있으며,

레이더 방식이 현재 가장 좋은 대안이라고 했으며, 스마트 센서 매트릭스 기술은

시민들에게 보다 향상된 안전도, 이동성, 데이터 수집성 그리고 시간 절약과 같은

편익을 제공할 것이다. 그린빌은 2012년 7월 볼바드와 비스마르크 교차로에 처음

으로 스마트 센서 매트릭스 기술을 적용했다. 향후에는 고장난 루프검지기 또는

보수가 필요한 지점을 대체할 계획이라고 한다.

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리튬 공기 배터리의 대안으로 칼륨-공기 배터리의 개념 증명

[http:/ /www.greencarcongress.com/2013/02/ ren-20130218.html, 2013-02-20]

미국 오하이오 주립대학(OSU; Ohio State University) 소속의 연구진은 낮은

과전위(overpotential)를 지닌 칼슘 공기 배터리(potassium-air battery, K·O2

battery)의 개념을 증명했다. 미국 화학 협회(American Chemical Society) 저널에

발표된 논문에서 연구진은 전류 밀도 0.16 mA/cm2에서 현재까지 금속-산화물 배

터리(metal-oxygen battery)에서 보고된 가장 최저의 충전/방전 전위 격차 50mV

보다 칼슘 공기 배터리가 더 적은 충전/방전 전위 격차를 나타낸다고 보고했다.

리튬 공기 배터리(lithium-air battery, Li·O2 battery)는 특히 전기 자동차를 위

한 유망한 미래 에너지 저장 시스템으로 광범위하게 조사되고 있다. 이 기술은 에

너지 효율성을 결정하는 방전(Li2O2의 형성) 및 충전 반응(Li2O2의 산화)의 높은

과전위를 포함한 기술적 장애로 아직까지 기술의 적용 및 적용 이후에 이어지는

상용화에 어려움을 겪고 있다.

리튬 공기 배터리 연구는 많은

도전 과제를 안고 있다. 방전 공

정에는 산소가 과산화물

(superoxide, O2·)로 환원하는 것,

LiO2의 형성 및 Li2O2와 O2의 불

균화 반응 등이 관여한다. 충전

공정에서는 Li2O2가 O2로 직접적

으로 산화된다. 비대칭 반응 메커

니즘의 결과로, 배터리 충전은 방

전보다(∼0.3 V) 훨씬 더 높은 과

전위(∼1·1.5 V)를 지닌다. 이러한

전위 격차가 발생하는 현상은 시스템이 약 60% 가량의 낮은 왕복 에너지 효율성

(round-trip energy efficiency)을 갖게 한다.

최근에, 연구진은 낮은 재충전 가능성에 기여하는 높은 충전 전위(>3.5 V) 하에

서 전해질과 탄소 전극의 불안전성을 규명했다. 다양한 전기 화학적 촉매

(electrocatalyst)가 과전위를 낮추기 위하여 조사됐다. 그러나 탄소에 대한 촉매가

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탄소의 표면이 차단되면 작동할 수 없기 때문에, 촉매의 필요성이 논의됐다. 게다

가 부반응(side reaction)이 촉매에 의해 촉진될 수 있다. 한편, 벌크 Li2O2(4 eV

보다 더 큰 밴드 갭)의 절연 특성은 전하 전달 반응을 방해하여 배터리 용량을

제한하는 결과로 이어진다.

따라서 새로운 화학이 리튬 공기 배터리에서 발생하는 문제를 해결하기 위하여

필요하다. LiO2와는 반대로, NaO2와 KO2는 열역학적으로 안정하고, 상업적으로

이용 가능하다고 연구진은 밝혔다.

Xiaodi Ren과 Yiying Wu 등의 연구진은 산소의 산화환원 화학에 대한 양이온

(cation)의 영향을 입증하기 위하여 전기 화학적 측정을 수행함으로써 조사에 착

수했다. 연구진은 K+을 가지고 있는 전해질에서 산소 환원과 산화 전위 격차가

Li+를 가지고 있는 전해질보다 훨씬 더 적다는 것을 발견했다. 이것은 칼륨 공기

배터리가 리튬 공기 배터리보다 훨씬 더 낮은 과전위에서 운영될 수 있으며, 따라

서 더 높은 왕복 효율성을 지닌다는 것을 암시한다.

이후 연구진은 전해질로 DME(1,2-dimethoxyethane) 또는 디글림(diglyme) 같

은 에테르 용매에 0.5 M KPF6를 함유한 다공성 탄소 전극, 칼슘 금속 포일 및

유리 같은 섬유 분리기 등을 함유하고 있는 칼륨-공기 배터리를 제작했다. 비교

를 위하여, 연구진은 유사한 방식으로 리튬 공기 배터리를 구축했다.

두 개의 전극 배터리 설치에서 순환 전압전류법(cyclic voltammetry)은 칼륨-공

기 배터리에 대한 산소 환원과 산화의 시작 전위 사이의 작은 차이를 보여주었다.

연구진은 산화 공정이 탄소 전극과 전해질이 상대적으로 안정적인 지점에서 전위

범위 내에서 완성될 수 있다는 것을 결정했다.

칼륨 공기 배터리의 보다 더 작은 방전 과전위는 Li2O2보다 KO2(>10 S/cm2,

실온에서)에서 더 우수한 전도성을 초래한다고 연구진은 제안했다.

더 중요한 것은 이어지는 충전 공정에서, 전압이 칼륨 공기 배터리에 대하여

2.50~2.52 V로 낮다는 점이다. ∼20~40 mV의 충전 과전위는 리튬 공기 배터리보

다 상당히 더 적은 것이다. 게다가 이러한 작은 충전 전위 범위 내에서 충전된 제

품의 약 90%가 산화될 수 있다. 반대로, 리튬 공기 배터리에 대하여 제품의 단

50%만이 에테르 전해질과 탄소 전극이 불안정한 지점에서 전압이 4.0V일 때만

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제거될 수 있다. 약 50 mV의 충전/방전 전위 격차는 이제까지 보고된 금속-산화

물 배터리에서 가장 낮은 것이다. 1V보다 더 큰 전위 격차를 지니는 전통적인 리

튬 공기 배터리와 비교했을 때, 칼륨-공기 배터리는 >95%의 예외적인 왕복 에너

지 효율성을 제공할 수 있다.

최근 다른 연구진이 나트륨-공기 배터리와 관련된 결과를 발표했다. 나트륨-공

기 배터리가 칼륨-공기 배터리와 유사한 메커니즘을 공유한다고 하더라도, 뚜렷

한 차이는 KO2가 운동 에너지 측면과 열역학적 측면에서 안정한 한편, NaO2는

운동 에너지 측면에서만 안정적이라는 점이다. 이것은 연구진이 새롭게 개발한 칼

륨-공기 배터리에 일부 장점을 부여한다. 예를 들면, 초기에 보여준 것처럼, KO2

를 포함한 탄소 전극이 인위적으로 방전된 전지로 준비될 수 있으며, 연구진이 충

전 단계와 방전 단계를 분리하여 연구할 수 있게 해준다. 각 단계를 분리하여 수

행되는 연구는 배터리 공정의 심도 깊은 규명을 도와준다. 이러한 차이에도 불구

하고 칼륨-공기 배터리와 나트륨 공기 배터리의 유망한 결과는 과산화물 배터리

(superoxide battery)의 가능성을 보여준다고 연구진은 밝혔다.

<그림1> 전류 밀도 0.16 mA/cm2에서 칼륨-공기 배터리(0.5 M KPF6 in

DME)의 최초 방전-충전 주기의 전압 곡선, 점선은 배터리에 대한 계산된 열역학

적 전위를 나타냄.

리튬 이온 배터리 파손을 방지하는 해석학적 이론 개발

[http:/ /phys.org/print281708312.html, 2013-03-07]

리튬 이온 배터리에서 덴드리테스(dendrites) 성장은 내부 단로가 발생할 때까

지 성장할 수 있으며 그 결과 배터리 파손과 화재 발생이라는 원하지 않는 상황

이 발생할 수 있다. 이제 연구자들은 이론적으로 리튬 배터리의 손상을 일으키는

덴드리테스 성장을 조절하거나 제거할 수 있는 방법을 보여주었다. 만약에 이들의

연구가 성공적으로 실현된다면, 이 기술은 배터리 안정성을 향상시키고 배터리를

수 시간이 아닌 몇 분 동안에 충전시키는 것을 가능하게 할 것이다. 덴드리테스는

전극 표면에 형성되는 리튬 증착으로서, 배터리 손상이 발생할 때까지 성장될 수

있다. 연구자들은 해석학적 이론을 개발하여 초기에 덴드리테스의 형성 단계를 예

측할 수 있게 해주었다.

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퍼듀 대학의 재료 공학과 부교수인 에드윈 가르시아(Edwin Garcia)는 그들의

연구가 덴드리테스의 형성 단계를 초기에 예측하게 해 줄 수 있는 첫 연구라고

말하였다. 연구진은 자신들이 리튬 이온 배터리에 적용한 이론은 마그네슘-이온

및 리튬-황과 같은 다른 새로운 배터리 물질에도 바로 응용될 수 있을 것이라고

말하였다. 이들의 연구 결과는 “Journal of the Electrochemical Society” 에

“Heterogeneous Nucleation and Growth of Lithium Electrodeposits on Negative

Electrodes”라는 제목으로 발표되었다. 이 연구는 북미 토요타 자동차 엔지니어링

및 제조사에서 지원한 연구비로 수행되었다.

덴드리테스는 배터리가 충전되는 동안, 종양과 같이 성장하는 리튬의 형성이다.

그것들의 일부는 반으로 잘랐을 때 나이테와 같은 내부 구조를 가진 층을 보여준

다. 각 층은 단일 재충전을 나타낸다. 그것들은 신속한 충전을 위해서 필요한 고

전압에 노출되면 더 빨리 성장한다. 따라서 그 결과 덴드리테스는 재충전 속도를

제한하게 된다. 보통 사람들은 10분 또는 그 이하로 가능하면 배터리가 빨리 재충

전되기를 바란다. 이렇게 배터리를 신속히 충전하는 것은 덴드리테스 성장을 더

잘 조절하거나 제거하게 되면 가능할 것이라고 가르시아는 말하였다.

배터리는 음극과 양극이라고 불리는 두 개의 전극을 가지고 있다. 이것들은 전

극들이 서로 접촉하지 않도록 절연체 폴리머에 의해서 분리되어 있다. 배터리가

재충전되면, 리튬 이온들은 양극에서 음극으로 전해질이라고 부르는 액체 또는 젤

을 통하여 이동한다. 이 때 덴드리테스는 양극 표면상에 물질을 끌어당겨 축적시

킨다. 덴드리테스는 분리 장벽을 투과할 정도로 충분히 크게 성장할 수 있으며,

음극에 접촉된다.

이것들이 접촉되면, 배터리 수명은 다한 것이라고 가르시아는 말하였다. 더 안

좋은 것은, 배터리가 충전되는 동안에 덴드리테스를 통해서 너무 많은 전류가 흐

르면, 배터리는 발화될 수도 있다는 것이다. 연구자들은 그들의 해석학적 모델을

사용하여 덴드리테스의 형성과 연관된 거동을 식별하고 그것들을 조절하고 억제

할 수 있는 방법들을 제안하였다. 하나의 솔루션은 양극 표면 화학을 조절하여 리

튬이 표면에 축적하는 것을 방지하는 것이다.

다른 잠재적인 방법은 리튬 증착이 균일하게 성장하도록 유도하는 것이다. 균일

하게 성장되지 않으면 덴드리테스는 전극의 표면상에서 여러 장소에서 불균일하

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게 퍼진다는 것을 의미한다. 일부 형성은 바늘과 같이 성장하여 급속이 음극의 장

벽을 손상시킨다. 고압은 신속한 충전을 위해서 필요하지만, 혼성 덴드리테스 형

성은 이런 신속한 충전을 제한시킨다. 일정한 크기를 가진 균일하게 분포된 리튬

증착은 더 높은 전압을 허용함으로써 신속한 충전을 가능하게 할 것이다.

또 다른 방법은 일정한 크기의 전류 대신에, 급속한 전류 펄스를 이용하여 배터

리를 충전시키는 것이다. 연구진은 리튬 이온 배터리가 충전되는 동안에 파손될

수 있는 여러 경로를 식별할 수 있는 해석학적 이론을 개발하였다고 말하였다. 기

본적으로, 연구진은 실험학자들과 이론학자들이 배터리 재충전 동안에 다른 영역

의 거동을 연구할 수 있게 해주는 일반적인 로드맵을 제안한 것이라고 말하였다.

이 제안된 해석학적 로드맵은 연구자들이 리튬 덴드리테스의 형성을 적어도 최소

화하거나 완전히 억제할 수 있는 충전 조건을 식별할 수 있게 해줄 것이라고 이

들 연구진은 덧붙였다.

이들의 연구 결과는 덴드리테스가 임계 동역학 반경(critical kinetic radius)을

넘지 않도록 하는 방법을 보여주었다. 이 임계 동역학 반경에서 덴드리테스는 얼

마나 많은 전류가 인가되었는지에 따라 계속 성장할지 아니면 줄어들지 결정된다.

로렌스 버클리 국립 연구소의 연구원인 스테판 해리스(Stephen J. Harris)는 퍼듀

대학 연구진의 시뮬레이션을 덴드리테스 성장 동영상으로 기록하였다. 퍼듀 대학

연구진은 더 작은 덴드리테스는 그것의 질량을 더 큰 것으로 전이시켜 더 큰 덴

드리테스가 더 빨리 성장하여 더 안정적으로 만드는 경향이 있다는 것을 발견하

였다.

이 연구는 과학 논문의 실험 데이터로 증명되었다. 연구진은 또한 1990년대 및

2000년대 초기 보고된 상반된 기존의 연구를 통합하였다고 말하였다. 이들의 연구

는 덴드리테스 거동에 관한 더 자세한 정보를 얻기 위해서 계속 진행될 예정이다.

연구진은 덴드리테스는 아무곳에서나 성장하지 않고 양극의 매우 특정한 위치에

서만 성장한다고 말하였다. 연구진은 종합적인 모델 연구를 통해서 향상된 성능과

안정성을 가진 첨단 배터리 디자인이 가능할 것으로 내다보고 있다.

첨부 그림: 리튬 이온 배터리에서 덴드리테스 성장이라고 불리는 것의 형성. 덴

드리테스는 내부 단로가 발생할 때까지 계속 성장하여 배터리 파손을 일으키고

발화 가능성도 있다. 연구진은 이제 이론적으로 그것들의 형성을 어떻게 조절하고

제거하는지를 보여주었다.

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미국에서 전기 자동차를 위한 급속 충전 인프라개발에 나서는 닛산

[http:/ /www.greencarcongress.com/ , 2013-02-05]

일본의 닛산(Nissan)은 향후 18개월 동안에 적어도 500개의 급속 충전 스테이

션들을 추가하여 현재 미국에 설치되어 있는 전기 자동차용 급속 충전 인프라구

조의 크기를 3배정도 확대할 계획을 가지고 있다. 이 계획에는 DC 워싱턴 지역의

급속 충전 네트워크의 확대도 포함되어 있다. 닛산은 워싱턴 자동차 전시회에서

전기 자동창용 인프라구조 개발에 대한 전략을 발표하였다.

닛산은 2011년부터 유럽 급속 충전 네트워크(European quick-charging

network)의 설치를 가속화하기 위하여 노력해왔다. 닛산과 급속 충전 인프라구조

파트너들은 미국 전역에서 공공 이용을 위해 현재 160여개 정도의 급속 충전기들

이 이용가능하며 워싱턴 D.C. 주변에는 이용가능한 급속 충전기들이 없다고 예측

하고 있다. 대부분의 전기 자동차 운전자들은 현재 가정용 충전에 의존하고 있으

며, 추가적인 충전 방법들을 가지는 것이 전기 자동차 운전의 속도를 현저하게 증

가시킬 수 있을 것이다.

닛산의 전기 자동차 판매 전략 책임자인 브레단 존스(Brendan Jones)는 사람들

이 거주하고 일하고 사회활동을 하는 지역사회들과 주변 지역들을 급속 충전 네

트워크가 연결해 줄 것으로 예상하고 있으며 풍부한 충전 인프라구조를 가지는

것이 전기자동차들의 사용과 관심을 향상시키도록 도와줄 것이라고 말했다. 충전

인프라구조를 향상시킴으로써 닛산은 미국 전역에 판매할 전기자동차들을 보다

많이 공급할 것이라고 덧붙여 말했다.

닛산의 전략은 자동차 판매 네트웍을 통해 이용가능한 급속 충전기들의 증가시

키기 위하여 3각 접근 방법에 집중되어 있다. 일반적인 운전자들이 대부분 가는

곳인 직장과 지역 시설들에서의 충전 방법은 운전자들이 많은 시간을 보내는 지

역에서 서로 연결되도록 도와준다. 닛산은 자동차 판매점들, 지역 도시들, NRG

Energy와 eVgo Network를 포함한 인프라구조 파트너들과 협력하여 현재 공공

충전기의 수를 증가시키기 위하여 노력하고 있다.

인프라구조 향상의 핵심은 eVgo의 새로운 시스템인 워싱턴 D.C. 에코시스템에

있다. 이 시스템은 워싱턴 D.C. 전역에 40개의 eVgo 프리덤 스테이션(Freedom

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Station) 설치를 포함한다. 각각의 프리덤 스테이션 지역은 닛산 리프와 같은 전

기자동차들을 30분 이내에 80%까지 급속 충전할 수 있는 닛산 급속 충전기를 보

유할 것이다. NRG의 새로운 워싱턴 D.C. 네트워크는 미국 북동 지역에서 최초로

설치되는 급속 충전 네트워크가 될 것이다. 현재 NRG는 휴스톤, 댈러스, 샌프란

시스코, 로스앤젤레스, 샌디에이고 등에서 급속 충전 네트워크를 운영하고 있다.

자회사인 eVgo를 통한 NRG의 급속 충전 인프라구조에 대한 1억 5천만 불의

투자는 가정, 사무소, 복합 커뮤니티들, 학교, 병원 등에서 240볼트의 충전 설비를

이용한 수 백 개의 충전 스테이션들을 전기 자동차 운전자들이 이용할 수 있도록

해줄 것이다. eVgo는 전기 자동차 소유주들에게 직접 충전 솔루션들을 제공하고

사업체들이 거주자들, 직장인들, 소비자들의 필요에 따른 충전 서비스를 제공하도

록 해준다. eVgo에 의해 제공된 서비스 계획들을 보면, 전기 자동차 소유주들은

충전에 대한 선행 비용 지불 없이 월 비용으로 무제한 충전 서비스 이용이 가능

하다.

공공 충전 스테이션들의 증가와 더불어 닛산은 더 많은 직장에서 충전이 가능

하도록 만드는 것을 목표로 하고 있다. 대다수의 전기 자동차 소유주들이 가정에

서의 충전에 과도하게 의존하고 있으나, 직장에서의 충전을 통해 전기 자동차들의

이용을 향상시키려는 회사들이 증가하면서 직장에서의 충전도 증가하고 있다. 더

많은 회사들이 직장에서 충전을 할 수 있도록 만드는 직장 내의 충전 인프라구조

에 관심을 가지는 회사들과 관련 정보들을 공유하기 위하여, 닛산은 이미 전기 자

동차 소유주들에게 인센티브들을 제공하는 회사들로부터 가장 좋은 실행 방법들

을 수집하고 있다.

미끄러운 도로의 노면결빙 탐지기술

[http:/ /www.traffictechnologytoday.com/news.php?NewsID=45982, 2013-01-25]

핀란드 기술연구센터(VTT)는 도로의 미끄럼 상태를 자동으로 검출하고 차량에

경고 안내를 제공하는 기술을 개발했다. 이 기술로 미끄럼 사고를 방지할 수 있고

다른 운전자에게도 도로의 잠재적인 위험 상태를 알려주어 사고를 예방할 수 있

다. VTT 시스템은 미끄러운 도로에 대한 정보를 수집하여 주행하는 자동차에 전

달하는 방법인데, 일반적으로는 SMS로 메시지를 전송하였지만 현재는 이러한 정

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보 전달 방식은 효과적이지 않으므로 기상예측 정보로부터 노면상태정보를 생성

하여 도로 운전자에게 안내하는 방식으로 개발한 것이다. 이 기술을 활용해 도로

노면이 미끄러운 상태가 되면 미끄러운 구간을 접근하는 차량에게 즉시 위험 정

보를 안내하는 것이다.

VTT에서 개발한 이 시스템은 도로 노면의 미끄럼 상태 즉, 눈, 비, 빙판, 모래

또는 여러 요인에 의한 도로 표면의 마찰력 저하 상태를 실시간으로 파악할 수

있다. 기상 조건에 따라 도로는 블랙아이스 상태가 되기도 하는데, 블랙 아이스

도로는 빗방울이 노면에 떨어지면서 결빙되는 얼음 층이며, 도로 표면에 떨어지는

충격으로 잘게 쪼개진 작은 물방울이 다시 퍼지면서 도로면이 결빙된다. 도로에

형성된 블랙아이스 층은 매우 위험한 도로 운전 조건을 만든다.

VTT의 기술은 차량에 장착된 센서들의 데이터를 실시간으로 수집하는데, 이

방법은 마찰 수준을 파악할 수 있는 다양한 운전 조건 하에서 변화하는 차량의

회전축과 구동 샤프트의 속도 차이 값을 가지고 추정하는 방식이다. 이 시스템은

수 킬로미터를 주행한 도로 데이터에 기반하여 노면의 미끄러운 정도를 결정하도

록 되어 있다.

이 기술을 사용하면, 뒤따르는 운전자에게 전방의 노면상태 정보를 미리 제공할

수 있다. 모든 차량으로부터 수많은 데이터를 수집한 후에는 실시간으로 노면 미

끄럼 지도를 작성하고 도로의 상태를 실시간으로 기록한다. 대량의 데이터를 수집

하고 있는 시스템은 개별 차량마다 전송된 도로 상태 데이터를 집계하여 도로의

미끄럼 구간을 파악하고, 미끄러운 노면 정보를 운전자에게 제공한다.

도로 노면의 미끄럼 검지기술의 구현 과정을 정리하면, 차량이 미끄러운 도로면

을 진입하면, 구동축의 속도 차이를 산출하여 차량의 미끄럼 정보를 검지하여 운

전자에게 노면 상태를 전달한다. 도로를 주행하는 많은 중차량의 마찰 정보를 실

시간으로 모니터링하고 분석한 미끄럼 정보와 위치정보를 센터로 전송한다.

센터에서는 동결 도로에 대한 노면정보를 후미 차량에 전달한다. 많은 차량에서

수집한 정보를 주행하는 차량에 실시간으로 안내하고, 동시에 도로관리기관과 보

수차량에 이 정보를 전달하여 위험 도로를 관리하도록 한다. 이러한 일련의 데이

터를 토대로 관리이력 데이터베이스를 축적하고, 도로의 실시간 빙판길 지도를 만

들어 도로 이용자에게 제공한다.

차량마다 다양한 형태의 센싱 디바이스가 탑재되어, 다양한 형태의 데이터가 생

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성되는데, 몇 가지 기능, 즉 미끄럼 데이터 검출 기능, 차량 데이터버스와 접속 기

능, 위치추적시스템 조정 기능, VTT 분석시스템과의 무선 연결 기능을 갖춘 차

량에 대해서 VTT 시스템은 최대한 이러한 데이터를 수집하고 있다.

노면 정보를 전달하는 매체는 스마트폰, 방송, 기상방송, 노변 표지와 같은 여러

방식을 사용하는데, 이러한 다양한 매체의 성능 비교는 중차량 화물차를 대상으로

실제로 진행되었고, 지금은 승용차로 확대하여 사용할 수 있다고 한다. 이 시스템

은 핀란드 기술혁신연구지원사업의 일환으로 3년 동안 에너지효율 및 지능형 중

차량 연구 프로젝트(HDENIQ)에서 진행되었다. VTT는 EC-Tools라는 것으로 사

업화를 준비 중이며, 여러 곳과 협의 중이라고 했다.

<그림1> 도로 노면 미끄럼 검지 및 제공 시스템(VTT 기술연구센터)

미래 승용차 경량재료 생산에서의 협력

[http:/ /www.jeccomposites.com/ , 2013-04-07]

다임러 회사와 항공 디자인 연구원은 섬유보강 복합재료/탄소섬유 복합재료 경

량 구조체 분야의 새로운 디자인, 시뮬레이션 및 공정기술에서 연구 협력을 하기

로 하였다. 이 협력 가운데 ARENA2036 연구 캠퍼스 프로젝트에서 두 파트너가

연구영역을 정하게 된다. 앞으로 사업 및 과학 분야의 연구원들은 “유연한 생산

및 기능이 통합된 경량 구조물”과 관련된 내용에 대해 슈투트가르트 대학에서

ARENA2036 연구 캠퍼스 프로젝트로 수행하게 된다. 이 컨소시엄의 목표는 시작

부터 생산 연구권리와 함께 제품 지향적인 경량 건축물 개발을 딱 들어맞게 하는

것이다. 슈투트가르트 대학에 있는 6개의 연구소(Research Campus: 연구 캠퍼스)

와 다임러와 함께 Baden-Wurttemberg에 있는 사업 및 과학분야에서의 많은 보

다 대표적인 기관들이 장기적으로 이 프로젝트에 참여하고 있다. 이 프로젝트는

교육연구 연방 부서의 지원을 받는다.

연구 캠퍼스에 의해 계획된 활동들을 지원하기 위해서 다임러 및 슈투트가르트

대학은 부가적인 장기 협력 동의안에 사인하였다. 이 동의안에는 항공 디자인 연

구소의 박사 후 과정 연구원들과 종업원들이 다임러의 경량 구조물 전문가들과

함께 섬유 및 탄소섬유 보강 복합재료로 된 경량 건축 부품들의 생산, 시뮬레이션

및 디자인 분야의 기본적인 문제에 대해서 연합연구를 수행하는 것으로 되어 있

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다. “인텔리전트 재료 혼합과 경량 구조물은 수십 년 동안 메르세데스-벤즈 자동

차의 통합적인 부품이 되고 있다. 자동차의 무게를 줄여 연료 효율성을 향상시키

기 위해서 우리는 고강도 강철과 함께 다른 재료들도 사용한다. 우리는 항상 “올

바른 위치에 올바른 재료”라는 원칙에 따라 섬유 보강 복합재료에 인텔리전트 재

료 사용에 대해 자신하고 있다. 우리의 도전은 경제적으로 효율적인 방법에 의해

일련의 자동차 생산에서 탄소섬유 보강 복합재료와 섬유 보강 복합재료를 사용하

는 것이다. 이에 의해 전체적인 경비를 줄일 수 있어 소비자들에게 혜택을 줄 수

있다. 우리는 우리의 협력 프레임워크 내에서 함께 협력하고 있다”고 연구와 지속

가능성 그룹의 부회장이며 다임러 AG회사의 환경분야 책임자인 Herbert Kohler

교수는 말한다.

“항공 디자인 연구소에서 우리는 섬유 보강 경량 구조물을 수년 동안 항공기에

적용하기 위해 연구하고 있다. 우리의 연구는 기술/액체 복합재료 성형 및 전체

공정 사슬의 실제적인 제시를 완성하는데 초점을 두고 있으며 이 기술이 자동차

산업에 높은 이전 가능성을 가지길 희망한다. 다임러와 함께 앞으로 우리는 새로

운 기술을 적용하여 대규모의 생산을 하는데 있어 어려움을 해결하기 위해 보다

빠르고 보다 비용 효과적인 과정을 개발하기를 원하고 있다”고 슈투트가르트 대

학에서 항공기 디자인 연구소의 책임을 지고 있는 Peter Middendorf 교수는 말한

다.

배터리 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있는 실리콘 나노목걸이

[http:/ /phys.org/news/ , 2013-03-01]

미국 연구진은 매우 작은 실리콘 목걸이를 이용해서 배터리의 수명을 매우 향

상시킬 수 있는 새로운 연구결과를 발표했다.

실리콘 목걸이는 종이 한 장보다 수천 배 더 얇지만 단일 전하를 훨씬 더 멀리

이동시킬 수 있기 때문에 배터리의 수명을 매우 증가시킬 수 있다고 메릴랜드 대

학(University of Maryland)의 과학자들은 말했다.

계면 불안정성은 생체 재료에서 인공 관절 치환과 전자장치 패키징까지 헤테로

구조의 기본적인 문제이다. 이런 문제는 이온 저장 재료로서 실리콘을 사용하는

- 39 -

리튬 이온 배터리 양극에서 특히 문제가 되고 있다. 재충전 가능한 리튬-이온 배

터리는 휴대폰, 카메라, 일부 하이브리드 자동차에 현재 적용되고 있고, 흑연을 전

극으로 사용하고 있다. 실리콘은 흑연보다 10 배 더 많은 리튬 이온을 저장할 수

있지만, 지금까지 실리콘 구조들은 여러 번 되풀이해서 사용할 때 크랙이 가거나

깨지는 경향이 있었다. 메릴랜드 대학의 재료 과학자와 화학자들은 이전의 디자인

보다 더 많은 충전 주기 동안 성능을 유지할 수 있는 새로운 배터리 구조를 만들

었다. 이 배터리 구조는 매우 작은 실리콘으로 구성되었다.

이번 연구진은 탄소 나노튜브 위에

매우 작은 실리콘 구슬을 성장시켰고,

그 후에 전극 충전 및 방전을 볼 수

있도록 강력한 현미경을 사용했다. 나

노 실리콘 구슬을 가진 탄소 나노튜

브 목걸이는 계면이 화학적 기능성에

의해 제어된다. 이것은 기계적으로 강

하며 전기적으로 전도성을 가진 탄소

나노튜브를 따라서 분리된 무정형 실

리콘 구슬이 형성되어 있다.

구슬을 만들기 위해서, 이번 연구진은 50나노미터 이하의 탄소 튜브에 식품 향

료에서 종종 발견되는 분자의 일부를 부착시켰다. 그 후에 연구진은 실리콘이 포

함한 가스로 빈 공간을 채웠다. 유기 분자는 실리콘 구슬이 튜브 위에서 성장할

수 있도록 하였다. 유기 분자들은 리튬 이온과 함께 실리콘을 대전시켰다.

연구진은 이 구조가 평편한 실리콘

코팅과 달리 실리콘 구슬이 플렉서블

풍선처럼 성장할 수 있기 때문에 더

탄성을 가졌을 것이라고 생각했다. 튜

브에 실리콘이 부착된 유기 분자는

실리콘 결합이 튜브와 더 강하게 부

착되도록 했고, 이것은 실리콘이 부서지는 것을 예방했다. 구슬은 리튬에 의해 대

전되었을 때, 크랙 또는 리핑(ripping) 없이 성장하고 수축할 수 있다. 구슬은 나

노튜브 외부로 성장했지만 내부로의 성장은 없었고, 그들은 나노튜브를 따라서 서

로 가까운 위치에 모여 있었다.

- 40 -

원자 및 연속체 모델링과 결합된 투과 전자 현미경을 통해서 관찰한 결과, 화학

적으로 만들어진 Si-C 계면이 Si 구슬을 구속하는데 중요한 역할을 한다는 것을

밝혀내었다. 이 연구결과는 리튬 배터리와 같은 환경에서 효율적으로 작용할 수

있는 나노구조 계면을 만드는데 큰 역할을 할 것이다. 이 연구결과는 저널 ACS

Nano에 “A Beaded-String Silicon Anode”라는 제목으로 게재되었다(DOI:

10.1021/nn4001512).

<그림 1> 종이보다 수천 배 더 얇은 튜브 위에서 성장된 실리콘 구슬. 이것은

흑연보다 리튬을 10 배 더 많이 저장할 수 있다.

<그림 2> 탄소나노튜브 목걸이 위에 Li 이온이 전달되는 모습을 보여주는 이

미지.

배터리를 고속으로 충전할 수 있는 기술

[http:/ /phys.org/news/ , 2013-04-09]

미 네바다(Nevada) 주 신생업체인 Potential Difference Inc.는 스마트폰, 노트

북, 전기차 배터리 용량의 80%를 12분만에 충전할 수 있는 다목적 충전장치를 개

발하였다. 이는 Tesla Motors사의 급속 충전기가 배터리 용량의 50%를 충전하는

데 30분 가량 소요되는 것을 고려할 때 비교적 큰 발전이라 할 수 있다.

조지아 공과대학 (Georgia Institute of Technology)의 Yi Ding 박사는 지난

1990년대 말 이 기술을 최초로 개발하였으며, 2001년 특허화하였다. 그리고

Potential Difference사의 CEO인 Elliott Small은 이 기술을 상업화할 수 있는 전

용 실시권을 확보하였다. Small은 “우리는 다양한 전자제품의 배터리에 이 기술을

적용하기 위해 제조회사와 협력하고 있다”고 밝혔다.

Potential Difference사는 Chargetek사와의 협력을 통해 특허기술이 적용된 집적

회로(Integrated Circuits)를 제조하려 한다. 대부분의 에너지 저장 관련 연구는 배

터리 및 이들의 물리적 환경을 설계하기 위해 재료 분야의 혁신을 모색해왔다. 그

러나 이 기술은 배터리 자체를 변경하지 않고 충전방법을 개선하는 방안을 선택

하였다.

- 41 -

충전기는 온도, 전압 및 배터리의 현재 충전 수준을 감지하기 위한 센서가 있

다. 그리고 이들 데이터는 배터리 충전이 완료되었음을 확인하기 위해 사용된다.

일반적으로 배터리 일부가 이미 충전되었을 때와 비교했을 때 전하 레벨이 낮으

면 배터리는 빠르게 충전한다. 따라서 최초 배터리 상태를 파악한다면 충전기가

내보내는 전류펄스(Current Pulse)를 최적화할 수 있다. 캘리포니아 대학

(University of California)의 Scott Moura 박사는 “배터리는 일반적으로 정전류

(Constant Current)로 충전되지만 이들 충전기는 전류펄스를 내보낸다”라고 설명

하였다.

Potential Difference사는 리튬-이온 배터리(Lithium Ion Batteries)를 위한 프로

토타입 충전기에 대한 테스트를 실시하였다. 이 결과 일반 가전제품 및 전기자동

차를 16분 이내에 완전 충전할 수 있었다. 80%까지 충전하는 동안 배터리 온도는

최대 42도까지 상승하였다. 이 기술의 장점 중 하나는 거의 모든 가전제품과 호환

된다는 점이다. Small은 “충전을 위해서는 충전기와 장치를 연결하는 인터페이스

가 필요하지만 충전기는 근본적으로 같다”고 말한다.

Potential Difference사는 자신들만의 충전기를 스스로 제조하기를 희망하였으

나, 기술적 제한과 시장의 제한으로 인해 전자기기 제조회사와 연계해야만 하였

다. Xerion Advanced Battery Corp의 CEO인 John Busbee는 각각의 전자장치에

특화될 수 있다면 충전기를 최상으로 활용할 수 있다고 말한다. Busbee는 “가전

제품 및 배터리 제조사와의 협력 없이는 원하고자 바를 이루기 어렵다”고 설명하

였다.

Ding 박사는 대부분의 전기자동차 및 가전제품이 리튬이온 배터리를 사용하기

때문에 배터리 사양은 그다지 중요하지 않다고 생각하고 있다. 그는 “충전기술은

생산자나 배터리 크기와 관련이 없다는 장점이 있다”고 설명하였다. 또한 충전기

가 반응전 배터리의 상태를 우선 분석하기 때문에 각각 제품에 대한 세부사항은

필요하지 않다고 덧붙였다.

Moura는 급속충전기술이 배터리 수명에 주는 영향과 관련하여 의구심을 갖고

있다. 높은 전류가 적용되었을 때 배터리의 내부 저항은 온도 상승 및 배터리 자

체를 손상시킬 수 있다. Moura는 배터리의 전극이 리튬이온을 흡수하는 스펀지와

같기 때문에 높은 전류 펄스를 반복적으로 내보내는 것은 전극의 반복적 팽창 및

- 42 -

수축을 가져오게 되어 전극에 균열이 발생하거나 배터리가 손상될 수 있다고 설

명한다. Potential Difference사는 아직 반복 테스트를 실시하지 않았으며, 얼마나

많은 충전 사이클 동안 배터리가 견딜 수 있는지 확인하지 못한 상태이다.

버려지는 황으로 만들어진 배터리의 개발

[http:/ /phys.org/news/2013-04-batteries-sulfur.html, 2013-04-15]

새로운 화학 공정을 통해 황(sulfur)이 전기 자동차 등을 위한 향상된 배터리로

이용될 수 있는 가벼운 플라스틱으로 변환될 수 있다는 사실이 아리조나대

(University of Arizona) 연구진에 의해 최근 보고되었다. 이 새로운 플라스틱은

광학적 응용뿐만 아니라 다른 여러 곳에서 쓰일 수 있을 것으로 보인다.

연구팀은 이 새로운 플라스틱을

이용해 리튬 황 배터리(lithium

sulfur battery)를 만드는데 이용하였

다. 이에 대해 이번 연구의 주 연구

자인 Jeffrey Pyun은 “우리는 황을

유용한 플라스틱으로 변환시킬 수

있는 간단하고 유용한 화학 공정을

개발하는데 성공했다.”고 말했다. 차

세대 리튬 황 배터리는 현재 이용하

는 배터리에 비해 가볍고 효율적이

며 비용이 저렴해 군용이나 전기자

동차를 위한 배터리로 이용될 수 있다고 아리조나대의 Pyun은 말했다. 그는 또한

이 새로운 플라스틱이 쉽고, 저렴한 비용으로 상업생산이 가능할 것으로 보고 있

다.

연구팀의 발견은 오일이나 천연가스가 보다 청정한 연료로 정제되는 과정에서

발생하는 황을 이용하고 있다. 비록 몇몇 산업 분야에서 황을 이용해 오고 있지만

화석 연료를 정제하는 데서 발생하는 황은 현재의 필요에 비해 훨씬 많다. 그래서

몇몇 회사에서 버려지는 황으로 노란 색의 산이 만들어지기도 한다. 실제로 화석

연료로 만들어지는 19갤런의 가솔린마다 0.5파운드의 황이 만들어진다.

- 43 -

연구진은 리튬 황 배터리를 위한 새로운 고분자 전극 물질을 만드는데 필요한

새로운 화학 공정에 대해 특허를 낸 상태다. Nature Chemistry지 4월 14일자로

게재된 [The Use of Elemental Sulfur as an Alternative Feedstock for

Polymeric Materials]라는 제목의 논문에서 연구진은 자신들의 연구 성과를 설명

하고 있으며 이 연구는 한국 구가연구재단(National Research Foundation of

Korea), 교육과학기술부(Korean Ministry of Education, Science and

Technology), 미화학회(American Chemical Society), 아리조나대(University of

Arizona) 등의 자금을 지원받았다.

이번 연구에서 Pyun은 자신의 경험을 이용해 에너지와 관련된 연구를 하고자

했다. 그는 화석 연료를 정제하는 과정에서 황이 발생한다는 사실을 알고 있었고

어떻게 이 황을 안전하게 리튬 황 배터리로 개발할 수 있을 지에 대해 초점을 맞

추었다. 그래서, 그와 그의 연구자들은 액체 상태의 황을 산업적 용도로 이용할

수 있는 유용한 플라스틱으로 만들고자 했다. 하지만 황은 기술적으로 몇몇 문제

를 가지고 있다. 우선 이들은 고분자로 알려진 강하고 안정적인 사슬 모양의 분자

를 형성하는 것이 쉽지 않다.

연구진은 이러한 황을 고분자화하는데 필요한 여러 화학 물질들을 테스트해보

았으며 운이 좋게도 이들 중 하나가 효과적으로 작동한다는 것을 발견했다. 비록

첫 실험이 성공했지만 연구진은 이러한 과정을 보다 자세히 알아보고 잘 작동하

는지를 알아보기 위해 다른 여러 화학물질들을 테스트해 보았다.

그들은 이 과정을 ‘역경화(inverse vulcanization)’라고 불렀는데, 그 이유는 이들

이 소량의 첨가물을 지닌 황을 필요로 하기 때문이다. 경화(vulcanization)는 소량

의 황을 고무에 주입함으로써 고무를 보다 튼튼하게 만드는 과정을 말한다.

Pyun은 황 원자에 비해 새롭게 만들어진 플라스틱이 훨씬 더 효과적이라고 말

했는데, 그 이유는 황으로 만들어진 전극을 지닌 배터리는 오직 제한된 횟수의 재

충전이 가능하기 때문이다. 또한 연구진은 리튬 황 배터리에 현재 이용되고 있는

황 원자에 비해 이들 플라스틱이 뛰어난 전기적 속성을 지니고 있다고 보고했다.

연구팀의 배터리는 뛰어난 특정용량(specific capacity, mAh/g at 100 cycles)을

지니고 있다.

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몇몇 회사들이 이들의 연구에 관심을 보이고 있는 가운데, 연구진의 다음 목표

는 이 플라스틱을 광전압과 같은 다른 분야에 응용하는 것이다. 이에 대한 보다

자세한 연구 결과는 The use of elemental sulfur as an alternative feedstock for

polymeric materials, DOI: 10.1038/nchem.1624을 참고하기 바란다.

<그림> 연구진이 황을 풍부하게 포함하고 있는 경량의 새로운 플라스틱을 만

드는데 성공했다.

보행자안전을 위한 하이브리드 및 전기자동차의 최소소음기준

[http:/ /www.nhtsa.gov/ , 2013-01-09]

미국 DOT 산하 도로안전국(NHTSA)은 하이브리드 자동차나 전기자동차에 대

해서 최소한의 소음기준을 갖도록 하는 보행자안전개선법(Pedestrian Safety

Enhancement Act of 2010 : PSEA)을 제안하였다. 이는 그동안 내연기관 차량의

경우, 소음을 줄이기 위해 노력해 왔지만 전기자동차나 하이브리드 자동차는 소음

이 상당히 적어서 자동차의 접근성을 보행자가 인지하지 못해 오히려 사고를 유

발하게 된다는 점에서 이번에 전기자동차와 하이브리드 자동차에 대해 최소 소음

기준을 마련한 것이다. 저소음 차량이 이동할 때 적절한 소음을 발생시키면 보행

자는 이를 인지하여 자동차의 접근에 대한 인지를 통해서 접촉 사고를 피할 수

있게 된다.

교통 측면에서 우선시 되는 정책 개념은 안전

이며, 이번 제안은 도시부 도로 및 주요 간선도

로 상에서 모든 자동차 운전자, 자전거 운전자

또는 보행자의 안전성을 높이고자 하기 위함이

며, 특히 교통약자들(노약자, 시청각 장애인 등)

에게 도로 보행 안전성을 개선하는 정책이라고

US DOT Ray LaHood는 말했다.

전기자동차나 하이브리드 자동차는 저속에서

일반적인 가솔린 또는 디젤 엔진이 작동하지 않

으므로 자동차가 훨씬 조용하여 차량의 접근 여부를 인지하기가 일반적인 엔진차

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량보다 어렵다. 이번에 제안한 기준은 연방자동차안전표준(Federal Motor Vehicle

Safety Standard) 141호로 보행자안전개선법(PSEA) 내에서 개정한 것이다. 여기

서 하이브리드 자동차와 전기자동차는 최소한의 소음기준을 준수하는데 이는 보

행자가 저속으로 주행하는 차량에 대해서 그 차량의 존재 여부, 방향과 위치를 인

지할 수 있는 정도의 소음 기준인 것이다.

자동차제조회사는 자체 자동차 모델마다 소음을 다르게 설계하도록 유연성을

갖도록 제시했으며, 보행자, 자전거운행자 및 시청각 장애자가 자동차의 접근을

인지하고 도로에서 안전하게 이동할 수 있도록 한 조치라고 NHTSA의 David

Strickland는 주장했다.

이렇듯 전기자동차나 하이브리드 자동차가 시속 18.6마일(30km/h)로 저속 주행

할 때, 최소한의 소음이 요구되는데 이는 광범위한 도로교통 소음환경과 주변의

배경 소음 환경 하에서도 인지할 수 있도록 요구하고 있다. 시속 18마일 이상일

경우, 전기자동차나 하이브리드 자동차는 보행자나 자전거 운행자가 인지할 정도

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로 충분한 소음이 발생하므로 별도의 소음발생이 필요없다고 한다. 자동차 제조사

들은 자동차 모델마다 다양한 소음을 만들어야 하므로 이때 소음을 선택할 수 있

는 범위가 중요할 것이다. 하지만 이러한 소음 특성은 최소 소음 요구기준에 부합

하여야 하며 동일한 자동차 모델은 동일한 소음군 또는 동일한 소음을 발생시켜

야 한다.

NHTSA는 이번 소음기준이 저소음 차량에 적용된다면 약 2,800명의 보행자 및

자전거운행자와의 추돌사고를 줄일 수 있을 것으로 보았다. NHTSA는 연방정부

의 공보에 오늘 실렸고, 60일간의 공고 기간 동안 수정 및 검토기간을 가진다고

했다.

참고로, 2013년1월에 제안한 보고서(Minimum Sound Requirements for Hybrid

and Electric Vehicles)의 내용을 정리하였다.

보고서의 목차는 용어설명, 필요성과 배경, 소음요구사항, 관련규칙에 대해 작성

되어 있다. 도시부 도로와 시 외곽도로로 구분하여 차량 운행속도에 따라 소음발

생기준을 제시하였는데, 도시부 도로에서 20~30km/h의 속도로 주행하는 자동차는

63.8~68.9dB(A)의 소음레벨, 아이들링 상태에서는 49.5dB(A)를 유지해야 한다. 도

시 외곽 도로의 경우 소음레벨이 도시부 도로와 동일한 기준이나, 시간당 소음 상

승률의 경우 도시부 도로에서는 20~30km/h 주행속도에서 9.8%, 도시 외곽 도로에

서는 1.9%로 제한하고 있다.

봄바르디어 PRIMOVE 경량 트램 기술

[http:/ /www.railway-technology.com/ , 2013-03-07]

프리무브(PRIMOVE) 경량 트램은 봄바르디어사의 프리무브(PRIMOVE) 솔루션

에 기반을 두고 설계되었으며, 현대의 도시교통을 이전보다 더욱 청정하고 편안하

게 만드는 혁신적인 기술의 길로 인도하고 있다. 이 트램은 환경을 보전하기 위해

에너지 효율적인 기술을 사용하며, 이 도시교통 기술은 이산화탄소와 소음 방출을

줄일 수 있고 버스와 자동차와 같은 다른 교통수단과 성능도 거의 비슷하다.

프리무브(PRIMOVE)의 무선충전 기술은 전차선과 플러그와 같은 복잡한 인프

라시설 설치가 불필요하고, 비실용적인 축전지 스와핑 기술의 대안으로 드러나고

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있으며 유지관리 비용을 절감한다. 프리무브(PRIMOVE) 유도급전 트램의 시험

운행은 2012년 6월 아우크스부르크 트램 네트워크에서 성공적으로 수행된 바 있

다.

경량 트램의 설계와 개발

봄바르디어사의 프리무브(PRIMOVE) e-솔루션에 기반을 두고 설계된 이 독특

한 새로운 프리무브(PRIMOVE) 경량 트램은 가공전차선 급전으로부터 트램을 해

방시킨다. 궤도 아래에 설치된 비접촉식 유도급전 시스템은 모든 부품에 전력을

공급하여, 가공 전차선이 불필요하게 만든다.

프리무브(PRIMOVE) 경량 트램은 공식적으로는 2009년 1월 봄바르디어사의 바

우첸 공장에서 선보였다. 이 차량과 관련해서는 현장에서 몇 주간의 각종 부품에

대한 광범위한 조사가 진행되었다. 이 시스템은 차량의 기술적 가능성과 전자기적

특성을 실증화하기 위해 2010년 5월 아우크스부르크 3호선의 지선 0.8km에 최초

로 설치되었고, 200kHz 유도루프 지선에 대한 시험이 2012년 6월에 완료된 바 있

다.

프리무브(PRIMOVE) 시스템의 특성과 장점

프리무브(PRIMOVE) 트램에 적용된 비접촉식 에너지 전달방식은 플러그와 전

선 그리고 가공 케이블 때문에 발생하는 문제를 없앤다. 보이지 않는 전원공급 부

품은 궤도 아래에 묻혀서, 잡동사니가 없는 매력적인 도시 모빌리티 시스템을 만

들어 낸다. 이 트램은 문화유산 보호공간이 가진 자연스러운 미적 아름다움을 변

경시키지 않고 운영될 수 있으며, 비접촉식 전원 공급방식을 이용하기 때문에 보

행자와 자전거의 안전을 향상시킬 수 있다.

전기시스템은 가스나 유해물질 입자를 전혀 배출하지 않는다는 장점이 있는 것

으로 증명되고 있으며, 이것은 좋은 공기 질을 유지하면서 도시 환경을 친환경적

이고 유쾌하게 만든다.

프리무브(PRIMOVE) 차량은 기존의 차량에 비해 신속하게 충전되고 충전 대기

시간을 줄일 수 있다. 트램 노선에 있는 정거장이 충전소로 바뀔 수 있기 때문에,

운행 시간상의 장애나 시간 지체를 없앨 수 있다. 또한, 이 차량은 어떤 지형을

가진 도시에도 적용 가능하며 눈과 얼음 그리고 비와 같은 좋지 않은 환경 조건

에서도 신뢰성을 유지한다.

- 48 -

충전 프로세스는 단순하고 운전자 편의성이 있으며 완전 자동방식이다. 운전자

에 대한 별도 훈련이 불필요하여 자유로운 운행을 보장한다.

프리무브(PRIMOVE) 시스템의 설치는 미리 제작되고 시험된 모듈이 직접 땅에

통합되기 때문에 매우 쉬우며, 이 시스템에는 부품 수가 적으므로 기존 인프라시

설이 쉽게 변환될 수 있다. 그래서, 인프라시설에 대한 유지보수 비용은 상당히

감소하며 긴 신뢰성을 보장한다. 또한, 비접촉식이므로 부품의 마모가 감소한다.

프리무브(PRIMOVE) 트램 시스템은 피크제어 성능을 위해 전력 최적화를 수행

하는 봄바르디어사의 마이트락(MITRAC) 에너지 저장장치와 연결된다. 이 시스템

은 트램이 제동 중일 때 이중층 커패시터에 에너지를 저장하고 그것을 전력시스

템에 되돌려 보낸다.

프리무브(PRIMOVE) 시스템은 노선의 길이, 차량 숫자, 지리적 조건 그리고 적

용범위 등의 요소에 따라 100kW~500kW의 출력을 제공할 수 있으며, 차량 길이

가 30m~42m 정도로 가변적이며 6%의 구배 등판능력과 270kW 출력으로 50kmph

속도로 주행할 수 있는 전형적인 경전철이다.

독일 도시교통 프로젝트 개요

전체 프리무브(PRIMOVE) 시스템은 선로변 부품과 차량 부품으로 구성되며,

최대한 구조적인 통합과 에너지 전달 효율성을 고려한 설계에 기반을 두어 구분

되어 있다. 선로변 부품은 땅 아래에 완전히 묻히고 아스팔트나 콘크리트로 덮일

수 있다. 1차 케이블 세그먼트는 도로 표면 바로 아래에 설치되어 차량에 전력을

공급하며, 1차 결선 아래에 설치되는 자기 차폐를 통해 전자기 간섭은 제거된다.

이 세그먼트는 바로 위에 차량이 있다는 것을 감지하는 브이디에스씨 시스템

(VDSC, Detection and PRIMOVE Segment Control)에 의해 스위칭 된다.

시스템 제어와 진단 정보는 스카다(SCADA, Supervisory Control and Data

Acquisition) 인터페이스에 의해 제공되며, 직류 전압에서 교류 전압으로의 변환은

시스템 내에 설치된 인버터에 의해 이루어진다. 시스템 내의 급전 케이블은 필요

한 직류 전력을 인버터에 공급한다.

- 49 -

차량 부품은 프리무브(PRIMOVE) 경량 트램 프레임에 설치되며, 픽업 시스템

과 보상용 콘덴서는 차량 하부에 설치되는 프리무브(PRIMOVE) 전력 수신장치

시스템(Power Receiver System)을 형성하도록 결합된다. 이 시스템은 1차 결선의

자기장을 교류 전류로 변환시키고, 이것은 인버터를 사용하여 직류 전류로 변환된

다. 소스의 케이블 세그먼트는 차량에 설치된 브이디에스씨 시스템(VDSC) 안테

나에 의해 검지되고 스위칭이 프로세싱된다.

프리무브(PRIMOVE) 경량 트램에 사용되는 기술

프리무브(PRIMOVE) 기술은 유도급전 법칙에 기반을 두고 개발되었다. 시스템

의 선로변 부품에 있는 1차 권선에 공급되는 전류는 자기장을 형성하고, 이 자기

장은 차량의 온 보드 부품 내에 있는 코일에 전류를 유도한다.

두 시스템 간의 접촉이 반드시 필요한 현상은 아니다. 생산된 전류는 차량 전체

에 걸쳐 사용되며, 1차 코일은 궤도를 따라 확장되어 차량의 2차 코일은 전체 길

이의 루프에 걸쳐 전력을 공급받을 수 있다.

사용이 끝난 전지를 ̀대용량 축전 시스템̀으로 이용하는 실증 실험 개시

[http:/ /monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1202/20/news013.html, 2013-02-26]

- 프리우스(Prius)의 사용이 끝난 전지가 `대용량 축전 시스템`으로 되는 것을

도요타(Toyota)가 실증 실험 개시 / 대량으로 판매되고 있는 하이브리드카(HV)야

말로 유효-

전기 자동차(EV)를 주택과 접속하여 서로 전력을 융통하는 시도가 진행되고 있

다. 하지만 전지의 실제 수량으로 이미 일정한 지위를 구축한 하이브리드카(HV)

가 많다. 도요타는 HV의 사용이 끝난 전지를 사용한 대용량 축전 시스템의 활용

을 목표로 한다.

소규모 사무실이나 소형 점포, 일반 주택 등 확실하게 사용할 수 있는 대용량

축전지의 준비가 필요하게 되었다. 소규모 태양광 발전 시스템과 대용량 축전지를

조합하면 정전이나 재해에 대한 피해를 줄일 수 있는 기회가 생기기 때문이다.

- 50 -

리튬 이온 2차 전지는 아직도 고가이고 수 kWh의 용량에서도 100만 엔(약

1,150만원) 이상의 도입 비용이 든다. 이로 인해 전기 자동차(EV)의 전지를 재이

용하는 연구 개발이 진행되고 있다. 예를 들면 닛산(Nissan) 자동차의 `리프

(Leaf)`를 사용한 연구가 진행되고 있다.

도요타 자동차도 전지의 재이용을

진행하고 있다. 도요타의 하이브리

드카(HV) `프리우스`는 이미 3세대

째 발매되고 있고 프리우스 이외에

도 HV의 라인업을 갖추고 있기 때

문에 사용이 끝난 니켈 수소 2차 전

지의 회수 수는 2010년에 5,654개에

이르고 있어 더욱 증가할 것으로 예상되고 있다(주 1). 2011년 회수 전망은 6,000

개로 전망되었다. 그리고 HV에서 사용 종료가 된 니켈 수소 2차 전지를 대용량

축전 시스템으로서 이용하는 실증 실험을 개시한다.

2012년 2월 24일 나고야(Nagoya)에서 HV의 사용이 끝난 전지를 이용한 `정치

형 축전 시스템`을 구축, 성능이나 내구성, CO2(이산화탄소) 삭감 효과, 에너지

절약 효과를 검증한다. 그리고 벽면이나 지붕에 태양전지를 설치한다.

2012년 3월 `기타큐슈 스마트 커뮤니티(Kitakyushu Smart Community) 추진

사업(주 2)`의 일환으로서 도요타 합성의 기타큐슈 공장에도 정치형 축전 시스템

을 설치하여 2개소에서 실증 실험을 병행해서 검증 기간 1년으로 진행한다.

실증 실험에 사용하는 정치형 축전 시스템의 치수는 폭 100 cm×깊이 80 cm,

높이 180 cm, 용량은 7 kWh로, 이것은 일반 가정의 1일 소비 전력보다 조금 적

은 용량이다. 실증 실험에서는 용량이 90%까지 줄어 든 전지를 사용한다고 한다.

제2세대의 프리우스의 니켈 수소 2차 전지를 사용한다면 6대분에 상당한다. 향후

시스템의 효과를 보면서 어느 차종의 몇 % 용량의 전지를 몇 개 조합할지를 결

정할 것이라고 한다.

(주 1) 지금까지는 서비스 센터에서 회수한 니켈 수소 2차 전지를 일단 원재료

에까지 해체하여 새로운 전지를 제조할 때의 원료로서 리사이클하고 있었다.

(주 2) 일본 정부가 지원하는 `차세대 에너지·사회시스템 실증`의 하나로 2011

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년도에는 20개 사업이 채택되고 있다. 도요타 자동차와 도요타 합성, 도요다 자동

직기가 참가하는 `공장에 있어서의 태양광 발전+고성능 LED+PHV(플러그인 하이

브리드카) 등을 조합한 에너지 매니지먼트 시스템` 사업도 그 중 하나로 단 정치

형 축전 시스템에서는 PHV에서의 충전까지는 생각하지 않고 주택이나 소규모 사

무실로의 급전을 상정하고 있다고 한다.

<참고자료> `아쿠아`의 전지 모듈 니켈 수소 2차 전지의 셀은 기존 프리우스와

동일한 것이다. 사진의 모듈에서는 120 셀을 내장하고 있으며 프리우스는 186 셀

이다.

산만한 운전을 검지하는 드라이버 포커스 기술

[http:/ / thinkinghighways.com/latest-news/?id=6920&page=0, 2013-02-13]

주변 교통을 잘 살피지 않는 산만한 운전으로 인한 교통사고의 발생이 사회 문

제로 대두되고 있다. 관련 연구보고서(European Accident Re search and Safety

Report 2013)에 따르면 교통사고는 운전자의 부주의에 기인한 것이 90% 이상이라

고 했고, 차량이나 도로 인프라의 문제보다 운전자 스스로 주변을 살피지 않는 운

전 부주의, 즉 집중력 저하는 치명적 교통사고로 이어진다고 했다. 또한 이 보고

서에서는 사고 유형으로는 운전자에 기인한 경우가 직간접적으로 90%에 해당한

다고 분석했고, 이 중에서 대부분은 부주의로 인한 사고, 과속, 위험상황의 미인지

가 주요 원인이라고 했다.(GTB2013020198)

미국 교통부(US-DOT)에 따르면, 운전자의 산만함 즉, 부주의로 인한 교통사고

로는 10명 중 한 명은 사망하였고 1,100명 이상의 사람들이 부상을 입었다고 한

다. 이러한 운전 부주의를 방지하기 위한 기술에 대해서 최근 시카고 Auto Show

에서 세계적인 자동차부품공급사인 콘티넨탈은 드라이버 포커스 기술을 소개하였

다. 드라이버 포커스 차량이란 운전 시 부주의한 상황을 미연에 방지하기 위한 기

술로서, 적외선 카메라와 고기능의 LED 발광선(strip line)을 생성하여 운전자에게

집중력을 상기시켜주는 일종의 주행안전지원시스템이다.

최근 들어 개발되고 있는 주행안전시스템은 차선유지시스템, 자동 주행 시스템

그리고 추돌경고시스템으로, 이 기술들은 주행 위험성을 낮추는데 기여하고 있다.

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이번 드라이버 포커스 기술은 적외선 카메라를 차량 내부에 장착하고 이를 통해

서 운전자가 운전에 집중하는지 여부를 검지하는 기술이다. 드라이버 포커스 기술

이 탑재된 차량은 운전자가 위험한 전방상황을 주시하고 있는지 아니면 산만하게

운전 중인지를 파악할 수 있다. 이 기술은 전방의 위험 상황을 주시하는 운전자의

시야에 따라서 반응하는 스트립 라인을 생성하고, 주변상황과 운전자 집중 상황을

감지하는 것이다.

드라이버 포커스 기술은 가상의 보조 운전자를 탑승시켜 주행하는 것과 같으며,

이 장치는 항상 차량 주변을 탐색해서 위험 요소가 발견되면 운전자에게 즉각 알

려주는 역할을 한다. 또한 사고 위험으로부터 운전자를 안전하게 하는 새로운 기

술과의 융합도 병행하고 있다. 이번에 개발된 기술은 부주의한 운전 상황을 효과

적으로 다루는 대안이고 이 기술은 단계적으로 발전될 예정이라고 했다. 사고의

약 80%는 인간의 실수로 인한 교통사고이며, 이 중에서 운전자 부주의는 아주 심

각한 문제이고 대부분을 차지하는 요인이다. 그 이유는 지루하고 단조로운 운전상

황이 지속되면서 운전자에게 운전 스트레스가 증가하기 때문이라고 랄프 크라머

박사(Ralf Cramer)는 설명했고, 이러한 현실적인 문제를 해결하기 위해서는 집중

력이 저하되는 위험 상황을 운전자에게 즉각적으로 경고하는 기술, 즉 능동적 안

전기술을 활용해야 한다고 덧붙였다.

드라이버 포커스 기술은 적외선 카메라를 사용해서 운전자의 전방 주시상황을

검지하는 것으로 운전 조작부에 탑재한 적외선 카메라는 운전자의 눈에 맞추어

눈과 머리의 움직임을 인지하도록 되어 있다. 이 기술을 이용해서 운전자가 피로

하거나 혹은 도로를 주시하지 않는 위험한 상황을 검지할 수 있다. 즉, 전방의 위

험상황을 운전자가 주시하는 것처럼 적외선 카메라의 영상에서 전방 상황을 인지

하고, 운전자가 위험한 상황에 집중하지 않거나 놓치는 부주의한 상황을 검지한

다.

이 기술은 다른 기능의 운전지원시스템과도 융합하여 위험상황을 인지하는데

도움을 줄 수 있다. 일례로, 전방에 잠재되어 있는 위험상황이 다가오는데도 불구

하고 운전자의 시선이 주행 중에 도로에서 벗어나면 적외선 카메라가 이러한 운

전자의 시야를 검지하여 LED 스트립 라인이 운전자의 얼굴에 발광되도록 하는

것이다. LED 스트립 라인은 선의 형태를 띤 빛이거나 깜박이게 하고 다른 색깔

로 발광하여 운전자에게 위험 상황을 인지하도록 한다. LED 스트립 라인의 색깔

은 백색, 황색, 청색으로 위험 수준에 따라 다른 색깔로 비추게 된다. 운전자는 자

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신의 시야에 이러한 스트립 라인이 들어오면 즉각적으로 전방 상황을 다시 주시

하게 되어 운전에 집중할 수 있다.

이러한 기술은 콘티넨탈 기술연구소에서 PRORETA-3 연구프로젝트의 일환으

로 개발된 것이며, 운전자의 안전을 혁신적으로 개선한 첨단 안전지원시스템인 것

이다. 그동안 안전 지원시스템은 차량 주변을 인지하는 기술을 중심으로 다양하게

개발되었다. 이번에 공개한 드라이버 포커스 기술은 운전자의 집중력을 높여, 부

주의한 운전 상황을 최소화하는 운전 집중력 향상 기술인 것이다. 드라이브 포커

스 기술은 다른 안전 지원 기술과도 융합하여 보다 향상된 시스템을 지원한다. 이

기술은 차선유지시스템과 연동되며, 전방 주시에 태만하여 차선을 벗어나면 운전

자에게 차선 이탈이라는 경고를 하는데, 여기서 이 기술은 차선 변경이나 위험하

지 않은 상황에서도 불필요하게 많은 알람이 생성되어 오히려 운전을 산만하게

하지 않도록 개선되었다. 다음으로 자동 주행 시스템과 연동하는 것이다. 자동 주

행 시스템은 레이더 전파를 사용하여 전방 차량과의 거리를 검지하고, 이로부터

적정 거리를 유지하는 기술이다. 급제동하는 경우, 운전 계기판이나 헤드업 디스

플레이에 경고 정보가 표출되고 동시에 드라이버 포커스 기술은 LED 스트립 라

인으로 운전자가 그 상황을 놓치지 않게 경고 메시지를 표출한다.

드라이브 포커스 기술은 다른 기능의 운전 지원시스템과의 융합하여 차량 주변

상황을 인지하고, 안전에 대비하기 위한 기술들이 개발 중이다. 드라이브 포커스

기술은 운전자가 산만하다는 것을 검지하고, 교통상황에 집중하여 운전할 수 있도

록 한다. 2016년 초에는 운전자가 임의의 교통 상황 즉, 자동차도로에서 시속 30

킬로미터로 주행과 정지를 반자동 수준으로 주행할 수 있게 될 것이다. LED 스

트립 라인은 운전자의 집중력이 필요한 시점에 발광되어 안전한 주행을 지원하게

될 것이다

새로운 가스크로믹 방식의 조광미러 시트를 개발

[http:/ /www.aist.go.jp/ , 2013-01-24]

- 에너지절약 창문 유리를 위한 신기술 -

독립행정법인 산업기술종합연구소 서스테인어블 메터리얼연구부문 환경응답기

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능박막연구그룹은 새로운 스위칭 방칙에 의한 조광미러 시트를 개발하였다.

종래 가스크로믹 방식의 조광유리에서는

2장의 유리를 스페이서를 이용하여 맞추고,

그 사이 공간에 가스를 주입하여 스위칭한

다. 물을 전기분해하여 발생시킨 수소를 주

입하면, 조광미러 박막은 수소화에 의해 거

울상태에서 투명상태로 스위칭되고 산소를

주입하면 탈수소화에 의해 투명상태로부터

거울상태로 돌아간다.

이번에 스페이서를 이용하지 않고 유리

와 투명시트를 밀착시켜도 평균 두께가

0.1mm 정도의 틈이 형성되어 이 간극에 가스를 주입하여 가스크로믹 방식의 스

위칭이 일어나도록 하였다. 그러나 이 틈은 상당히 작기 때문에 종래와 같이 수소

또는 산소를 포함한 가스를 주입해도 스위칭이 잘 일어나지 않는다. 그래서 가스

크로믹 방식의 스위칭 구조를 상세하게 조사하여 이러한 미소한 공간에서도 양호

하게 스위칭이 가능한 방식을 새롭게 개발하였다. 이 새로운 스위칭 방식에 의해

어느 곳에서도 시트와 유리가 국소적으로 접촉하고 있더라도 종래의 가스크로믹

조광미러와 동일하게 스위칭이 일어났다.

지금까지의 가스크로믹 방식의 조광

미러는 반드시 페어 유리를 이용해야

하며, 단편 유리가 사용되는 자동차

등에는 사용할 수 없었다. 이번에 개

발한 새로운 가스크로믹 방식에서는

조광미러 박막을 투명 시트에 증착시

킨 조광시트의 주위를 유리로 붙임으

로써 조광유리로서 사용할 수 있기 때

문에 자동차 등에도 사용될 수 있다.

또한 1m×1m 유리의 경우, 유리 사이의 틈이 5mm라면 용적은 5L가 되어 스위

칭에는 대량의 가스 치환이 필요하였다. 이것에 대해 새로운 방식에서는 동일한

면적의 유리 스위칭에 필요한 가스 용적은 약 100cc로 1/50 정도로 소량의 수소

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로 스위칭할 수 있다. 그리고 도입된 소량의 수소도 바로 조광박막에 흡수되기 때

문에 틈에는 거의 수소가 포함되어 있지 않아 수소 누출 등의 위험성이 없다.

종래 일렉트로크로믹스 조광유리에서는 투명전도막을 흐르는 전류로 스위칭 속

도가 결정되기 때문에 크기가 크게 되면 스위칭 속도가 저하된다. 현재, 투명전도

막으로서 일반적으로 이용되고 있는 ITO를 이용한 경우, 미터 크기의 유리 전체

를 스위칭하기 위해서 최고 속도는 10분 정도 걸린다. 이에 대해 이번에 개발한

새로운 가스크로믹 방식의 조광시트에서는 미터 크기의 시트 전체를 30초 정도의

(약 20배) 스위칭 속도로 투명상태로 만들 수 있다.

그리고 아주 소량의 수소로 스위칭할 수 있기

때문에 수소발생원의 물로서 공기 중의 물(수증

기)을 사용할 수 있다. 예를 들면, 기온이 30도

이고 습도가 50%인 경우, 공기 중 수증기 농도

는 2% 정도이지만, 이 수증기의 전기분해로 발

생한 소량의 수소로 스위칭할 수 있다. 종래에

는 물탱크로부터 전기분해용 물을 공급할 필요

가 있었지만, 새로운 방식에서는 이것이 필요하

지 않게 되었으며, 전기분해용 고분자막에 3V

정도의 전압을 걸면 수증기로부터 수소를 발생

시켜 스위칭이 일어나도록 하였다. 그리고 상당

히 낮은 양의 수소만 발생하기 때문에 폭발 등

의 위험성은 없다.

조광유리 및 조광필름은 마그네트론 스퍼터(magnetron-sputter)법을 이용하여

박막을 증착시킨다. 이 방법을 이용하여 제조한 경우, 제품의 비용을 결정하는 큰

요인 중 하나는 박막 부분의 성막속도로 속도가 빠를수록 저비용으로 제조할 수

있다. 현재 제품화되고 있는 일렉트로크로믹스 조광유리는 통상 5층의 박막으로

이루어졌으며, 전체 두께는 1μm 정도이다. 이에 비해 이번에 개발한 조광미러 시

트에서는 박막 부분이 2층으로 전체 두께도 100nm 이하로 1/10 정도가 되었다.

또한 성막속도가 빠른 금속박막이기 때문에 이번에 개발한 조광미러 시트는 종래

일렉트로크로믹스 조광유리에 비해 성막시간이 크게 단축되어 대폭적인 비용저감

이 기대된다.

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<그림 1> 종래 가스크로믹스 방식의 조광유리

<그림 2> 새로운 방식의 가스크로믹스 조광유리

<그림 3> 전지를 연결하는 것만으로 구동할 수 있는 조광미러 시트

수소 연료전지 버스 프로그램

[http:/ /www.azom.com/news.aspx?newsID=35457, 2013-01-28]

에어 프로덕트(Air Products) 회사의 독점기술인 수소 배분 및 인프라구조 기술

은 클리블랜드 지역 교통당국(the Greater Cleveland Regional Transit Authority:

RTA)이 나사 그렌 연구센터(the NASA Glenn Research Center)와 협력하여 수

소연료전지 프로그램 매체 행사를 개최한 오하이오 그레브랜드에서 1월 23일에

선을 보였다. 에어 프로덕트 회사는 수소 연료 주유소 분배 단위, 수소 압축 및

저장 기술들을 제공하며 이들은 나사 계약자인 Sierra Lobo, Inc와 함께 작업하여

동부 클리블랜드에 있는 RTA의 Hayden Garage에 설치하게 된다.

이 지역에서 에어 프로덕트의 기술은 현지에서 전기분해 유닛에서 물을 수소와

산소로 분리하여 생산된 수소를 압축하고 저장하며 제공하게 될 것이다. 이 수소

는 RTA 승객들을 위해 매일 6~8시간 동안 60~80마일 사이를 운행하게 될 40피트

크기의 57인승 승객용 버스에서 사용된다. RTA에 있는 새로운 수소 버스는 UTC

Power PureMotion 연료전지 시스템에 의해 가동되며 수소로 달리기 때문에 해로

운 물질을 배출하지 않게 된다. “우리는 전국 및 세계적으로 몇 개의 대형 교통

수소 연료전지 프로젝트에 참여하였으며 클리블랜드 프로젝트에서 중요한 역할을

하게 되어 기쁘게 생각한다. 운송용에 동력을 주기 위해 수소를 주입하는 연료전

지 기술은 입증되었다. 클리블랜드 RTA 승객들은 현재 직접 경험하게 될 것이며

수증기 이외의 다른 물질을 배출하지 않는 버스를 승차하게 될 것”이라고 에어

프로덕트에서 수소 에너지 시스템을 위한 비즈니스 개발 관리자인 Robert Kelly

는 말한다.

“RTA는 오하이오에서 첫 번째 교통시스템이며 자신의 수소 연료를 생산하는

국가에서 몇 개가 안 되는 시스템 중 하나이다. 우리는 연료 효율에서 특이한 프

로젝트를 NASA와 함께 일하게 되어 기쁘게 생각한다”라고 RTA의 최고 책임자

이며 관리자인 Joseph Calabrese는 말한다. 에어프로덕트 회사는 2012년에 미시간

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에서 가장 최근의 대중 교통 프로젝트에 참여하게 되었다. 이 프로젝트는 연료 주

유소와 관련 인프라구조 장비들을 설치하는 것도 포함하게 된다. 에어프로덕트 회

사의 수소 연료 주유소 기술에 대한 상세한 내용은

www.airproducts.com/h2energy에서 볼 수 있다.

보다 깨끗한 연소 운송 연료를 생산하는 것을 돕기 위해 정제 공장에 수소를

제공하는 세계적인 공급업체인 에어프로덕트 회사는 수소 연료 산업에서 많은 경

험을 가지고 있다. 사실 일정한 수소 연료 응용을 위해 몇 가지 부지에서는 연간

75,000 이상의 재충전 속도로 연료를 공급하고 있다. 회사의 연료공급 기술의 사

용은 증가하고 있으며 연간 수소 충전은 500,000을 넘었다. 이 회사는 미국 내에

서 연간 150개, 19개국의 수소 연료 프로젝트에 참여하고 있다. 자동차, 트럭, 버

스, 스쿠터, 포크리프트, 기관차, 비행기, 전화 기지국, 재료 준비 장비 및 심지어

는 잠수함에도 유행을 선도하는 에어프로덕트 기술들에 의해 연료가 주입되고 있

다.

에어프로덕트는 50년 이상의 수소 경험과 수소 분배 기술에서 50개 이상의 많

은 특허 포트폴리오를 가지고 있다. 에어프로덕트는 액체 및 가스 수소와 다양한

압력에서 연료를 주입할 수 있는 다양한 장비 및 프로토콜을 제공한다. 이들 주유

소의 수소는 천연가스 개선, 바이오매스 전환 혹은 태양 및 풍력이 유도한 전기분

해를 포함한 전기분해 방법에 의해 생산되고 파이프라인 혹은 트럭을 통해 현지

에 전달될 수 있다.

수요분야별 연료전지시스템 및 주요 스택부품 세계 시장을 조사

[http:/ /www.group.fuji-keizai.co.jp/press/pdf/130312_13020.pdf, 2013-03-13]

- 연료전지시스템 시장 2025년도 예측: 5조 1,843억 엔(2011년 대비 74.2배) -

일본 후지경제는 2012년 10월부터 2013년 1월에 걸쳐 일본, 아시아, 북미, 유럽

지역에서 연료전지시스템과 주요 스택 부품의 시장을 수요분야별(산업, 업무용,

가정용, 연료전지차, 포크리프트 등의 구동용, 휴대용/백업용, 휴대기기용)로 조사

하였다.

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2011년 연료전지시스템의 세계 시장은 699억 엔이었다. 일본에서의 가정용 연료

전지, 북미에서의 산업/업무용 연료전지, 휴대용/백업용 연료전지가 시장을 견인하

였다. 2012년도 이후 계속적으로 가정용과 산업/업무용이 시장을 견인하고, 2015

년도에는 3,388억 엔이 될 것으로 예측하였다. 2015년도에는 연료전지차의 판매가

개시되어 그 후 시장확대가 진행됨으로써 2025년도 세계 시장은 5조 1,843억 엔이

될 것으로 예측하였다.

차세대 기술로서 주목받고 있는 연료전지는 전력망, 자동차, 가정, 소형이동체,

휴대기기, 소형전원 등 넓은 분야에서 대응할 수 있는 것이 특징이다. 이번에 조

사한 6개 분야 중 연료전지 이외는 모두 연구개발 단계를 거쳐 상용화(휴대기기

용은 2012년부터 상용화)되어 있다. 현재는 시장형성기에 있기 때문에 비용 등의

과제가 있지만, 앞으로 각 분야에서 자립적으로 보급이 추진될 것으로 보인다.

연료전지가 이용되는 수요분야를 산업/업무용, 가정용, 연료전지차, 구동용, 휴

대용/백업용, 휴대기기용 등 6개 분야로 구분하였다. 2011년도에는 산업/업무용이

반 정도를 차지하였으며, 다음으로 가정용이었다. 가정용은 안정적으로 확대되고,

시장구성비의 20~30%를 유지하면서 시장을 확대해 나갈 것으로 예측하였다. 연료

전지차의 상용화와 그 이후의 확대로 시장구성비는 크게 변화하여 2025년도에는

연료전지차가 연료전지시스템 시장의 반 정도 이상을 차지할 것으로 예측하였다.

첫 번째로 산업/업무용을 보면, 연료전지는 시스템 규모의 대소에 관계없이 발

전효율이 높기 때문에 가스엔진 및 가스터빈의 도입에 적합하지 않은 소규모 시

설에 도입될 수 있다. 현재 수kW~2,800kW의 연료전지시스템이 제품화되어 있다.

2011년도 시장은 359억 엔이었다. 각 지역 및 국가에서 환경정책 및 세제, 보조금

등에 크게 영향을 받았으며, 현시점에서는 도입 시의 보조가 큰 북미와 연료전지

에 의한 발전사업을 국책으로서 추진하고 있는 한국에 수요가 집중되고 있다.

지역별로는 북미 시장이 가장 크며, 인산형연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell,

PAFC), 용융탄산염연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고체산화물연

료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 고분자전해질용연료전지(Polymer

Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEFC) 각 형태의 연료전지시스템을 도입하여

출력의 대형화를 추진하고 있다. 유럽에서는 열병합발전(combined heat and

power plant, CHP)이 FIT제도의 대상이 되는 국가가 많아 새로운 시장으로서 기

대되고 있다. 아시아에서는 한국에서 시장이 형성되어 있으며 앞으로 아시아 각국

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에 시장이 확대될 것으로 기대된다.

두 번째로 가정용을 보면, 가정용 연료전지에는 PEFC와 SOFC가 채용되었으

며, 일본에서의 상용화가 가장 앞서가고 있다. 2011년도 시장은 159억 엔이며,

2015년도에 1,000억 엔을 넘어 2025년도에 1조 1,190억 엔으로 예측된다. 그 중 일

본 시장은 2011년도에 154억 엔이 되고 2015년도에는 840억 엔, 2025년도에는

5,520억 엔이 될 것으로 예측된다.

가정용 시장은 일본이 세계를 리드하는 형태로 확대되지만, 앞으로는 유럽에서

도 시장이 형성될 것으로 예상된다. 일본에서 PEFC의 판매는 2009년부터 개시되

었다. 상품 개발은 범용기 개발단계에 이르렀으며, 수요확대를 목표로 저비용화,

소형화 및 부가가치화에 주력하고 있다. 현재는 보조금 교부 등이 이루어지고 있

지만, 저비용화의 진행에 의해 2016년도를 목표로 보조금에 의존하지 않는 자립적

인 보급을 추진하고 있다. 상품화에는 PEFC가 선행하고 있지만, SOFC가 비용저

감의 가능성이 높다고 알려져 있다.

세 번째로 연료전지차를 보면, 현재 연료전지차는 실증실험에서 이용되는 경우

및 법인과 개인 리스차량으로 출하되고 있다. 2011년 시장은 3억 엔이었다. 한국

에서 연료전지차의 한정 양산이 개시되었으며 2015년도에는 일반인을 위한 연료

전지차의 판매개시가 예정되었다. 일본 제조사도 판매 개시를 위한 제품사양의 결

정 및 설비투자 등 구체적인 움직임을 보이고 있어 2015년도 시장은 344억 엔으

로 예측된다.

연료전지차의 보급을 위해서는 새로운 인프라로서 수소스테이션을 건설할 필요

가 있으며, 초기 단계에서는 수소스테이션 수가 적기 때문에 편리성의 악화가 과

제가 된다. 때문에 도입에 적극적인 일본 이외에 수소인프라 정비에 적극적인 유

럽 및 환경대책 자동차에 대한 인센티브가 높은 미국, 스코틀랜드, 덴마크 등에서

의 보급이 이루어질 것으로 예상된다. 2015년에 상용화된 후에는 2020년까지 각사

의 보급차가 개발되고, 2025년도에는 각사가 복수 차종의 전개를 추진할 것으로

보인다. 2025년도 시장은 2조 9,106억 엔으로 예측된다.

네 번째로 구동용(포크리프트, 버스, 스쿠터 등)을 보면, 연료전지 포크리프트의

시장은 2009년부터 북미에서 본격적으로 형성되었으며, 납전지를 이용한 포크리프

트의 대체품으로서 도입되기 시작했다. 유럽은 전동 포크리프트의 최대 시장이지

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만, 연료전지 포크리프트 시장은 거의 형성되지 않았다. 수소 비즈니스의 형성에

적극적인 유럽의 산업가스 제조사는 연료전지 포크리프트에 높은 관심을 보여, 앞

으로 시장확대가 기대된다.

버스의 경우, 주행범위가 정해져 있기 때문에 자동차에 비해 인프라 설치 등에

관한 문제점이 적어 세계적으로 연료전지 버스 실증실험이 이루어지고 있다. 연료

전지 스쿠터에 대해서는 일부 제조사가 관심을 가지고 있지만, 수소 인프라 등의

제약이 있기 때문에 시장형성은 연료전지 자동차의 보급이 시작되어 수소 인프라

의 정비가 추진된 후에 이루어질 것으로 예상된다.

연료전지의 주요 스택부품은 PEFC용 전극재, 전해질, 세퍼레이터, GDL 등 4개

품목, SOFC용 어노드, 캐소드, 전해질, 금속 인터커넥터 등 4개 품목을 대상으로

하였다. PEFC 스택부품은 2011년도에 99억 엔이었다. 가정용 PEFC 시스템의 출

하 확대에 따른 부품시장도 확대되고 있다. 중장기적으로 시장확대를 이끄는 것은

연료전지차용으로 2020년도까지 부품화가 예정된 양산차의 등장과 보급에 의해

시장확대가 이루어질 것으로 예측된다. SOFC 스택부품은 2011년도에 26억 엔이

었다. 현재 셀 스택을 부품화하고 있는 제조사는 한정적이지만, 앞으로 2015년도

까지 참여가 예정된 제조사가 여러 곳 나타나기 때문에 앞으로 시장확대가 기대

된다.

아이들 스톱 시스템 연비 향상률 2배 확대하는 시스템 개발

[http:/ /monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1302/08/news059.html, 2013-02-12]

- 차량 탑재 니켈수소전지로 주행용 모터에도 전력을 공급 -

파나소닉 에너지(Panasonic Energy)사는 2013년 2월 8일 아이들 스톱 시스템

(Idle stop system)의 연비 향상률을 2배로 확대할 수 있는 `12 V 에너지 회생 시

스템`을 개발했다고 발표하였다. 파나소닉 에너지사가 하이브리드카(HEV) 등에

공급하고 있는 차량 탑재 니켈수소전지를 이용하고 있다. 일반적인 아이들 스톱

시스템에 채용되고 있는 납배터리와 병렬로 접속하는 것으로 납배터리의 수명을

6배에 늘릴 수도 있다고 한다. 이미 자동차 메이커 등으로의 제안을 시작하고 있

어 빠르면 2014년에 차량에 탑재될 전망이다.

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12V 에너지 회생 시스템은 고온이 되는 엔진 룸에 설치되는 납배터리와 병렬

접속하는 것을 상정하고 있다. 따라서 차량 탑재 니켈수소전지의 극판, 전기분해

액, 전지 부품 등의 전지 설계를 개량하여 고온 환경에서의 충전 효율과 내구성을

향상시켰다. 이것에 의해서 전지 셀의 충방전 상한 온도가 기존 제품의 60℃에서

75℃으로 향상되었으므로 엔진 룸에 설치될 수 있게 되었다.

시스템에는 단일형(직경 32.2~34.2×높이 59.5~61.5 mm)의 전지 셀이 10개 조립

되어 있다. 전지 셀 1개당 출력전압이 1.2 V이므로 10개 직렬로 접속하는 것으로

납배터리와 같은 12V 출력을 실현할 수 있다. 이로 인해 납배터리의 전압과 정합

시키기 위한 변압기를 추가할 필요가 없다. 총 용량은 6Ah가 되고 있다.

시스템의 외형 치수는 발표되고 있지 않지만, 전지 셀을 세로 2개×가로 5개로

나란히 할 경우에는 세로 67×가로 166×높이 60 mm 정도의 범위 내에 들어간다.

이것에 하우징이나 제어 기판을 추가하여도 납배터리와 비교해서 상당히 작아질

것으로 예상된다. 예를 들면 도요타(Toyota) 자동차의 `비츠(Vitz)`에 탑재되고 있

는 GS 유아사(Yuasa) 제품의 아이들 스톱 차량용 납배터리의 외형 치수는 폭

173×길이 260×높이(단자를 포함) 225 mm이다.

현재 일반적인 아이들 스톱 시스템은 감속 시 브레이크 에너지를 교류발전기

(alternator)로 전력으로 변환하는 회생 기능을 갖추고 있다. 12V 에너지 회생 시

스템은 회생한 전력을 축전하는 용량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 주행을 보조하

는 모터로의 전력 공급도 가능한 설계이다. 파나소닉(Panasonic)은 12V 에너지

회생 시스템과 주행을 보조하는 모터의 탑재에 의해서 아이들 스톱 시스템의 연

비 향상률을 약 2배까지 높일 수 있다고 한다.

아이들 스톱 시스템 탑재 차량의 경우 정차 시 엔진이 정지하고 있는 동안 차

량 탑재 시스템의 전력을 납배터리로부터 공급하게 된다. 이 때문에 납배터리에

걸리는 부하가 커져 그 수명도 짧아진다고 한다.

한편 12V 에너지 회생 시스템의 니켈수소전지는 납배터리보다 전기 저항이 작

다. 납배터리와 병렬 접속하면 12V 에너지 회생 시스템 측에 전류가 우선적으로

흐르기 때문에 납배터리로의 부하를 큰 폭으로 경감할 수 있게 된다. 파나소닉은

납배터리 단독으로 사용하는 경우와 비교하여 12V 에너지 회생 시스템을 병행해

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서 사용했을 경우에는 납배터리의 수명이 6배까지 늘어나는 것을 확인했다고 한

다.

안전하면서도 가벼운 전기 차량 설계

[http:/ /phys.org/news/ , 2013-02-01]

전기 차량이 가벼우면서도 동시에 안전할 수 있을까? Visio. M(Visionary

Mobility, 미래 이동성) 프로젝트의 연구진은 그 해답을 얻기 위해 노력하고 있다.

독일의 유명한 기술 회사들의 과학자들과 공학자들 또한 미래의 전기 이동성 요

구에 걸맞은 미래형 전기 차량을 개발하기 위해 지속적인 연구를 하고 있다. 그들

은 이를 위하여, 안전한 모노코크 차체와 최첨단 탄소 섬유 물질, 그리고 가벼운

엔진과 전송 시스템을 선택했다.

지금까지, 이 문제는 두 개 중 하나의 선택이었다. 다른 말로 안전을 조금 희생

하며 전형적인 초소형, 경량 전기 차량이 생산되고 있다. 그리고 차량이 커지면,

무거운 틀과 크럼플 존(crumple zones, 승용차에서, 사고 발생 시 탑승자를 보호

할 수 있도록 쉽게 접히게 설계된 부분)으로 말미암아 자동차용 전지 사용에 문

제가 있다. 그러나 독일 최고 기술 회사들의 공학자들과 과학자들은 이 둘 모두를

만족하게 할 수 있는 해결책을 찾고 있다. 미래 이동성(Visio.M) 프로젝트의 목표

는 효율적인 전기 차량을 개발하는 것이며, 가능한 가벼운 설계와 함께, 최선의

안전을 제공하는 것이다. Visio.M 연구진은 혁신적인 모노코크 차체 구조를 선택

했다. 일반적으로 경주 차량에 사용되는 모노코크 차대는 경량 소재를 이용하여

전체 무게를 최소화할 뿐만 아니라, 안정성도 유지하게 한다.

연구진은 이 구조를 위해 초경량 소재를 선택했다. 차 안은 탄소 섬유 강화 플

라스틱으로 만들어질 것이다. 이러한 유형의 복합 소재는 이미 항공기 제조나 고

급 스포츠 차량에서 사용되고 있다. 단점은 이것들을 생산하기가 쉽지 않으며, 그

결과 가격이 매우 비싸다는 것이다. 따라서 Visio. M 연구진은 일련의 생산에 적

합한 초소형 차량에 쓰일 탄소 섬유 소재를 연구하고 있다. 연구진은 또한 구동

장치의 무게도 최소화하는 방법을 연구 중이다. 그들이 설계한 전기 차량에는 효

율적이고 작은 비동기 전기 엔진(asynchronous electric engine)이 적용될 것이다.

전송 시스템에는 중공축(hollow shafts)에 매우 가벼운 기어가 장착될 것이다. 이

- 63 -

기어는 기존의 설계보다 약 15% 더 가볍다.

연구진의 혁신적인 경량 설계는 매우 인상적이지만, 운전자와 승객의 안전은 여

전히 Visio. M 프로젝트의 최우선 과제이다. 이들의 튼튼한 탄소 섬유 구조는 초

소형 전기 차량의 안전 문제를 해결하기 위하여, 다양한 능동 및 수동 기능을 포

함하고 있다. 여기에는 사고 시 가능한 부상을 최소화하기 위하여, 특별히 제작된

안전벨트와 다른 혁신적인 설계가 포함되어 있다. 이 프로젝트가 끝날 무렵, 연구

진은 안전에서 최대 수준을 달성할 수 있기를 희망한다. 이 연구의 차량 모형은

이미 일부 초기 차대 시험을 통과했다. 전기 안전성 프로그램인 잠김 방지 브레이

크 장치(anti-lock braking system, ABS)와 토크 벡터링 시스템(torque vectoring

system) 등은 뮌헨 근교에서 그들의 기량을 시험해보고 있다.

앱을 통한 전기자동차 에너지 효율화

[http:/ /www.greentechmedia.com/ , 2013-04-07]

전기자동차 확산의 주요 도전과제는 기존 화석연료 자동차들이 상당히 에너지

효율적으로 진화해가고 있다는 데 있다. 이러한 추세는 앞으로 계속될 것으로 보

인다. 특히 자동차 제조업체 및 신생기업들이 자동차의 데이터를 이용하여 운전자

들이 보다 효율적으로 운전할 수 있도록 투자하고 있기 때문이다.

그러나 미국 에너지부는 10년 내에 전기자동차가 화석연료 자동차 대비 경쟁력

을 갖출 수 있도록 하기 위한 노력을 기울이고 있다. 미국 에너지부는 현재 추진

하고 있는 “EV Everywhere” 프로젝트의 일환으로 최근 전기자동차 애플리케이

션 공모전(Apps for Vehicle Challenges)의 당선 애플리케이션을 발표하였다. 당

선작 중 하나(judge`s prize)는 Dash라는 애플리케이션이다. 이 애플리케이션은

운전자들이 엔진 성능을 최대화하고 탄소배출을 최소화하도록 진단 및 알람 서비

스를 제공함으로써 자동차를 지능형 차로 전환한다. 또 다른 당선작(popular

choice prize)은 MyCarma라는 애플리케이션에 돌아갔는데, 이 애플리케이션은 사

람들이 현재 운전 습관에 기반을 둔 개인화된 연료효율 스티커를 갖게 한다.

상기 애플리케이션 중 Dash는 자동차를 위한 FitBit(운동 및 수면 자동측정기)

같은 것이라고 지칭된다. 1996년 이후에 출시된 자동차들은 모두 자동차의 데이터

를 모으는 포털을 갖고 있다. Dash는 날씨, 교통상황과 같은 다른 데이터와 함께

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그 포털의 데이터와 연결되고 블루투스를 통해 스마트폰에 그 데이터를 다시 연

결시킨다. 일단 수많은 데이터들을 한 곳에 모으면, 그 애플리케이션은

MPG(miles per gallon)를 최대화하고, 엔진성능을 향상시키고, 탄소배출 저감을

위한 조언을 제공한다. Dash는 2013년 전반기에 상용화될 것으로 전망되고 있다.

이 애플리케이션이 수집하고 분석하는 정보는 운전자로 하여금 그들이 어떤 운전

습관을 갖고 있는지 알게 해주고, 나중에 자동차를 구매할 때, 플러그인이 잘 맞

는지, 하이브리드가 나은지, 아니면 플러그인 하이브리드가 적합한지를 알려준다.

백악관은 Energy Datapalooza를 통해 애플리케이션 개발을 장려하고 있다. 그

러나 전기자동차 혁신 또는 그린버튼(Green Button) 이니셔티브를 통한 에너지효

율과 관련하여 얼마나 많은 소비자들이 이러한 애플리케이션을 찾고 사용할지는

명확하지 않다. 대부분의 자동차 제조업체들은 이미 전기자동차를 위한 정교한 텔

레매틱스를 제공하고 있다. 그러나 보다 많은 운전자들이 전기자동차 또는 플러그

인하이브리드를 이용하도록 하기 위해서는 운전 효율을 보여주는 대시보도

(dashboard)가 주요 연결로(gateway)가 되어 구매자들이 전기자동차를 이용해도

좋다는 확신을 갖도록 해야 한다. 물론 이러한 애플리케이션은 전기자동차 확산을

위한 작은 노력들이다. 전기자동차 제조 및 배터리 비용을 낮추는 일 등이 훨씬

시급하고 중요할 것이다.

미국 에너지부는 전기자동차 확산을 위해 정부 차원에서 적극적인 지원을 진행

하고 있다. 지난 2월에는 미국 직장인들이 직장 내 전기자동차 충전소를 보다 잘

이용할 수 있도록 하는 Workplace Charging Challenge에 최근 13개의 대기업들

과 8개의 전기자동차 이해단체가 참여하였다고 발표한 바 있다. 에너지부는 이 이

니셔티브가 직장 내 충전소 가용성을 확대하는 것으로서 플러그인 전기자동차의

편의성을 늘리고 운전자에게 더 많은 선택권을 부여한다고 강조하였다.

Workplace Charging Challenge는 향후 5년 후에 사업장에서 전기자동차를 충전

할 수 있는 기업 수를 현재 대비 10배로 늘리기 위한 협동 프로젝트이다. 이 프로

젝트는 또한 에너지부의 EV Everywhere Grand Challenge를 지원한다. EV

Everywhere Grand Challenge는 2012년 3월 오바마 대통령이 향후 10년 내에 플

러그인 전기자동차를 가솔린 자동차와 같이 이용하기 편리하게 만들겠다고 공언

한 또 다른 프로젝트이다(GTB2013020110).

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연료 효율성과, 안전 및 편안함을 제공해주는 미래의 트럭

[http:/ /www.jeccomposites.com/news/ , 2013-03-25]

산업체에서는 점점 트럭분야에서의 연료 효율성 안전 및 운전자의 편안함을 요

구하고 있으며 따라서 트럭 제조업체들도 트럭의 경량화, 보다 우수한 인체공학,

스타일링 및 지속가능성에 대해 새로운 해결안을 찾고자 노력하고 있다. 대형화물

트럭은 미국 운송부문에서 전체 오일 사용량의 17%를 소모한다. 혁신적인 플라스

틱 사업의 재료기술, 제조기술 및 디자인기술 관련 분야에서 연구개발된 우수한

결과들은 중량 트럭 산업체들이 보다 가볍고 보다 지속가능한 트럭을 개발하는데

도움을 줄 수 있다.

“대형화물 트럭 산업체에서는 경량 재료들을 사용하면 중요한 지속가능성 혜택

을 가질 수 있다는 것을 인지하고 경량재료를 사용하고자 하고 있다. 사출성형 가

능한 엔지니어링 열가소성재료를 사용하면 연료 경제성, 시스템 경비 절약, 지속

가능성과 관련된 목표를 달성하고 보다 안전하며 또한 운전자들을 위해 훨씬 편

안한 운전석을 만들 수 있다”고 세계 자동차, 혁신 플라스틱 회사의 책임자인

Scott Fallon은 말한다. “SABIC는 최근에 자동차 생산에서 뒤쪽의 고정되어 있거

나 혹은 내릴 수 있는 구조를 가진 유리문에 폴리카보네이트 유리를 처음으로 적

용하였다. 폴리카보네이트는 대형화물 트럭 OEM과 타이어 개발에서 시간과 경비

를 절약할 수 있게 도와주는 자원으로서 산업체 전반에 걸쳐 경량화 재료로 인지

되고 있다”고 Fallon은 말한다.

자동차에 많이 사용되고 있는 열경화성 플라스틱 재료와 유리를 열가소성 플라

스틱 재료로 바꾸면 무게를 줄일 수 있고 지속가능성과 안전성을 향상시킬 수 있

다. 트럭 무게를 10% 줄이면 안전성을 변화시키지 않고 연료 사용을 약 5-10%

줄일 수 있다. 특히, 기존에 사용하던 열경화성 재료를 열가소성 재료로 많이 교

체하는 것에 의해서 경량화를 이룰 수 있다. 열가소성 재료는 열경화성 재료에 비

해 약 30% 더 가볍고 또한 열가소성 재료는 사출 성형도 가능하기 때문에 휘발

성 유기 물질을 반드시 감소시켜야 하는 페인팅과 같은 부가적인 작업을 줄일 수

있게 해준다. 이외에도 열가소성 재료는 재활용이 가능한 반면에 열경화성 재료는

재활용이 불가능하다. 열가소성 재료를 장착하여 디스플레이 중인 무게가 가벼운

볼보 VN 시리즈는 유선형 루프를 장착하여 공기 역학을 향상시키면서 성능과 구

조적인 요구조건은 그대로 유지하게 해준다.

- 66 -

유리를 대체할 수 있다는 점도 무게를 줄이는데 큰 효과를 주게 된다. 자동차

백라이트 프로토타입은 플러즈마 코팅 시스템으로 된 것으로 다중 시스템을 가

진다. 중앙부는 폴리카보네이트 레진으로 만들어져 있으며 자외선 방지층 및 코팅

층이 부가적으로 장착되어 유리와 같이 마모에 대한 저항성을 가지게 해준다. 이

러한 시스템은 유리에 비해 무게가 50% 가볍고 또한 독특한 스타일과 부분 조립

이 가능하게 해주어 디자인을 자유롭게 만들 수 있다. 부가적인 장점으로서 유리

와 비교하여 안전성이 보다 우수하고 또한 열관리 면에서도 우수한 특성을 가진

다.

열가소성 재료로 만들어진 자동차 부품을 적용하면 표면 마감 부문에서의 혁신

과 자유로운 스타일 구현 및 경량화에 대한 장점을 가질 수 있다. 강철과 다른 금

속들은 전통적으로 문 패널, 완충제, 유선재료, 공기 변류기, 범퍼 및 그릴에 많이

사용되었다. 이들 금속을 대체하는 것은 하나의 도전으로 표면 마감에 대한 특성

의 변화 없이 필요한 성능을 제공할 수 있는 적절한 재료를 발견하는 것이 중요

하다. 높은 탄성특성과 유연성을 가진 재료는 금속의 대체재로서 적절하다. 열가

소성 재료를 응용한 자동차로서 두 가지 예를 들면, 내리닫이 문이 통합된

Cadillac CTS와 후문 자동차의 뒷 트렁크 덮개 패널이 통합된 Lincoln MKZ가

있는데, 강철과 같이 페인트 칠이 된 Class A 마감과 같은 우수한 미적 특성을

보이며 무게는 40%까지 줄일 수 있다. 다른 장점으로는 대형 부품을 제조하는 것

이 용이하고 조립할 수 있으며 단단한 차체 간격을 만들 수 있게 낮은 열팽창계

수를 가진다.

대형 화물트럭 운전자 및 이들과 함께 도로를 주행하는 사람들의 안전을 위해

앞면 마감 모듈, 도어 패널 모듈, 위층 아크 문 모듈, 지붕 유선형 지지체, A/B

필러 지지체 및 트림 부분에 요구되는 강도와 충격 특성에 부합되는 복합재료 구

조물을 설치하여 안전성과 경량성을 동시에 확보하게 된다. 또한, 복합재료 구조

지지체를 자유로운 형상으로 디자인할 수 있는 장점은 디자이너들이 생활 공간을

확대하고 보다 우수한 캐빈 인체공학을 적용할 수 있게 해주어 운전자들이 장시

간 운전을 보다 편안하게 할 수 있게 해준다.

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연료의 절반만을 사용하는 고효율 엔진 개발 연구

[http:/ /www.technologyreview.com/news/ , 2013-01-15]

독일의 항공기 제조회사인 Junkers가 1930년대 제작했던 점보엔진(Jumo

Engine)은 기름을 연소하면서 연기를 뿜어내는 장치로 인식되었지만 그 당시 가

장 효율적인 엔진이었다. 캘리포니아 주에 기반을 둔 Achates Power사는 지금의

공해물질 배출 기준을 충족하면서 기존 대비 효율을 개선하기 위해 이 점보 엔진

의 설계를 변경하고 있다. 미 육군은 Achates사가 실시한 소규모 싱글-실린더

(Single-cylinder) 엔진테스트 결과를 기반으로 Achates 및 파트너사인 AVL

Powertrain Engineering에 4.9 백만 달러의 자금을 지원하여 관련 연구를 진행시

킬 예정이다. 미 육군은 멀티-실린더 프로토타입 엔진 개발을 통하여 다양한 분

야에 적용하기를 바라고 있다.

육군은 Achates의 엔진이 항공기용 제트유(Jet Fuel) 및 디젤을 포함한 다양한

연료를 사용할 수 있으면서 일반엔진 대비 더 작고 효율적으로 연료를 활용할 수

있다고 판단하였기 때문에 Achates사를 선정하였다. Achates사는 이 엔진을 일반

승용차에도 적용할 수 있으며, 디젤엔진의 연료효율을 20%까지 개선시킬 수 있다

고 주장하였다.

CEO인 David Johnson은 “기존 디젤엔진이 이미 매우 좋은 효율을 갖고 있기

때문에, 이번 연구와 같은 개선 결과가 더해지면 휘발유를 동력으로 하는 엔진보

다 50% 이상 효율개선을 기대할 수 있다”고 설명하였다. 그리고 이 엔진은 디젤

엔진보다 10% 적은 비용이 소요되기 때문에 디젤과 휘발유 엔진간의 가격 차이

를 좁힐 수 있다고 덧붙였다. 참고로 자동차에 디젤 엔진이 적용되면 휘발유가 적

용된 엔진 대비 약 1,000 달러 이상 가격이 상승한다.

Junkers사의 기본 설계는 특이한 피스톤 배열을 갖고 있다. 일반엔진의 경우,

피스톤은 실린더 내부로 움직이고, 실린더 헤드를 통해 연료 및 공기를 압축한다.

여기서 사용되는 연료 중 막대한 양의 에너지가 실린더를 구동하는 것보다는 가

열에 이용된다. 이에 반해 Junkers사의 설계는 2개의 피스톤을 같은 실린더 내에

위치시켜 실린더 헤드를 따로 두지 않았다. 그 대신 두 개의 피스톤이 사이에 있

는 연료와 공기를 압축한다. 그리고 연료가 연소되면 피스톤은 반대 방향으로 움

직이게 된다.

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Achates사는 공해물질 배출을 개선하면서 연료소비를 절감하기 위해 연소 체임

버의 형태를 바꾸거나 연료주입을 개선하는 등 원래의 설계를 수차례 변경하였다.

그러나 지금까지 연료효율 개선에 대한 주장은 싱글형 실린더 엔진에서 얻어지는

데이터를 기반으로 컴퓨터 시뮬레이션을 이용하여 멀티형 실린더 엔진의 성능을

예측한 것을 기반으로 하고 있다. 또한 이번 디자인은 가속 상태에서 크루징이나

감속과 같은 상태로 변환할 때와 같은 일반적인 운전 조건 하에서의 엔진 테스트

는 실시되지 않았다. 이에 대해 Johnson은 싱글형 실린더와 멀티형 실린더 엔진

사이의 차이가 이미 잘 알려져 있으며, 정확하게 모델링할 수 있다고 주장하였다.

오일 표준 업그레이드를 통해 에너지 절약 및 신 에너지 자동차 발전 추진

[http:/ /www.china5e.com/show.php?contentid=266185, 2013-02-16]

중국 국무원은 지난 2월 6일 국무회의를 개최하고 오일 표준 업그레이드를 추

진하여 오일 품질을 향상시키기로 결정하였으며 ‘중국 오일 품질 업그레이드 로드

맵’을 공식 발표하였다. 이번 결정은 중국의 오일 표준 제정이 자동차 배기 표준

제정에 장기적으로 뒤떨어져 있던 불리한 국면을 전환시키는 동시에 중국의 자동

차 산업 구조 조정을 추진하고 에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업의 신속한

발전을 추진하는 면에서 중대한 역할을 발휘할 수 있게 될 것으로 전망된다.

최근 중국 내 대 범위 지역에서 스모그 날씨가 빈번하게 발생하면서 정부와 과

학기술계 및 산업계는 오일 품질과 자동차 배기 오염에 대해 더욱 큰 관심을 가

지게 되었다. 중국의 오일 품질이 떨어지고 자동차 배기가스가 증가하는 상황은

중국의 대기 오염을 조성하는 중요한 원인 중의 하나가 되고 있다. 지난 2012년

말까지 중국의 자동차 보유량은 이미 2.4억 대에 달한 상황이다. 장기간 중국의

오일 품질 표준 제정은 자동차 배기 표준과 동시기적으로 추진되지 못하였기 때

문에 자동차 배기가스 표준에 선진국 표준을 적용한다 해도 오일 품질이 떨어져

오염 배출을 증가시키는 상황에 처해 있었다.

지난 2월 6일 개최된 국무회의에서는 이미 발표된 제4단계의 차량용 표준(유황

함량이 50ppm을 초월하지 않음)을 기반으로 국가품질검사총국(總局), 국가표준위

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원회에서 제4단계 차량용 디젤 표준(유황 함량이 50ppm을 초월하지 않음)을 제

정, 발표하고 오는 2014년 말까지 새로운 표준을 적용하기로 결정하였으며, 2013

년 6월 말 전에 제5단계 차량용 디젤 표준(유황 함량이 10ppm을 초월하지 않음)

을 제정, 발표하고 오는 2017년 말까지 새로운 표준을 적용하기로 결정하였다.

중국 국무원이 발표한 새로운 오일 표준 제정 및 적용 로드맵에 따르면, 미래

몇 년 내에 중국의 오일 품질 업그레이드는 가속화될 전망이며 특히 가솔린 표준

에 뒤떨어져 있는 디젤 표준을 가솔린 표준과 일치한 수준에 도달할 수 있도록

추진하게 될 것으로 전망된다. 디젤을 사용하는 트럭이 현재는 중국 전체 차량 중

에서 1/4 정도를 차지하고 있지만 배출되는 입자 물질의 비중은 80%에 달하고

있기 때문에 디젤 차량으로 인해 발생되는 배기가스 오염을 반드시 제거해야 하

는 과제에 직면하여 있다.

중국환경과학연구원 웨신(岳欣) 연구원의 설명에 따르면, 중국 오일 표준 제정

은 장기간 자동차 배출 표준 제정에 뒤떨어져 있는 상황이며 오일 표준 업그레이

드가 제때에 이루어지지 못하고 있기 때문에 자동차 배기가스 표준의 업그레이드

에 막대한 영향을 끼치고 있으며 대기 오염 문제 해결에도 중대한 영향을 끼치고

있는 상황이라고 한다.

베이징시(北京市) 정부는 지난 2월 1일부터 시작하여 제5단계 자동차 배기 가스

표준을 실행하기 시작하였으며, 상하이(上海), 주장(珠江) 델타 지역, 장수(江蘇)

등 지역에서는 ‘국가 Ⅳ표준’ 가솔린을 사용하기 시작하였다. 하지만 중국 내 기타

대부분 지역에서는 ‘국가 Ⅲ표준’ 가솔린을 사용하고 있는데 가솔린 유황 함유량

은 150ppm을 넘지 않고 차량용 디젤 유황 함유량은 350ppm을 초과하지 않는 기

준을 적용하고 있다. 중형(重型) 및 경형(輕型) 디젤 차량의 배기가스 표준으로는

‘국가 Ⅲ표준’을 실행하지만 여전히 제1단계 오일 제품을 사용하고 있는 셈이다.

‘국가 Ⅳ표준’ 실행 상황을 보면, 최초 계획은 지난 2011년 1월 1일부터 중국

‘광시(廣西) 디젤 자동차 엔진 제조 회사’에서 생산되는 디젤 엔진은 ‘국가 Ⅳ표준’

을 실행하기로 되었는데 2011년 2월 국가 환경보호부는 “중국의 ‘국가 Ⅳ표준’을

적용하는 차량용 연유(燃油) 표준이 아직 제정되지 않았기 때문에 전국 범위 내에

서 공급하는 관련 차량용 연유에 대해 ‘국가 Ⅳ표준’을 적용하기가 어려워 잠정 2

년 뒤에 ‘국가 Ⅳ표준’을 적용하기로 결정하였다”고 발표하였다.

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2013년 1월 1일, 가솔린 자동차에 대한 ‘국가 Ⅴ표준’이 강제적으로 실행됨에 따

라 가솔린 및 디젤 승용차와 관련된 ‘경형(輕型) 자동차 오염물질 배출 한계 수치

및 측정 방법(중국 제5단계)’이 2월 18일부터 수정 단계에 들어갔으며 2013년 내

에 공식 실행단계에 들어가게 될 전망이다. 하지만 ‘국가 Ⅴ표준’에 따른 오일 표

준 제정 및 실행 시간은 아직 확정되지 않은 상황이다.

‘국가 Ⅴ표준’에 따른 배기가스 요구에 도달하기 위해 중국 내 자동차 산업계는

기존의 동력 시스템, 배출 시스템에 대한 기술 업그레이드를 추진하고 있다. 2L

배기량의 경형 자동차를 보면, ‘국가 Ⅳ표준’에 도달한 경형 자동차를 ‘국가 Ⅴ표

준’에 도달시키려면 가솔린을 사용하는 차량은 약 2,000위안(약 323달러)에 달하는

원가를 증가시키게 되며, 디젤 차량은 약 5,000위안(약 807달러)에서 7,000위안(약

1,129달러)에 달하는 원가를 증가시키게 되며 전체 자동차 산업은 해마다 약 300

억 위안(약 48억 달러)에서 400억 위안(약 65억 달러)에 달하는 원가를 증가시키

게 될 것으로 전망된다.

베이징시 정부가 지난 2월 1일부터 중국 내 최초로 ‘제5단계 자동차 배출 표준’

을 실행함에 따라 베이징에서 새롭게 증가되는 경형 가솔린 차량은 모두 ‘베이징

지방 표준(징(京) Ⅴ표준)’을 실행하고 있으며 동 ‘표준’에 도달하지 못하는 경형

가솔린 차량은 환경보호 리스트에 포함되지 않고 3월 1일부터 베이징에서 차량을

판매하지 못하고 차량을 등록하지 못한다. 현재 중국 내 주요 합자(合資) 기업들

이 생산하는 차량은 ‘징(京) Ⅴ표준’에 도달하며 베이징 시장에 판매되는 주요 로

컬 브랜드(룽워이(榮威), 비야디(比亞迪), 화천(華晨)중화(中華) 등) 차량들도 모두

업그레이드를 통해 ‘징(京) Ⅴ표준’에 도달한 상황이다.

중국 내 관련 전문가들의 설명에 따르면, 관련 오일 제품 국가 표준 제정 및 실

행이 동시에 추진될 경우 중국의 자동차 배기가스 배출 오염은 대폭 감소될 것이

라고 한다. 현재 베이징의 자동차 보유량은 이미 520만 대를 돌파하였으며, 오는

2015년에는 600만대 규모에 도달하게 될 것으로 전망된다. 중국 내 관련 부처의

분석 결과에 따르면, ‘징(京) Ⅴ표준’이 실행된 후 경형 가솔린 차량, 중형 디젤 차

량의 단일 차량 질산화 물질 배출량은 43% 정도 감소될 것이라고 한다.

중국 정부가 더욱 높은 오일 제품 표준과 배출 표준을 제정, 실행함에 따라 중

국의 전체 자동차 산업 체인은 최적화를 실현하게 될 것이며 자동차 산업의 구조

조정을 추진하고, 특히 에너지 절약형 자동차와 신 에너지 자동차 산업 발전을 대

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폭 추진하게 될 것으로 전망된다. 중국에서 신 에너지 자동차는 현재 초급 단계에

있고 시장 규모도 작은 상황이다. 오일 제품 표준 및 배출 표준 업그레이드는 중

국의 신 에너지 자동차 산업 발전을 위해 양호한 정책 환경을 제공해 주게 될 전

망이다. 오는 2014~2015년 기간 중국은 신 에너지 자동차의 소형 ‘폭발 단계’를 맞

이하게 될 전망으로서 시장 규모는 50만 대에 달하여 중국 신 에너지 자동차 발

전의 새로운 시작점이 나타나게 될 것으로 예측된다.

동시에 자동차 배기가스 배출 감소와 환경보호 차원에서 출발하여 오일 제품과

배출 표준 업그레이드는 지방정부로 하여금 에너지 절약 및 신 에너지 자동차 사

용량을 대폭 증가시키도록 추진하고 연유 자동차 보유량의 증가 속도를 대폭 낮

출 것으로 전망된다. 국무원의 ‘에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업 발전 계획’

에서 확정한 목표를 보면, 오는 2015년에 이르러 당해 생산한 승용차 평균 연료

소모량은 6.9L/km 이하로 감소될 것이며, 에너지 절약형 승용차 연료 소모량은

5.9L/km 이하로 감소될 것이며, 오는 2020년에 이르러 당해 생산한 승용차 평균

연료 소모량은 5.0L/km로 감소될 것이며, 탄소 배출량은 120g 이하로 감소될 전

망이다.

오일 제품 업그레이드와 오일 가격 상승에 따라 전통 연유 자동차 사용 원가가

대폭 향상될 전망이다. 이런 상황에서 신 에너지 자동차의 우세가 더욱 뚜렷해질

것이며 중앙 및 지방 정부가 신 에너지 자동차에 대한 지원이 한층 더 강화될 전

망이다. 이런 상황은 중국의 신 에너지 자동차 산업의 신속한 발전을 위해 중요한

기회를 제공해 주게 될 것으로 전망된다.

‘중국 자동차 산업 협회’가 발표한 관련 자료에 따르면, 지난 2012년도 중국의

신 에너지 자동차 생산량은 12,552대에 달하였는데 그 중 순수 전기자동차가

11,241대, 플러그인 하이브리드 자동차가 1,311대에 달하는 것으로 나타났다. 지난

2012년도 중국의 신 에너지 자동차 판매량은 1,2791대에 달하였는데 그 중 순수

전기자동차가 11,375대, 플러그인 하이브리드 자동차가 1,416대에 달하는 것으로

나타났다. 비교 가능한 구경(口徑)으로 비교해 보면, 지난 2012년도 중국의 순수

전기자동차 생산량과 판매량은 전년 대비 각각 98.8%와 103.9% 증가한 것으로

나타났다.

- 72 -

일본, 차량 탑재 니켈수소전지의 새로운 시장

[http:/ /monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1302/18/news018.html, 2013-02-20]

- 파나소닉(Panasonic)이 관련되는 차량 탑재 니켈수소전지의 2대 메이커 / 아

이들 스톱 시스템 탑재차량 시장은 2020년에 4800만 대로 / 니켈수소전지가 최적

인 이유 / 고온 대응으로 수명도 연장 / 가격은 5만 엔(약 70만 원) 이하로 -

하이브리드카(HV) 등에 탑

재되는 차량 탑재 니켈수소전

지로 세계를 리드하는 파나소

닉은 차량 탑재 니켈수소전지

의 새로운 용도를 개척할 수

있도록 급격하게 시장이 확대

되고 있는 아이들 스톱 시스템

을 타깃으로 한 제품을 개발하

였다.

새로운 환경 대응차량으로서

전기 자동차(EV)나 플러그인

하이브리드카(PHV)의 양산이

시작됨으로써 차량 탑재용 2차

전지라고 하면 리튬 이온 배터

리가 주목을 받고 있다. 이전부

터 내연기관 차량에 탑재되고

있는 납배터리나 현재 대부분

의 하이브리드카(HV)에 탑재

되고 있는 니켈수소전지가 화

제에 오르는 경우는 적다.

차량 탑재 니켈수소전지에

대해서는 HV에서의 리튬 이온

배터리 탑재가 적용되고 있는(예를 들면 도요타(Toyota) 자동차의 `Prius α`의 7

인승 모델, 닛산(Nissan) 자동차의 `Fuga Hybrid`, 혼다의 `CR-Z` 등) 경우도 있

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어 향후 시장이 축소될 것이라고 예상하기도 있다.

리튬 이온 배터리 메이커가 대기업으로부터 벤처까지 세계에 다수 난립하고 있

는 점과는 달리 니켈수소전지를 다루는 기업은 적다. 특히 차량 탑재 니켈수소전

지의 경우, 도요타 자동차의 자회사인 Primearth EV Energy와 파나소닉

(Panasonic) 그룹 에너지사 2사가 리드하는 시장이 되어 있다.

Primearth EV Energy는

1996년 설립 시 파나소닉이

40% 출자했던 적도 있어 파

나소닉 EV 에너지라는 회사

명이었지만 파나소닉이 산요

(Sanyo) 전기의 매수를 함으

로써 독점 금지법에 저촉하지

않게 출자 비율을 19.5%까지

내렸기 때문에 현재의 회사명

이 되었다. `Prius`나 `Auqua`

를 비롯하여 도요타 자동차의

HV에 탑재되고 있는 니켈수

소전지를 공급하고 있다. HV

의 최대기업이 도요타 자동차

이므로 차량 탑재 니켈수소전

지의 톱 기업도 Primearth

EV Energy인 것은 당연한 일

이다.

한편 파나소닉 그룹 에너지

사는 파나소닉이 매수한 산요

전기의 차량 탑재 니켈수소전지를 취급하고 있다. 산요 전기의 차량 탑재 니켈수

소전지는 혼다(Honda)의 `Insight`나 `Fit Hybrid`, Volkswagen나 Ford Motor의

HV에 채용되고 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 차량 탑재 니켈수소전지 시장

에서 제1위가 Primearth EV Energy인 것에는 변화는 없다. 현재 상태로서는 차

량 탑재 리튬 이온 배터리의 HV 채용의 확대를 고려하면 안전하다고는 할 수 없

는 상황이다.

- 74 -

파나소닉 그룹 에너지사가 차량 탑재 니켈수소전지 사업을 성장시키기 위해서

는 HV 이외의 새로운 용도를 찾아낼 필요가 있다. 이러한 새로운 용도는 2013년

2월 8일 발표한 아이들 스톱 시스템 전용의 `12 V 에너지 회생 시스템`이다.

12V 에너지 회생 시스템의 개발을 담당한 파나소닉 에너지사 차량 탑재 전지

비즈니스 유닛으로 알칼리 전지 기술 그룹 매니저는 “2012년 시점에서 세계의 자

동차 시장 약 8,000만 대 가운데 아이들 스톱 시스템 탑재차량은 약 1,100만 대였

다. 2020년에는 세계 자동차 시장은 약 1억 1,000만 대까지 성장하지만 아이들 스

톱 시스템 탑재차량은 40% 이상이 되는 약 4,800만 대를 차지하는 등 급속하게

확대될 것으로 예상된다. 12V 에너지 회생 시스템의 투입에 의해서 아이들 스톱

시스템 탑재차량 시장의 확대에 공헌하고 싶다”고 언급하였다.

12V 에너지 회생 시스템은 엔진 룸 내에 설치되는 납배터리와 병렬 접속하는

것을 상정하여70℃라는 고온 하에서도 충분한 효율로 충방전을 실시할 수 있는

니켈수소전지를 채용하고 있다. 이것에 의해 납배터리만으로는 축전할 수 없었던

브레이크의 감속 에너지 회생에 의해서 얻은 전력을 니켈수소전지에 전부 축전할

수 있게 되었다. 그리고 아이들 스톱 시스템 탑재차량에서 자주 반복되는 충방전

을 니켈수소전지로 맡는 것으로 기존에는 2~3년 정도 밖에 유지할 수 없던 아이

들 스톱 시스템용 납배터리의 수명을 큰 폭으로 연장할 수도 있다.

실제로 12V 에너지 회생 시스템에 앞서 납배터리와 다른 축전 디바이스를 병용

하는 아이들 스톱 시스템이 이미 대량 생산차량에 탑재되고 있다. 하나는 스즈키

(Suzuki)가 2012년 9월 발매한 `Wagon R`에 탑재되고 있는 `ENE-CHARGE`이

다. 도시바(Toshiba)의 리튬 이온 배터리 `SCiB`를 병용하여 감속 에너지를 회생

시켜 얻은 전력의 충전을 효율적으로 실시할 수 있도록 했던 점이 특징이다.

ENE-CHARGE 등의 탑재에 의해 Wagon R은 28.8 km/l라는 양호한 연비를 달

성하고 있다.

또 다른 하나는 마즈다(Mazda)가 2012년 11월 발매한 `Atenza`에 탑재되고 있

는 `i-ELOOP`이다. i-ELOOP는 충방전 속도에서 뛰어난 전기 이중층 캐퍼시터를

이용하고 있다. 감속 시 7~10초 충전하면 전기 이중층 캐퍼시터가 완전 충전되어

그 전력을 사용하여 전장품을 60~80초의 사이 동작시킬 수 있다고 한다. 그러면

이미 대량 생산차량에 채용되고 있는 리튬 이온 배터리나 전기 이중층 캐퍼시터

- 75 -

와 비교해서 현 시점에서는 양산 채용되고 있지 않은 니켈수소전지를 이용한 12

V 에너지 회생 시스템의 우위성이란 무엇인가?

파나소닉 에너지사 매니저가 지적하는 것이 납배터리와의 폭넓은 SOC(State of

Charge : 충전 상태) 범위에서의 전압 적합성이다. 12V 에너지 회생 시스템은 출

력전압이 1.2 V의 니켈수소전지를 10개 직렬로 접속하여 납배터리와 같은 12 V

의 출력전압을 실현하고 있다. 이것은 출력전압이 2.4 V의 SCiB의 전지 셀을 5개

직렬로 접속하고 있는 ENE-CHARGE와 방식은 동일하다. 그러나 “실제로 출력전

압을 12V로 할 뿐만 아니라 충전 시와 방전 시 모두 폭넓은 SOC 범위에서 납배

터리와 같은 전압 커브를 가지고 있는 점, 즉 전압 적합성이 높은 것이 납배터리

와 병용하는데 있어서 가장 적합한 축전 디바이스의 조건이 된다. 실제로 전압 커

브를 계측하였는데 니켈수소전지가 최적이라는 결과를 얻을 수 있었다”(파나소닉

에너지사 매니저)고 한다.

한편 i-ELOOP는 전기 이중층 캐퍼시터를 10개 직렬로 접속하고 있지만 출력

전압은 12V가 되지 않는다. 이 때문에 12 V 출력에 전압을 변환하기 위한

DC-DC컨버터도 탑재하고 있다. 파나소닉 에너지사 매니저는 “이 DC-DC 컨버터

는 수천~1만 엔 미만이라는 비용이 든다. 니켈수소전지를 이용하는 12 V 에너지

회생 시스템에서는 불필요하다”고 강조한다.

그리고 니켈수소전지, 리튬 이온 배터리, 전기 이중층 캐퍼시터 모두 납배터리

를 대체하는 것은 어려운 것 같다. 저온 시 크랭킹(엔진 스타트)과 엔진을 끈 후

에도 전력을 소비하는 스마트 엔트리 시스템을 비롯한 차량 탑재 기기의 전류에

대응하기 위해서 납배터리는 필수적이라고 한다.

12V 에너지 회생 시스템에서는 70℃이라는 고온 하에서도 충분한 효율로 충방

전을 실시할 수 있도록 개량된 니켈수소전지를 이용하고 있다. 기존의 HV 전용

으로 공급하고 있는 니켈수소전지의 경우 60℃가 상한이었다. 파나소닉 에너지사

매니저는 “고온이 되면 충전 반응보다 물의 전기 분해가 일어나기 쉽다. 그러나

전기분해액에 새롭게 개발한 첨가제를 혼합하는 것으로 70℃에서도 충분한 효율

로 충전 반응이 일어나도록 하였다”고 설명한다.

그리고 이 첨가제에 의해서 기존보다 수명을 늘릴 수 있는 점도 판명되었다. 니

켈수소전지의 열화는 음극의 수소흡장합금의 산화에 의해서 일어난다. 고온 대응

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을 위해서 더한 첨가제는 수소흡장합금의 산화의 원인이 되는 산소를 발생시키는

전기 분해를 억제한다. 이로 인해 충방전을 반복하여도 용량이나 출력이 저하되기

어렵다고 한다. 고온에 강하고 수명도 늘어난 것으로 HV 전용의 니켈수소전지를

12 V 에너지 회생 시스템 전용으로 개발한 것으로 교체하고 싶다는 거래 문의도

들어오고 있다.

파나소닉 에너지사 매니저는 “가격 면에서도 리튬 이온 배터리나 전기 이중층

캐퍼시터보다 우위성이 있다”고 언급하였다. 우선 납배터리의 사용 기간을 큰 폭

으로 늘릴 수 있기 때문에 납배터리의 교환 비용 등 비용을 저감할 수 있다. 아이

들 스톱 시스템용 납배터리의 가격은 2~3만 엔(약 28만∼42만 원)으로, 기존에는

이것을 2~3년마다 교체할 필요가 있었다.

다음으로 HV 전용과 12V 에너지 회생 시스템 전용 모두 단일형의 전지 셀 밖

에 사용하고 있지 않는 것이다. 차량 탑재용 리튬 이온 배터리나 전기 이중층 캐

퍼시터에 대해서는 표준 규격이 없고 그 형상은 전지 메이커나 사용자에 따라서

다르다. 파나소닉은 단일형 전지 셀로 함으로써 양산 효과에 의한 비용 저감을 최

대화시키고 싶다고 한다.

그리고 새롭게 개발한 니켈수소전지는 음극의 수소흡장합금에 사용하고 있던

금속재료를 보다 저가격의 것으로 변경하는 등 원재료 비용도 저감하고 있다. 또

한 전기분해액에 첨가하는 첨가제나 음극의 수소흡장합금의 재료 변경에 의해서

성능 저하 등의 문제는 일어나지 않는다고 한다.

전지 셀 10개를 직렬 접속한 전지 모듈, 센서, 컨트롤러로 구성되는 12 V 에너

지 회생 시스템의 가격은 5만 엔(약 70만 원) 이하로 예상되고 있고 시스템 중량

도 4~5 kg 정도에 머무를 전망이다. 이미 일본 국내 메이커를 중심으로 상담을

진행하고 있어 빠르면 2014년 초 탑재 차량이 발매될 전망이라고 한다.

<참고자료 1> (상) 세계의 자동차 시장에 차지하는 아이들 스톱 시스템 탑재차

량의 비율로 청색으로 나타내 보인 아이들 스톱 시스템 탑재차량의 시장 규모가

급격하게 증가하고 있다. / (하) `12 V 에너지 회생 시스템`의 이용 이미지

<참고자료 2> (상) `ENE-CHARGE`의 동작 이미지 / (하) `i-ELOOP`의 동작

이미지

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재(灰)로부터 생성된 수소 가스

[http:/ /www.nanowerk.com/news2/green/newsid=29687.php, 2013-03-27]

스웨덴의 연구진은 유해성 재를 이용해서 수소 가스를 생산할 수 있는 새로운

방법을 개발했다.

매년 수백만 톤의 유해성 재가 전 세계적으로 생산되고 있고, 쓰레기 매립지에

서 대부분 버려지거나 일부 국가에서는 건설 재료로서 사용된다. 고무가 화력 발

전소에서 태워질 때 이 재는 남게 된다. 룬드 대학(Lund University)의 연구진은

수소 가스를 생산하기 위해서 재를 사용하는 기술을 현재 개발했다. 이 방법은 재

를 재활용할 수 있는 친환경적인 기술이다.

오늘날, 수소 가스는 천연 가스로부터 주로 제조된다. 그러나 바이오-가스, 기

름, 석탄이 원재료로 사용된다. 수소 가스는 산업에서 매우 중요한 원재료이고, 정

제 공장에서 암모니아를 제조하기 위해서 사용된다. 수소 가스는 전기와 열을 생

산하는데 잠재력을 가지고, 차량용 연료로 사용될 수 있다; 수많은 자동차 제조업

체는 수소 연료 자동차에 막대한 투자를 하고 있다. 수소 가스는 저렴하지만 가스

제조를 위한 인프라구조가 부족하기 때문에, 제조 및 처리 비용이 높다. 그러나

이런 비용은 제조 시스템이 수립되면 향후에 감소될 것이다.

이 기술은 다음과 같은 수소 가스의 양을 제조할 수 있을 정도로 상당한 잠재

력을 가지고 있다: 연간 200억 리터의 수소 가스 또는 시간 당 56기가와트

(gigawatt). 전기로 환산했을 때, 이 에너지는 약 11,000 개의 독립 주택에 공급할

수 있는 양에 해당된다. 수소 가스는 매우 가치가 있고, 차량용 연료 등과 같은

매우 중요한 에너지원으로서 사용될 수 있다.

재는 그동안 공기 중으로 배출되었는데, 이번 연구진은 수소 가스의 회수를 통

해서 이것이 자원으로 사용될 수 있다는 것을 증명했다. 쓰레기 소각은 유럽에서

폭넓게 사용되는 방법이다. 스웨덴에서는 매년 1500만 톤의 소각 잔재가 생성된

다.

이 기술의 핵심은 산소가 없는 환경에 재를 놓아두는 것이다. 재는 물을 흡수하

고, 그로 인해서 수소 가스를 형성한다. 가스는 파이프를 통해서 수송되고 탱크

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속에 저장된다. 이것은 모래와 같은 무거운 바닥재(bottom ash)가 사용된다. 연소

될 때, 더 가벼운 플라이 애시(fly ash)가 형성된다. 바닥재는 환경적으로 유해한

금속의 침출로 인한 수소 가스의 폭발 위험을 예방하기 위해서 6개월 정도 현장

에 격리된 채 보관된다. 이 방법은 수소 가스의 위험을 제거할 수 있다. 또한 이

것은 매립지의 팽창 압력을 감소시킬 수 있다.

그동안 포화 상(saturated phase) 현상의 환경적 프로세스에 대한 연구가 거의

수행되지 않았다. 이번 연구진은 포화 상 현상을 이용해서 유용한 수소 가스를 제

조하는데 성공했다.

이런 목적을 달성하기 위해서, 이번 논문은 3개의 부분으로 분리된다: 1) 유전

체와 비침입성 모니터링, 2) 화학적 무산소성 및 수소 제조, 3) 생물학적 미생물

호흡과 재의 품질에 대한 이것의 영향. 이번 연구는 분석을 위해서 가스 크로마토

그래피와 주사 전자 현미경과 같은 방법이 사용되었다. 또한 다항 회귀

(polynomial regression), 계보적 방법(hierarchical clustering), PCA(principal

components analysis) 등과 같은 통계적 기법들이 데이터 분석을 위해서 사용되

었다.

천연 건조된 재의 경우에, 미생물 호흡은 침출되는 중금속의 양을 증가시킴으로

써 재의 품질에 부정적인 영향을 끼쳤다. 금속(Cu, Cr, Mo, Ni, Pb, Zn)의 침출과

총 유기 탄소는 외부 유기 물질의 추가로 인해서 더 늘어날 것이다. 수소 회수 시

스템, 환경적 모니터링에서 마이크로파의 사용, 습식 금속 회수(wet metal

recovery) 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이라고 이번 연구진은 제안했다.

저비용의 자율주행시스템 기술

[http:/ /www.itsinternational.com/ , 2013-02-20]

옥스퍼드대학교의 모바일로보틱스 연구팀은 기존 차량에 장착하여 눈, 비 및 기

타 기상상황에 대응할 수 있는 자율주행시스템을 개발했다. 이번 연구를 수행한

옥스퍼드대학교의 폴 뉴먼(Paul Newman) 교수는 개발한 이 시스템을 닛산 전기

자동차에 장착하였으며, 대학교 내의 도로에서 시험을 실시했다고 말했다. 자율주

행시스템을 장착한 이 차량은 보행자와의 사고를 방지하고 반복적 통근 행위나

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교통정체 등과 같이 운전을 지루하게 하는 요인에 대비하는 기술인 것이다.

뉴먼 교수는 도시에서 일상적으로 사용되기 위해서는 자율주행시스템의 설치비

용이 더욱 낮아져야 한다고 주장하고 있으며, 현재 약 7,700달러의 비용이 소요되

고 있지만 이를 더욱 낮추어 약 155달러 수준으로 개발하고 있다고 했다. 자율주

행시스템을 장착한 자동차는 80km/h 이상의 주행 속도로 시험을 했었다고 한다.

자동주행기술은 이미 여러 운전지원시스템으로 개발되고 있다. 미국의 경우 공

용도로에서 이 기술을 오래 전부터 시험하고 있다. 이런 종류의 차량들은 도심 또

는 고속도로를 주행하고 있지만 이러한 전자동 주행차량은 고가의 기술이 적용되

어 가격이 매우 높아지는 약점을 가지고 있다. 연구진의 목표는 보급형 일반 차량

에 사용할 수 있는 저렴한 자율주행시스템을 개발하는 것이다.

이를 위해서 시스템은 비컨이나 다른 인프라가 필요 없는 독립적인 구조이면서

표준형의 보급 제품으로 개발되었다. 이러한 자율주행시스템에서는 우선 자신의

위치를 정확히 파악하는 것이 중요한데, 이를 위해 기존에 사용하는 수 미터의 위

치정확도를 갖는 GPS 내비게이션 기술은 높은 빌딩이나 수목으로 전파를 방해받

는 도심의 경우에는 유용하지 않은 기술이므로, 수 센티미터의 정확도로 주변을

맵핑하는 3D 레이저 스캐닝 기술과 컴퓨터 처리기술을 활용하고 있다. 자동 운전

시스템은 차량의 전면부와 리어범퍼에 레이저스캐너를 장착하고 있으며, 이 센서

로부터 주변을 탐지한 데이터를 처리한다. 또한 스테레오카메라가 장착되어 입체

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적인 영상을 추출하고 있다.

이번 연구는 과학기술연구회

(Engineering and Physical Sciences

Research Council)로부터 연구비를 지원받

아 옥스퍼드대학교에서 진행되었으며, 이

기술은 자동차에서 데이터를 다운로드받

고, 센터시스템과 3G 또는 4G통신으로 연

결되고 있다. 즉, 자동차가 항상 모든 지역

의 정보를 저장해서 가지고 다닐 필요가

없다는 것을 의미하며, 런던에서 글라스고

우까지 한 번의 홉으로 이동하지 않으므

로, 주행하면서 인터넷으로 해당 지역의

지도를 다운로드할 수 있다. 연구팀은 2년

간 연구로 닛산 전기차에 장착하였으며,

조향장치 및 제동장치 등이 컴퓨터 제어시

스템과 연결되어 있다. 자동차가 자신의

위치를 3차원 지도에 표현하면서 데이터

저장과 처리 성능이 좋아졌고 이미 저렴해

지면서 이용하는 것이 편리해지고 있다.

이러한 맵은 시멘틱 정보(semantic information)라고 하는 이를 테면 위치, 교통신

호, 교통표지, 차선정보, 지형영상 등을 담고 있다.

차량이 주행하는 전방의 도로

상황, 보행자 및 장해물을 인식하

는데, 인식 영역은 약 50미터의

거리를 85도 범위 내에서 초당

13회 스캐닝한다. 이러한 인식기

술로 진행하는 방향에 장해물이

발견되면 자동차는 서행하거나

멈추게 된다. 이러한 기술로 자동

차는 매우 정교하게 주행제어를

할 수 있다고 연구진은 말했다.

도시의 구조는 크게 변화하지 않으며, 그래서 로봇 차량은 익숙한 경로에서만 자

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율 운전하게 될 것이다. 연구진은 모든 경로에 대해 자율 주행하는 것이 아니라는

점을 강조하고 있다. 이 시스템은 양호한 주행 여건에서 작동하고, 자동차가 이러

한 여건에 부합하지 않는다면 자율주행을 하지 않게 된다. 즉, 주행에 대한 의사

결정은 언제나 운전자의 몫이라고 뉴먼 박사는 강조했다.

<그림 1> 자율주행자동차

<그림 2> 보행자 인식

<그림 3> 레이더 센서

전기자동차 비용을 줄이는 알루미늄 재료의 분석

[http:/ /www.greencarcongress.com/2013/01/ fka-20130107.html, 2013-01-10]

최근 연구는 알루미늄 전기 자동차(aluminum electric vehicle)가 알루미늄 원료

의 보다 더 높은 비용에도 불구하고, 강철 전기 자동차(steel electric vehicle)보다

635유로 더 적은 비용이 소요될 수 있다는 것을 확인했다. 유럽 알루미늄 협회

(EAA; European Aluminium Association)와 국제 알루미늄 연구소(IAI;

International Aluminum Institute)를 위하여 독일 fka(Forschungsgesellschaft

Kraftfahrwesen mbH Aachen) 소속의 연구진이 수행한 이 연구는 알루미늄으로

자동차를 구축하는데 추가되는 비용은 동일한 거리를 주행하는데 더 가벼운 자동

차가 더 적은 용량의 배터리를 필요로 하기 때문에, 배터리팩을 구축하는 데 소요

되는 비용 절감을 상쇄하는 수준을 넘어선다는 것을 확인했다.

이 연구에서 기본적인 연구 대상은 강철 유니바디(steel unibody)와 내부 연소

기관을 구비한 C-세그먼트 충돌 표준 자동차(C-segment crash reference vehicle,

폭스바겐 골프)였다. 이 자동차의 무게와 내충격성(crashworthiness) 특성은 프로

젝트 내 충돌 표준(crash reference)으로 네 가지 유로앤캡(Euro NCAP, 유럽의

신차 충돌 테스트)과 FMVSS 301 법규(북미 신 후방 추돌 법규)의 고속 부하량

사례(high-speed load cases)에서 분석됐다. 충족 요건 중 하나는 스틸 기반 또는

알루미늄 기반의 전기 자동차가 최소한 충돌 표준 자동차만큼 안전하다는 것이다.

fka 연구팀은 먼저 상용 자동차를 배터리 팩을 보호하고 유지하기 위한 구조를

채용하도록 만든 최소의 변화를 적용하여 원래의 강철 유니바디 구조로 보호된

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전기 자동차로 전환했다.

다음 단계는 전기 자동차를 알루미늄 공간 프레임을 갖춘 전기 자동차로 전환

하는 것이다. 자동차의 외부 표면의 형태는 강철 자동차의 외부 표면과 동일하게

유지했다.

충돌 기준을 유지하는 한편, fka 연구팀은 전체 차체 구조의 무게를 전기 자동

차 표준 강철 유니바디에 상응하는 162 kg까지 줄일 수 있다는 것을 확인했다.

두 번째 효과로, 배터리 시스템 용량을 3.3kWh까지 축소할 수 있는 한편, 의도된

200 km의 주행 거리를 유지했다. 또 이것은 2015년에 이용할 수 있을 것으로 예

측된 배터리 기술을 감안했을 때, 25kg의 부가적인 무게 삭감으로 이어질 수 있

음을 의미한다. 이렇게 제작된 알루미늄 자동차의 전체 무게는 187kg으로 강철

전기 자동차보다 더 가볍다.

이후 연구팀은 알루미늄 경량이 자동차 한 대당 1,015유로의 비용으로 연간

100,000대의 자동차 규모로 생산될 수 있다고 추산했다. 에너지 특정적인 해인

2015년 배터리 시스템의 비용은 500유로/kWh로 추정되며, 전체 배터리 시스템 비

용에서의 감축은 1,650유로에 이를 것이다.

만약 우리가 배터리 시스템 비용에서 감축에 따른 경량 디자인의 부가적인 비

용을 비교한다면, 더 적은 배터리 비용으로 얻을 수 있는 이익은 경량 알루미늄

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자동차를 구축하는데 소요되는 비용보다 더 커질 수 있다는 결론을 얻을 수 있다

고 연구진은 밝혔다. 보고서에서 추정된 가정에 따라 알루미늄 전기 자동차의 전

체 비용은 강철 전기 자동차에 대한 비용보다 635유로 더 낮아진다. 이러한 결과

는 알루미늄 집약적인 전기 자동차에 대한 경량 및 배터리 비용의 트레이드오프

조사에 따른 것이다.

전체 강철로 이루어진 전기 자동차와 전체 알루미늄으로 이루어진 전기 자동차

의 전과정 평가(life cycle analyses)는 알루미늄 전기 자동차가 ① 제조, ②

150,000km의 주행거리 및 ③ 재활용 등을 포함한 완전한 요람에서 무덤까지 전

생애를 통틀어 1.5톤 더 적은 온실가스(greenhouse gases)를 배출한다는 사실을

확인했다. ISO 14044 표준에서 권고한 EOL(end of life recycling) 이득을 포함한

알루미늄 전기 자동차 제조의 탄소 배출(carbon footprint)은 강철 전기 자동차의

탄소 배출보다 더 낮았다. 게다가 알루미늄 전기 자동차는 사용 단계 동안 더 적

은 에너지를 소비한다. 따라서 연구진은 자동차 수명 동안 주행 거리에도 불구하

고, 알루미늄 자동차가 온실가스 배출(GHG emission)과 에너지 사용(energy use)

측면에서 보다 덜 집약적이라고 결론지었다.

재활용을 제외한 알루미늄 전기 자동차 탄소 배출의 손익 평형(break-even) 지

점은 강철 자동차가 47,000km 주행 거리에서 확인할 수 있는 탄소 배출 손익 평

형 지점보다 더 낮은 것으로 나타났다.

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<그림 1> 연구 과제 디자인 단계

<그림 2> 알루미늄 디자인을 이용한 다양한 제조 방법(파란색: 시트, 녹색: 압

출 성형, 빨간색: 주물)

전기 자동차용 황 리튬 전지

[http:/ /phys.org/news/ , 2013-04-04]

독일 자동차 시장에서 전기 차량은 여전히 어려움을 겪고 있다. 그것들은 너무

비쌀 뿐만 아니라, 그 다양성 또한 부족하다. 이러한 상황에 돌파구를 마련할 효

율적이고도 저렴한 황 리튬 전지가 연구진에 의해 개발 중이다. 현재 약 40만 대

의 차량이 독일의 도로를 달리고 있다. 그들 중 일부인 약 6천 400대만이 전기 에

너지에 의해 구동되고 있다고 독일 연방 운송 교통부가 밝혔다. 비교적 주행 거리

가 짧은 전기 차량으로 말미암아 운전자들은 단지 100킬로미터를 달리고 나서 충

전 장소를 찾아야 하며, 그 가격도 몇 천 유로에 육박하기 때문에 만만치 않다.

이러한 상황을 해결하기 위하여, 연구진은 좀 더 효율적인 기술을 개발하기 위

해 노력하고 있다. 이를 위한 매우 유망한 연구가 황 리튬 전지이다. 이것은 기존

전지인 리튬 이온 전지에 비해 훨씬 더 강력하며, 저렴하다. 그것의 짧은 수명이

이제까지는 자동차에 사용하기에는 적합하지 않다고 알려져 왔지만, 이러한 문제

는 가까운 시일 내에 변할 듯싶다.

드레스덴에 있는 프라운호퍼 재료 빔 기술 연구소(Fraunhofer Institute for

Material and Beam Technology IWS)의 과학자들은 황 리튬 전지의 충전 주기를

7배로 향상시킬 수 있는 새로운 설계를 개발했다. “이전 실험에서, 이 황 리튬 전

지는 200주기를 겨우 넘었다. 우리는 양극과 음극 소재를 특별히 조합하는 방식으

로, 황 리튬 전지의 수명을 1,400주기로 확장할 수 있었다”고 IWS 화학적 표면

기술 연구소의 Holger Althues 박사가 말했다. 그는 이 연구 성과에 매우 기뻐하

고 있다. 연구진이 만들어낸 양극은 일반적인 금속 리튬 대신에 실리콘 탄소 화합

물을 사용하였다. 이 화합물은 상당히 안정적이며, 금속 리튬보다 충전 과정에서

덜 변화한다. 양극의 구조가 변할수록, 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하

는 액체 전해질과 더 많은 상호 작용을 하게 된다. 이 과정은 액체가 기체나 고체

로 변하게 하여, 전지를 건조하게 한다. “극단적이면 양극은 음극에 미치도록 성

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장하여, 합선을 일으키거나 전지의 작동을 멈추게 한다”고 Althues가 설명했다.

양극과 음극 간의 상호 작용은 전지의 수명이나 성능을 결정하는 중요한 요소

이다. 황 리튬 전지에서, 음극은 원소 황으로 구성되어 있다. 여기에서의 장점은

리튬 이온 전지에서 주로 사용되는 음극 소재인 코발트와는 달리, 황은 거의 무제

한적인 수량으로 있으며, 그 가격 또한 매우 저렴하다는 것이다. 그러나 문제는

황 또한 액체 전해질과 상호 작용하기 때문에, 전지의 성능을 손상시킬 수 있고,

최악에는 그 능력을 완전히 잃게 할 수 있다. IWS 연구진은 이러한 과정을 늦추

기 위하여 다공성 탄소를 사용하였다. “우리는 그 구멍들을 정확하게 수정하여,

황이 전해질과 결합하는 속도를 늦추고, 그곳에 안정적으로 안착할 수 있도록 하

였다”고 그는 말했다. 그와 그의 동료는 이러한 특별한 음극을 제조할 수 있는 도

구를 개발했다.

IWS 연구진은 킬로그램 당 와트시(Wh/kg)로 전지의 용량을 측정했다. 장기간

에 걸쳐, 그들은 황 리튬 전지가 600Wh/kg에 이르는 에너지 밀도에 도달하기를

기대한다. 비교를 위해, 현재 사용되고 있는 리튬 이온 전지의 최대 에너지 밀도

는 250Wh/kg이다. “중기적으로 본다면, 약 500Wh/kg 수치가 현실적일 수 있다.

실용적인 측면에서, 이 의미는 같은 전지 무게로 약 두 배의 거리를 주행할 수 있

다는 뜻”이라고 Althues가 말했다. 이는 상당히 가벼운 전지 또한 가능하다는 것

을 의미하며, 이는 자동차 제조업자들뿐만 아니라 스마트폰 제조업체들에도 매우

흥미로운 일이 아닐 수 없다. 가벼운 전지를 사용한다면, 결국에는 스마트폰의 전

체 무게가 훨씬 더 가벼워질 것이다. “황 리튬 기술은 비록 그러한 과정이 아주

긴 여정이 될 것이긴 하지만, 전기 비행기에 대한 현실적인 가능성을 제시했다”고

그는 말했다. 연구진은 이 물질을 최적화하는 데 노력하고 있으며, 그것을 좀 더

큰 전지 모델에 사용하고 있다. 그들은 또한 이에 적합한 제조 장비에 관심을 쏟

고 있다. 더욱더 중요한 이유는, 이 기술을 대량 판매하는 방법만이 독일의 도로

에서 전기 자동차의 수를 증가시키는 유일한 방법이기 때문이다.

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전기 자동차의 리튬 이온 배터리 수명에 관한 이해

[http:/ /portal.acs.org/portal/acs/ , 2013-04-14]

현재 혼합형(하이브리드) 자동차를 소유하고 있는 수백만의 사람들과 미래의 잠

정적인 사용자/소유주들이 모두 궁금해하는 배터리가 얼마나 오래가는지와 그 배

터리의 수명을 최대로 사용할 수 있는 발표하였다.

Cugnet 박사가 발표한 바로는 "배터리

(battery)는 많은 요인에 따라 5~20 년

정도의 기간 동안 사용될 수 있고, 새 차

를 기준으로 평균 약 8 년 정도의 수명

을 가진다고 생각할 수 있습니다. 이 배

터리의 수명은 배터리의 온도, 충전 상태

와 충전 프로토콜(protocol)에 따라 주로

결정됩니다. 배터리의 효율은 화씨 86도

이상이 되면 문제가 생기기 시작하고, 온

도가 높아질수록 그 수명은 짧아지게 됩

니다. 따라서 중동 지방과 같은 고온 지

역에서는 배터리의 수명은 극히 짧아지게 됩니다." 또한, 그는 전기 자동차를 소

유한 분들은 얼마만큼의 배터리가 충전되었는지에 주의를 기울일 필요가 있다고

합니다. 왜냐하면, 완전히 충전된 배터리는 화씨 86 도 이상의 온도에서 그 전력

이 손실되기 더 쉽기 때문입니다.

이러한 리튬 이온(Lithium Ion) 전기 자동차

배터리의 한계를 조사하기 위해, Cugnet 박사

연구팀은 일반적인 전기 자동차 배터리에 노출

될 수 있는 환경을 만들고, 시뮬레이션

(simulation)을 이용하여 충전과 방전의 수명이

얼마나 되는지 조사하였는데, 기준은 전체 전력

의 20 %를 소모하였을 시를 유용한 수명으로

간주하였습니다.

배터리의 수명은 전기 자동차의 제작사나 소

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유주 모두에게 최대 관심이 되는 사항입니다. 리튬 이온 배터리의 단가가 고가를

유지하는 한, 전기 자동차의 가격은 휘발유나 디젤 차량보다 비싸지기 때문입니

다. 사용자들은 그들이 투자한 가격이 값어치 있는 것이길 원하고, 제작사들은 전

기 자동차가 경제적인 것을 소비자들에게 시연하길 원하기 때문일 것입니다.

배터리의 수명 외에도 휘발유나 디젤 연료의 가격을 또 다른 변수가 될 수 있

지만, 전기 자동차의 제작사들은 전기 자동차의 배터리 수명이 다한 뒤에도 차를

위해서는 쓸 수 없지만, 컴퓨터나 의료 장비를 위한 백업 시스템 등에 응용 가능

성을 모색하고 있습니다. 물론, 수명이 다한 배터리 부품을 새로운 배터리로 재활

용하는 방안도 모색할 수 있을 것입니다.

전기기관차용 배터리의 수명 연장을 위한 연구

[http:/ /www.sciencedaily.com/ , 2013-01-06]

노퍽 서던 레일웨이(Norfolk Southern Railway) 999호는 미국 내 순수 전기 배

터리로 구동하는 최초의 기관차이다. 그러나 동력을 공급하는 수천 개의 납축전지

중 하나만이라도 수명을 다하면 기관차는 정지된다. 이러한 문제를 해결하기 위해

펜실베이니아 주립 대학(Penn State)의 연구팀들은 배터리 수명을 연장하는 비용

-효율적인 방안을 개발 중에 있다.

실험 중에 있는 기관차용 배터리는 일반 자동차용 배터리와 같이 수명을 다할

때까지 충전이 가능하다. 납축전지 사용 시 손상을 주거나 수명을 짧게 하는 원인

은 바로 황산화(sulfation) 때문이다. 이는 충전과 방전의 반복을 통해 황산납이

누적되어 배터리의 성능 저하를 가져오게 되는 것이다. 이에 연구팀은 일반 배터

리 관리 방안을 개선하는 방안을 모색하였다. 이러한 방법은 비파괴적이면서, 간

단하고 경제적이어야 한다. 연구팀은 이를 위해 황산화를 확인하고, 이를 줄일 수

있는 센서, 전자장치 및 지원 하드웨어 등을 활용하였다.

기계공학과 교수인 Christopher Rahn은 “연구팀은 황산화의 역반응을 이루어

배터리를 재활용하기를 바라고 있다”고 밝혔다. Rahn 교수와 동료인 Ying Shi,

Christopher Ferone는 기관차에서 사용되는 동일한 방식으로 3개월간 납축전지를

순환하여 사용하였다. 연구팀은 노화 메커니즘을 밝혀내기 위해 전기임피던스 분

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석법(Electroimpedance Spectroscopy) 모델이라 불리는 공정을 이용하였으며, 배

터리를 완전 충방전하였다. 이를 통해 연구팀은 6개의 배터리 셀 중 한 개에서 황

산화 반응이 진행되었음을 밝혀내었다. 그리고 이를 이용하여 배터리를 충전하면

서 황산화는 줄일 수 있는 충전 알고리즘을 설계하였다. 여기에는 다른 형태의 성

능저하가 발생하기 전에 충전을 멈추는 기능이 포함되어 있다. 실험결과를 통해

새로운 알고리즘이 성공적으로 셀을 회생시킬 수 있었으며, 전체 용량을 증가시키

는 것으로 나타났다. 연구팀은 이번 연구결과를 Journal of Power Sources에 발

표하였다.

Rahn교수는 “연구팀은 배터리를 탈황화(Desulfated)하였으며, 용량을 다시 회복

시킬 수 있었다. 비록 회복된 용량이 신규 배터리만큼 되지는 않지만 큰 효과는

있다”고 설명하였다. 연구팀은 셀 용량을 41%까지 회복시킬 수 있었으며, 전체

배터리 용량 회복은 30%까지 가능하다고 덧붙였다. 만약 황산화가 유일한 노화

메커니즘이라고 한다면 이보다 개선폭은 더 높아질 수 있지만, 용량을 줄이는 다

른 원인들도 발견되었다. Rahn 교수는”우리가 확인한 다른 노화 원인은 수분 손

실이다. 납축 배터리에서 이 문제를 해결할 수 있는 방안은 없다”고 말했다.

납축전지에 손상을 주는 다른 메커니즘에는 양극 부식, 비가역 황산화, 양극 연

화(Softening) 및 쉐딩(Shedding), 전해질 성층화(Electrolyte Stratification), 내부

단락(Short-circuiting) 및 기계적 손상 등이 있다. 이제 연구팀은 전기임피던스

분석법 모델을 대체하는 다른 모델을 개발 중에 있다. 이 대체 모델은 배터리 내

에 황산화가 이루어지지 바로 직전까지 충전이 가능하도록 하는 것으로, 이를 통

해 황산화가 발생하는 것을 방지한다.

Rahn 교수는 “가능한 빠르게 충전을 실시한 후 가스가 발생하기 시작할 때 전

류 충전을 줄일 수 있다. 이러한 과정은 성능저하를 막아주는 것이며, 배터리를

회생하는 방법은 아니다”라고 말한다. 펜실베이니아 주와 노퍽 서던은 2008년에

999 기관차에 대한 개발을 시작하였다. 이 프로젝트의 목적은 에너지 및 공해물질

배출 저감과 관련되어 기관차에 배터리 기술을 적용하는 것을 평가하는 것이다.

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전기모터 자석에 사용되는 희토류 디스프로슘 사용량 감소기술

[http:/ /www.sae.org/mags/sve/11988, 2013-04-11]

히타치 메탈(주)의 [DDMagic] 기술은 자석 표면에 디스프로슘(Dy,

Dysprosium) 증기를 열적으로 확산시키는 방법이다. 이 기술은 디스프로슘(Dy)

사용량을 줄일 뿐 아니라 내열 온도와 보자성(coercivity, 물질을 자화한 후에 자

화력을 제거하여도 어느 정도의 자화상태를 나타내는 물질의 성질)을 향상시킨다.

하이브리드 및 전기자동차(HEV/EV)용 구동모터, 전기 파워 스티어링 그리고

다른 액추에이터와 전기모터에 사용되는 네오디뮴(neodymium) 소결 자석의 주요

재료인 디스프로슘(Dy)과 다른 희토류 원소의 높은 가격과 공급 위기에 대응하기

위해, 히타치 메탈 아메리카(HMA, Hitachi Metals America)사는 이러한 희토류

금속에 대한 의존을 감소시킬 대안을 개발했다.

뉴욕에 기반을 둔 회사의 디스프로슘(Dy)-감소 네오맥스(NEOMAX) 시리즈 네

오디뮴 소결 자석(Nd-Fe-B sintered magnets) 제품은 [DDMagic]이라는 기술 개

발에 의해 가능해졌는데, 이 기술은 디스프로슘 증기 증착 확산(dysprosium

vapor deposition diffusion) 기술이다. 히타치 메탈 아메리카(HMA)사는 2009년에

최초로 [DDMagic] 기술을 공장 자동화를 통해 최초로 도입했고, 2011년에는 그것

을 하이브리드 자동차에 사용될 네오맥스(NEOMAX) 시리즈까지로 확대했다. 이

혁신적인 기술은 올해 4월 16일부터 18일 사이에 디트로이트에서 개최될 미국 자

동차협회(SAE) 2013 국제회의의 #1000 부스에서 전시될 예정이다.

가장 값비싼 중금속 희토류 중 하나인 디스프로슘(Dy)은, 온도 저항성을 개선

하기 위해 네오디뮴 소결 자석에 사용된다. 이 물질이 가진 우수한 성능 특성에

도, 디스프로슘은 상당한 단점이 있다. 그것은 현재 중국이라는 하나의 나라에서

만 공급된다는 것이며, 이것이 공급 부족과 수요 증가에 따른 불규칙한 가격 변동

을 일으킨다.

“새로운 네오맥스(NEOMAX) 자석을 개발하기로 한 우리 결정의 주요 목표는,

높은 성능을 이루기 위한 감소-디스프로슘(Dy) 자석 기술에 기반을 둔 제품 차별

화, 생산 비용에 큰 영향을 미치는 디스프로슘(Dy) 사용량의 감소 그리고 하나의

공급원에 의존하는 리스크의 감소이다. 기존의 소결 자석과 비교되는 비용 절감은

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디스프로슘의 시장 가격에 달렸는데, 이것은 과거에 매우 유동적이었고 미래 예측

도 어렵다”고 히타치 메탈 아메리카(HMA)사의 비즈니스 개발분야 상임이사인 코

쉬 오카마토(Koshi Okamoto)씨는 설명했다.

[DDMagic] 기술은 자석 표면에 디스프로슘 증기를 열적으로 확산시키는 방식

이다. 이 기술은 디스프로슘에 의해 일어나는 잔류 자기(remanence) 실패를 완화

한다고 히타치 메탈 아메리카(HMA)사는 밝혔다. 디스프로슘 증착 확산 기술은

디스프로슘 사용량 감소뿐 아니라 열-저항 온도와 보자성(coercivity)을 향상시킨

다. 보자성(Coercivity)은 320kA/m(4kOe) 이상까지 향상되고, 잔류 자기 실패(Br)

는 같은 보자성을 가진 기본 재료와 비교하면 40mT 이상 향상되었다고 이 회사

는 밝혔다. 이러한 특성은 더 컴팩트한 경량의 모터를 가능케 한다.

“디스프로슘 외에 다른 중금속 희토류 원소가 있는데, 예를 들어 터븀(Tb,

terbium) 같은 물질은 더 희귀하고 비싸다. 소위 디스프로슘이 없는 자석이라고

불리는 자석은 때로는, 역설적이게도 더 비싸고 유일하게 중국에서만 공급되는 터

븀(Tb)과 같은 다른 중금속 물질이 포함되어 있을 수도 있다. 우리가 개발한

[DDMagic] 기술에 기반을 둔 디스프로슘-감소 네오맥스(NEOMAX) 자석은 실제

로 전체적인 중금속 희토류 물질을 감소시킨다”고 오카모토(Okamoto)씨는 말했

다.

히타치 메탈 아메리카(HMA)사는 최근에 디스프로슘 사용을 추가로 감소시킬

새로운 기술을 개발했는데, 오카모토(Okamoto)씨는 이것을 “우리 회사의 최고 우

선분야 프로젝트 중 하나”라고 말했다. 그런데 그는 이 차세대 자석에 대한 기술

적 상세사항은 밝히지 않았다.

“우리는 앞으로의 트렌드는 디스프로슘-감소 자석과 심지어는 디스프로슘이 없

는 자석이라고 생각한다”고 그는 말했다. 이 회사는 현재 핵심 고객과 샘플 평가

프로그램을 진행 중이며, 새로운 디스프로슘-감소 기술을 가진 네오맥스

(NEOMAX) 시리즈의 완전 상업화 시기를 2014년으로 희망하고 있다.

네오맥스(NEOMAX) 자석에 대한 히타치 메탈 아메리카(HMA)사의 주요 목표

대상은 현재까지 자동차 분야로, “주로 오프-하이웨이 자동차를 포함한 전기자동

차/하이브리드-전기자동차(EV/HEV) 분야”라고 오카모토(Okamoto)씨는 말했다.

그렇지만, 그는 우주항공 분야의 액추에이터와 전기모터에도 가능성이 있다고 말

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했다.

앤앰애프(NMF) 시리즈 소결 페라이트 자석은 북미와 유럽 고객들을 위해 노스

캐롤라이나의 히타치 메탈 아메리카(HMA) 자회사에서 오랫동안 제작되었다.

2013년 4월, 히타치 메탈(Hitachi Metals)사는 늘어나는 수요를 감당하기 위해 노

스캐롤라이나 자회사에서 네오맥스(NEOMAX) 시리즈 네오디뮴 소결 자석의 북

미지역 생산을 시작할 예정이다.

전기차 확산의 열쇠는 충전인프라 보급에 있다

[http:/ / resourceinvestingnews.com/ , 2013-03-08]

세계 각국은 고비용이고 환경적 부담이 증가하고 있는 석유에너지 기반의 교통

체계를 지속가능한 새로운 교통수단으로 전환하려고 노력 중이다. 유럽의 대부분

국가, 아시아 국가나 미국도 전기차(EV) 보급 확산을 위한 정책적 인센티브와 법

제도를 제정 및 개정하고 있다. 이러한 노력에도 불구하고 북미 지역 EV 시장은

여러 어려움에 직면하고 있는데, 가장 심각한 문제는 전반적으로 차량 관련 비용

이 높다는 점으로 차량 배터리 가격을 낮추기 위해서는 충전인프라가 더 설치되

어야 한다.

충전인프라 간격이 길면, 고용량의 배터리가

필요하고 이는 차량의 비용을 증가시키는 요인

이기 때문이다. 그래서 그동안 대부분의 연구개

발이 배터리 생산비용을 낮추고 라이프 사이클

을 개선하는데 전념하고 있었다. 이는 전기차

비용의 대부분을 배터리가 차지하기 때문이다.

이러한 노력으로 배터리는 더욱 소형화ㅡ 경량

화, 에너지 효율형의 배터리로 개발되고 있으

며, 이는 내연기관차량의 대체수단으로서 전기

차 가격 경쟁력을 높이는 역할을 할 것이다. 두

가지의 사례를 보면, 2013년 링컨 하이브리드 차량 모델은 미국에서 V6버전과 같

은 가격으로 판매되고 있으며, 2013년 GM 쉐보레 스파크 EV 모델은 20,000달러

(약 2,200만원) 중반 가격으로 판매되고 있다.

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글로벌 산업동향 조사 기업 파이크 리서치(Pike research)에 따르면, 2020년경에

는 세계적으로 EV차량 판매대수가 연간 380만 대에 이를 것이라고 전망했다. 자

동차업체나 정치인들의 노력에도 불구하고 EV차량의 보급량은 늘지 않고 있지만,

앞으로 고유가 시장경제에서는 내연기관 차량의 유지비용이 증가하여 구매자들은

석유 이용차량의 대체수단으로 EV 차량을 선택할 것이라고 파이크 리서치 조사

팀장이 말했다. 글로벌 자동차 업체들은 EV차 생산량을 늘리는 계획을 수립했고,

일례로 GM은 2017년까지 플러그인 하이브리드 자동차를 50만대 생산할 예정이라

고 강조했다.

EV 시장의 성장열쇠는 충전인프라의

확장에 있다. EV차량은 점차 주력 제품

으로 성장할 것이며, 수요층의 요구도 웨

건 차량에서 고급 세단 차량에 이르기까

지 다양화될 것이라고 했다. 그러나

KPMG의 2013 글로벌 자동차 수요 설문

조사에 따르면, 자동차 부문 10개 중 9개

는 친환경이 아닌 연료 고효율화 기술을

요구하고 있으며, 자동차 구매층도 이러

한 수요 동향에 대해서 앞으로 수년간은

최소한 지속될 것이라고 했다. 자동차 구

매자들은 견인차에 매달려 목적지까지 가

길 원치 않는다는 점인데, 이는 자신의 배터리 차량이 충전소에 가기도 전에 방전

되는 것에 대한 두려움을 가지고 있다는 점이다. 이러한 심리적인 현상을 주행거

리 불안 심리라고 말하며, 이는 EV 자동차를 운전하면서 배터리가 다 될까 봐 걱

정하느라 발생한 정신적 피로 및 불안감을 말한다. 그렇다고 대용량의 배터리를

탑재하는 것 또한 EV 보급에 저해 요인이다.

충분하지 않은 EV 충전 인프라는 북미 지역의 경우 넓은 범위를 수용해야 하

는 문제를 안고 있다. 배터리 제조사들은 장거리용 배터리를 개발 중이나, 아직까

지는 100마일(약 160킬로미터) 이내에서 충전해야 하는 한계를 가지고 있다고 캐

나다 일간지 글로브&메일(The Globe and Mail) 제레미 카토(Jeremy Cato)는 지

적하고 있다. 카토는 닛산 르노 연합 대표인 카를로스 고슨이 블룸버그 TV에서

말했던 것을 인용하면서 닛산이 2012년 판매목표인 2만 대를 생산하지 않은 것은

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미국의 부족한 충전인프라가 주요 원인이라고 했다.

지난주, 에스토니아는 EV충전소를 전국망으로 구축한다는 발표를 했다. EV 충

전소 네트워크는 165개소의 급속 충전소를 구축하는 것으로 충전소 설치 간격은

약 37마일(약 60킬로미터)이며, 가솔린 주유소에 충전소를 설치하는 방식이고, 여

기에 카페, 상점 등도 함께 설치한다는 계획이다. 그리고 배터리 충전에 걸리는

시간은 30분 이내이며, 90% 충전하는 시설이라고 포브스지는 보도했다. 에스토니

아 EV 프로그램 책임자 Jarmo Tuisk는 자신들의 계획은 한꺼번에 에코시스템을

구성하여야 한다는 생각이며, 국민 120만 명인 에스토니아에서 EV차 619대(이 중

정부소유 500대)만 보급되어 있지만, 이는 1000대당 1대 EV로 보급된 노르웨이

다음이라고 했다. 충전 단가는 3.4달러에서 6.8달러 사이이고, 에스토니아에서 판

매되는 EV차는 iMiEC 미니카, 닛산 리프, 토요타 프리우스 플러그인 하이브리드

모델이다. 브라질의 경우, 주거지역에 우선적으로 충전소를 설치하기 위해 전력회

사가 EV충전소를 설치하는 법안을 검토 중이라고 블룸버그통신은 금주에 보도했

다.

미국은 캘리포니아처럼 EV차를 선호하는 지역에서 충전소가 부족하여 원하는

곳에서 충전할 수 없다는 불만이 증가하고 있다. 충전소까지의 거리가 너무 떨어

져 있다든지, 도착한 충전소에서 바로 충전하지 못하고 기다려야 한다는 불만이

대부분이다. 가솔린 주유소의 경우 이런 불만은 없지만, 전기차 충전소는 완전 충

전하기까지 수 십분 소요된다는 점이 EV충전소 보급의 어려움인 것이다. 예상되

는 문제를 해결하지 않는다면, 전기차 시장은 위기에 봉착할 것이라고 오피니언들

은 지적하고 있다. Green Car지에 따르면, 미국은 2013년 EV 생산량이 10만 대에

서 약 12만 대 정도로 예상되고, 전국적으로 올해만 17만 대의 EV차량이 도로를

주행할 것이며, 현재 EV 충전소는 약 10,000개소이고, 약 75,000대는 플러그인 차

량이라고 했다. 미국은 10만대 이상 증가하는 EV차량에 대비하여 EV 충전소를

증설하는 것이 필요하다고 지적하지만 여전히 경제성 측면에서 가솔린 차량보다

허약하기 때문에 보급을 위한 인센티브 또는 홍보 등의 노력이 요구되고 있다. 미

국은 EV 보급에 있어 장기간의 노력이 필요할지도 모르며, 이는 2015년까지 백만

대 EV자동차 보급을 철회할 수 있다는 점이다.

그래서 미국 에너지부(DOE)는 올해 1월 31일 새로운 계획(Workplace

Charging Challenge)을 발표했는데, 이것은 사업장 내의 충전인프라 확충에 관한

것으로, 직장인들이 직장 내에서 EV 충전소를 이용하는 프로그램으로 자동차 회

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사 및 전력회사 등 13개 기관(3M, Chrysler Group, Duke Energy, Eli Lilly, Ford,

General Electric, General Motors , Google, Nissan, San Diego Gas & Electric,

Siemens, Tesla Motors and Verizon Communications)이 참여한다. 이 정책은 직

장 내에서 EV 충전소 활용성을 높이는 것으로, EV 차량의 이동 편의성을 높여

운전자에게 더 많은 선택권을 부여한다는 것이다. 사업장을 중심으로 EV 사용 편

의성을 증진하고, 점차 이러한 사업장을 늘려 참여 기업을 10배 이상 확대한다는

것으로 향후 10년 내로 가솔린 자동차처럼 EV자동차도 편리하게 도로를 주행할

수 있게 한다는 계획이다.(GTB2013020110)

오바마 정부는 EV자동차 보급에 75억 달러를 지원하기로 했으며, 이중 24억 달

러가 리튬이온배터리 시장이라고 했다. 프로스트앤설리반은 전세계 리튬배터리 시

장(자동차부문, 일반수요, 산업수요 등 전 분야 포함)을 2016년 225억 달러(약

24.5조 원)로 전망했으며, 이는 2012년 대비 2배라고 했다. 자동차 부문의 리튬배

터리 시장은 2012년 약 21.3억 달러(약 2.3조 원)에서 2019년 약 128.4억 달러(약

14조 원)로 전망했다. 리튬배터리 전체 시장 중 자동차 부문에서 가장 빠른 성장

을 보일 것으로 예상했고, 2012년 14%를 점유하던 비율에서 2016년에는 전체 배

터리 시장 중 25%를 자동차 부문이 점유할 것이라고 했다.

미국은 사업장 내 EV에서 커뮤니티 EV로 확대하고, 석유 의존형 구조에서 벗

어나 청정 교통시스템을 확실히 다지길 바라고 있다. 연방정부는 24개주 민관협력

프로그램과 클린 시티 커뮤니티 프로그램에 약 850만 달러를 지원했다.

<그림 1> EV자동차 충전 이미지

<그림 2> 플러그인케이블 이미지

중국의 에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업 전망

[http:/ /www.china5e.com/news/news-334484-1.html, 2013-04-03]

중국 정부는 최근 ‘에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업 발전 계획

(2012-2020)’을 제정, 발표하였다. 동 ‘계획’에서는 “오는 2015년에 중국의 순수 전

기 자동차와 플러그인 하이브리드 동력 자동차 생산 및 판매량을 누계로 50만대

규모에 도달시키고, 오는 2020년에는 500만대 규모에 도달시킨다”는 목표를 확정

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하였다.

중국 내 관련 전문가들의 설명에 따르면, 여러 가지 원인 때문에 현재 중국은

신 에너지 자동차 기술과 산업을 발전시키는 면에서 여러 가지 어려움과 도전에

직면해 있으며, 특히 신 에너지 자동차의 배터리 등 핵심기술 연구개발 및 산업화

분야에서 중대한 기술 돌파를 실현해야 하는 상황에 직면하여 있다고 한다.

관련 설명에 따르면, 지난 2009년도부터 중국 정부는 ‘자동차 산업 조정 및 진

흥 계획’을 연구, 제정하고 “전기자동차 생산 및 판매 규모를 형성하고 기존의 개

발 및 제조 능력을 개선하여 50만 대에 달하는 순수 전기자동차, 충전식 하이브리

드 동력과 일반형 하이브리드 동력 등 신 에너지 자동차 생산 능력을 형성하고,

신 에너지 자동차 판매량이 승용차 판매 총량에서 차지하는 비중을 5% 수준에

도달시킨다”는 목표를 확정하였다고 한다.

중국 정부에서 현재 차량 번호 경매, 차량 번호 당첨, 차량 운행 제한 등 조치

를 폐지하고, 주차료, 전기가격, 도로 통행료에 대한 특혜를 제공하고, 차량 구입

보조금을 제공하며, 신 에너지 자동차에 대한 차량 구입세와 부가가치세 세금비율

을 13% 감소시키는 조치를 취한다 해도 신 에너지 자동차 구매에 대한 소비자들

의 관심도를 향상시키지 못하고 있는 상황이다.

현재 중국산 순수 전기자동차인 비야디(比亞迪, BYD) e6형 판매 가격은 36.98

만 위안(약 5,9645달러)에 달하는데 중국 정부에서 차량당 60,000위안(약 9,647달

러)에 달하는 비용을 지원하고, 광둥성(廣東省) 선전시 정부는 추가로 60,000위안

(약 9,647달러)을 지원해주고 있지만 선전시 승용차 판매 시장에서 사용자들의 관

심도는 향상되지 않고 있는 상황이다.

중국 내 관련 전문가들의 설명에 따르면, 기술 성숙 정도와 인프라가 완벽히 구

축되지 않은 상황에서 중국의 신 에너지 자동차는 장기간 제품 시범 사용과 샘플

제조 단계에 머물러 있게 되기 때문에 신 에너지 자동차의 대규모 시장 보급과

상용화까지는 상당한 거리가 존재하게 될 것이라고 한다. 전통 자동차 산업의 기

술 혁신을 중시해야만 신 에너지 자동차를 위해 탄탄한 기반을 구축할 수 있다고

중국 내 관련 전문가들은 강조하고 있다.

최근 랑세스(LANXESS), 다우코닝(Dow Corning)을 포함한 외국계 기업체들도

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중국의 신 에너지 자동차 시장에 적극 진출하고 있으며 일부 외국계 기업체들은

최근 중국 신 에너지 자동차 시장에서 일정한 비중을 차지하고 있는 것으로 나타

났다.

현재 중국 자동차 산업은 점차 선진적인 자동차 전자 기술과 솔루션을 도입하

고 있는데, 특히 내비게이션, 자동차 보호, 전자 통신 관련 기술과 솔루션이 대량

도입되고 있을 뿐만 아니라 자동차 내부 장식 분야에서도 방수 코팅 층과 같은

유기 실리콘 제품과 솔루션을 대량 도입하고 있는 상황이다.

신 에너지 자동차 분야에서 응용되고 있는 탄화 실리콘은 일반적인 실리콘 반

도체에 비해 전기 에너지 전환 비율이 높기 때문에 에너지 손실을 더욱 적게 한

다. 탄화 실리콘은 더욱 높은 온도 상황에서 운행되기 때문에 열을 흡수하는 물

혹은 온도를 낮추는 수단이 필요하지 않아 자동차 무게를 줄일 수 있다.

미국 에너지성이 실행한 조사 결과에 따르면, 탄화 실리콘은 갤런(Gallon) 당

가솔린의 운행 거리를 20%나 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다. 예를 들면,

40km를 운행할 수 있는 자동차가 탄화 실리콘으로 반도체를 대체한 후 48km를

운행할 수 있는 것으로 나타났다. 때문에 탄화 실리콘은 신 에너지 자동차 분야에

서 매우 밝은 응용 전망을 보이고 있다.

신 에너지 자동차 분야에서 배터리 기술은 핵심 기술에 속한다. 신 에너지 자동

차용 배터리 기술의 안전성, 타당성, 제어성은 신 에너지 자동차 산업화에 있어서

중요한 과제로 되고 있다. 신 에너지 자동차 관련 각종 기술 중에서 배터리 기술

의 중대한 돌파를 실현하지 못하면 신 에너지 자동차 산업의 성장을 실현할 수

없다.

이런 상황 때문에 중국 과학자들은 현재 존재하고 있는 ‘배터리 에너지량이 낮

고, 지속 운행 거리가 짧은 문제점’을 해결하고, ‘기술 표준이 완벽하지 못하고, 통

일되지 못한 문제점’을 해결하고, ‘정부의 지원 정책을 통한 지방 보호주의가 존재

하는 문제점’을 해결하고, ‘인프라가 완벽히 구축되지 못하고, 충전소가 주유소에

비해 뚜렷이 적은 문제점’을 해결하며, ‘신 에너지 가격이 높은 문제점’을 우선적

으로 해결해야 한다고 강조하고 있다.

중국 정부의 ‘에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업 발전 계획(2012-2020)’의

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구체적인 실행과 현재 직면하고 있는 문제점들의 점차적인 해결에 따라 중국의

에너지 절약 및 신 에너지 자동차 산업은 신속하고 대규모 발전 단계에 들어서게

될 것이라고 중국 내 전문가들은 전망하고 있다.

차세대 자동차 관련 기술의 미국 특허 종합력 순위 발표

[http:/ /www.patentresult.co.jp/news/2013/02/cpc3.html, 2013-03-06]

- CPC를 이용한 미국 특허 분석 / 전기, 하이브리드 자동차 관련 기술 /특허

종합력 순위는 도요타(Toyota) 자동차, CHRYSLER GROUP, GM GLOBAL

TECHNOLOGY -

일본 Patent Result 주식회사는

이번에 2013년 1월부터 유럽과 미

국에서 본격 운용이 시작된 `공동

특허 분류(CPC)`를 이용하여 미국

에서의 차세대 자동차 관련 기술에

대해서 참가 기업의 경쟁력에 관한

조사를 정리하였다. 전기 자동차

(EV)나 하이브리드카(HV) 등 차세

대 자동차 관련 기술로서 1980년부

터 2012년 12월 말까지 미국 특허 상표청에서 공개되어 CPC

`Y02T10/60~Y02T10/76(차세대 자동차 관련 기술(주 1)) `이 부여된 특허 15,061

건을 대상으로 개별 특허의 주목도를 득점화하는 `특허 순위`에 의한 평가를 실시

하여 특허의 질과 양으로부터 종합적으로 본 `특허 종합력 순위`를 집계하였다(주

2).

그 결과, 1위 도요타 자동차, 2위 CHRYSLER GROUP, 3위 GM GLOBAL

TECHNOLOGY인 것으로 나타났다. 또한 2006년부터 현재까지의 추이를 보면 2

위 이하의 해외 기업이 종합력을 크게 늘리고 있다.

1위 도요타 자동차는 `동력 출력장치 및 그 제어 방법`이나 `하이브리드카에 있

어서의 듀얼 분사형 내연기관의 공연비 학습 제어 방법` 등 주로 하이브리드카

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관련 기술 분야에서 주목도가 높은 특허를 가지고 있다. 또한 `비접촉 수전 장치,

비접촉 송전 장치, 비접촉 급전 시스템 및 전동 차량`이나 `공명형 비접촉 충전

장치` 등, `전기 자동차의 배터리 관련 기술` 분야로서 충전 인프라에 관한 특허

도 적극 출원하고 있다.

2위 CHRYSLER GROUP은 `하

이브리드 전기 차량의 열 엔진과 전

기 모터 토크 배분법`이나 `하이브

리드카 브레이크 혼합 방식` 등, `하

이브리드카 관련 기술` 분야에서 주

목도가 높은 특허를 많이 가지고 있

다.

3위 GM GLOBAL

TECHNOLOGY는 CHRYSLER

GROUP이나 BMW AG와의 공동

보유 특허도 많은데 `Gain

adjustment to improve torque linearity in a field weakening region`이나

`Method and apparatus to determine rotational position of an electrical

machine` 등 주로 `전기 자동차의 전자기기 관련 기술`분야에서 주목도가 높은

특허를 볼 수 있다.

차세대 자동차 관련 기술 출원 건수 추이(요소 기술별)를 (<참고자료 2>)에 분

류하였다. 2008년까지는, 자동차의 배터리 관련 기술 분야와 하이브리드카 관련

기술 분야에서의 출원이 분야 전체를 견인하고 있었지만 2013년을 정점으로 하이

브리드카 관련 기술`분야에서의 출원은 약간 감소 경향을 나타내고 있다. `자동차

의 전자 기기 관련 기술` 분야도 이와 같이 감소 경향을 나타내고 있다. 2009년

이후의 `전기 자동차의 배터리 관련 기술` 분야에서는 `비접촉 급전 시스템`이나

`차량 충전 장치 안전 시스템` 등 충전 인프라에 관한 출원이 증가 경향을 나타내

고 있다.

본 조사에서 출원 건수가 많은 상위 10개사에 대해서 요소 기술별 출원 상황을

(<참고자료 3>)로 알 수 있다. 상위 10개사 가운데 7사가 일본 기업이며, 도요타

자동차, GM, 혼다(Honda), FORD, 닛산(Nissan) 자동차 등 주요한 메이커는 전체

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기간을 통해서 `하이브리드카 관련 기

술` 분야에서의 특허를 많이 출원하고

있어, 최근에는 `전기 자동차의 배터리

관련 기술` 분야의 출원이 증가 경향에

있다고 한다.

(주 1) Y02T10/60 이하의 하위 계층

CPC가 부여되고 있는 것.

(주 2) 종합력 평가로는 개별 특허의

주목도를 득점화하는 `특허 순위`를 기

관마다 집계하여 특허 순위가 50점 이상

의 것을 합산하고 있다. 50점 이상의 것

만 집계하고 있는 이유는 특허 순위가 낮아도 특허 건수가 많은 것에 따라 종합

력이 올라가는 것을 방지하기 위함이라고 한다.

<참고자료 1> 미국 차세대 자동차 관련 기술 경합 상황

<참고자료 2> 차세대 자동차 관련 기술 요소 기술별 출원 건수 추이

<참고자료 3> 상위 기업 차세대 자동차 관련 기술 요소 기술별 출원 상황

충돌에 강한 자동차 강철의 개발을 위한 첨단 시설

[http:/ /www.azom.com/news.aspx?newsID=35664, 2013-02-11]

타타 스틸(Tata Steel)은 자동차를 보다 안전하고 보다 연료 효율적이 되도록

하기 위해서 충돌에 강한 강철을 개발하기 위한 첨단시설을 시작하였다. 이 회사

는 네덜란드 Ijmuiden 부지에 230만 유로를 투자하여 보다 가볍고 보다 강하며

충돌에 보다 잘 견딜 수 있는 차세대 강철을 개발하여 타타 스틸 회사의 능력을

향상시키고자 하고 있다. 타타 스틸 회사는 미래 자동차 모델이 필요로 하는 분야

를 이해하기 위해서 주요 유럽 자동차 제조업체들과 밀접하게 협력하는 연구개발

분야에 자금을 투자할 것이다. 또한, 이 시설에 의해 타타 스틸 회사는 그들이 개

발한 새로운 초고강도 강철을 미래 자동차에 통합시켜 소비자들을 지원할 수 있

을 것이다.

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시설은 기술적으로 세계 최고의 첨단으로서 상업적인 산업라인의 특성들과 특

별한 연구 영역이 결합되어 있어 대기, 온도, 속도, 힘, 스트레스 마찰을 조절할

수 있게 되어 있다. 이는 이 분야에서 두 개의 최고 장비 공급업자들인 Schuler과

Schwartz가 업그레이드한 것으로, 가열된 강철 시트들을 압축하는 고온 압축 성

형을 자동차 부품들에 통합시켰다.

“이번 투자는 우리가 우리의 자동차 소비자

들과 미래 자동차에 대한 비전에 대해 토의한

결과에 의해 이루어진 것이다. 업그레이드된

시설에 의해서 우리는 소비자들이 점차 많이

필요로 하게 될 새로운 첨단 강철의 개발뿐만

아니라 그들 자신의 장비를 사용하여 이들 강

철을 제조할 때 성능을 보다 좋게 하는데 있

어 우리는 소비자들과 보다 밀접하게 작업할 수 있을 것으로 생각한다”고 유럽

타타 스틸 회사의 상업분야 책임자인 Henrik Adam은 말한다.

자동차 제조업체들과 그들의 공급업체들은 충격에 견딜 수 있는 복잡한 자동차

차체 부품들을 제조하기 위해서 고온 압축 성형을 점차 많이 사용하고 있다. 이들

부품들을 만드는데 사용되는 강철들은 초고강도를 가져야 하며 또한 최적의 안전

성과 친환경 특성을 가지기 위해서 가능한 가벼워야 한다. 고온 성형된 부품의 사

용은 점차 증가하여 자동차 무게당 20% 이상을 구성하고 있으며 최근에 시작된

자동차 모델에 많이 적용되고 있다.

붕소를 첨가하여 강도가 향상된 강철의 사용량은 매우 빠르게 증가하고 있다.

타타 스틸 회사는 아연으로 코팅한 붕소 강철을 개발하고 있는데, 이 강철은 다른

붕소 강철들과 비교할 때 부식에 대한 저항성이 우수하다. 2012년 6월에 회사는

아연이 코팅된 붕소 강철 제품을 판매하고 있다. 고온 압축 성형방법은 특별하게

온도와 압력이 조절된 오븐에서 섭씨 900도 이상의 온도로 강철을 가열하고 물로

냉각되고 있는 다이 세트에서 이들을 찍어내는 것이다. 이러한 방법으로 강철을

가열하면 강철을 성형하기가 쉽고 또한 빠르게 냉각하는 것은 강철을 보다 강하

게 만들고 보다 가벼운 강철이 사용될 수 있게 해준다.

<사진> 충돌에 강한 강철 자동차 그래프

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커넥티드ITS기반의 동적모빌리티프로그램 추진전략

[http:/ /www.itsinternational.com/ , 2013-01-30]

미국교통부(US-DOT)는 향후 커넥티드 차량과 인프라 환경에서 모빌리티를 향

상시키기 위한 기술 개발로서 ITS 동적모빌리티 어플리케이션 프로그램(Dynamic

Mobility Applications program)을 수립하였다. US DOT는 이번 연구프로그램을

통해서 향후 커넥티드 차량-인프라(승용차, 트럭, 버스, 노변시설, 스마트폰 등) 환

경을 구현하기 위한 어플리케이션 기술개발 전략을 발표했다. 이는 교통약자를 위

한 안전 정보, 통행 정보 그리고 환경 정보를 무선통신망 기반으로 서로 공유하게

하는 것이 기본적인 골격이다. 앞으로는 커넥티드 차량과 인프라 접속 환경 속에

서는 모바일 디바이스와 도로 공간에서 생성되고 전달되는 풍부한 교통 데이터를

제공받게 될 것이다. 이러한 미래 교통 환경 속에서 우리가 이용하는 어플리케이

션들은 보다 창의적이고 용이하게 사용되도록 개발되어야 하며, 개발된 어플리케

이션 툴을 활용해 앞으로 더욱 안전하고, 스마트해지며, 환경 친화적인 교통 사회

를 조성하길 바라고 있다.

미국 교통부에서 수립한 커넥티드 기반의 동적모빌리티 어플리케이션 프로그램

은 교통 혼잡과 교통 정체를 줄이는데 초점을 맞추고 있으며, 결국 교통망의 모빌

리티를 향상시키는 것이 목적이다. 미국에서 추진하는 커넥티드 차량-인프라 기

반의 동적모빌리티 어플리케이션 프로그램은 다음과 같은 기술 개발을 중점 추진

사항으로 포함하고, 자세한 전략은 미국교통부 홈페이지(http://www.its.dot.gov)

에서 제공된다. 커넥티드 환경 기반의 동적모빌리티 프로그램은 6개 분야의 어플

리케이션 기술을 개발하는 프레임워크이다. 6대 프레임워크는 EableATIS,

FRATIS, IDTO, INFLO, MMITSS, RESCUME이다.

Part 1 : 첨단여행자정보시스템의 고도화(Enable ATIS) 기술 개발

첨단여행자정보시스템(Advanced Traveller Information System)은 다양한 교통

수단(승용차, 화물차, 전철, 비행기, 배, 자전거, 보행자 등)과 많은 교통인프라(도

로, 철도, 항공, 해운 등)에서 생성되는 다양한 여행자 정보를 통합하는 멀티모달

(multimodal)에 집중하고, 데이터 공유체계를 구성하며, 출발지부터 목적지까지 연

결되는 통행정보 등을 통합하는 것이다. 또한, 통합된 정보들은 사용자 맞춤형의

정보로 가공되어 이용자의 니즈에 부합하는 예측형 정보로 생성되는 프로세싱 로

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직과 교통데이터 분석 체계를 갖추어야 한다. 그리고 운전자에게 정보를 제공하는

전달메커니즘도 운전에 방해를 주지 않도록 제공 방식도 개선되어야 한다. 종래의

ATIS 프레임워크는 향후 Enable ATIS 프레임워크 즉, 진화된 여행자정보 공급

을 위한 혁신적 방법, 그리고 혁신을 위한 지원시스템과 인프라로 발전한다.

EnableATIS의 첫 번째 목표는 차세대 여행자정보시스템이 직관적인 정보 제공체

계를 지향하는 것으로 모든 이용자가 보다 강력해진 실시간 의사결정 정보(통행

수단, 위치, 경로정보 등)를 사용하게 한다. 두 번째 목표는 교통망의 이동성, 안

정성, 효율성 측면에서 정량적 이익을 제시할 수 있게 한다. 세 번째 목표는 공공

및 민간 데이터베이스를 모두 활용하는 멀티소스 데이터 환경으로 높은 신뢰성의

통행정보를 생성 및 제공한다.

Part 2 : 첨단물류정보시스템(FRATIS) 기술 개발

첨단물류정보시스템(Freight Advanced Traveller Information Systems)은 물류

에 특화한 실시간 통행 관리 서비스로서, 화물 수송시 공차율 또는 터미널 공실률

등을 최소화하도록 물류시설과 연계하여 수송 관리를 최적화하는 것이다. 국제간

교역이 많아지면서 화물의 이동거리도 길어지고, 이에 따른 컨테이너 수송이나 저

장기지 등의 최적 운영을 위해서 물류 수송정보 및 물류 인프라 정보가 연계되어

유기적으로 전달되어야 한다. FRATIS는 두 개의 어플리케이션으로 구성되는데,

물류 통행계획 및 성능 어플리케이션과 운송최적화 어플리케이션이다. FRATIS는

공공과 민간 협력체계를 통해 데이터융합을 이루며, ITS데이터, DOT 커넥티드

차량 데이터, 트럭 데이터, 터미널 데이터 등이 웹서비스를 통해 연결되고

FRATIS IT 활용 환경은 USDOT 오픈소스 웹 포탈에 접속한다.

Part 3 : 통합형 교통수단 운영(IDTO) 기술 개발

통합형 교통수단 운영(Integrated Dynamic Transit Operations)은 현재 운영 중

인 데이터나 통신기술이 아닌 새로운 형태의 데이터와 새로운 통신방식을 이용하

는 차세대의 교통수단, 새로운 운영체계 그리고 새로운 서비스를 위한 어플리케이

션 기술이다. 미래의 교통체계는 새로운 교통수단의 등장과 더불어 이에 적합한

교통인프라 그리고 기존 체계와 연계하는 운영시스템을 새롭게 준비하는 어플리

케이션 기술이다. IDTO는 세 개의 어플리케이션( T-CONNECT, T-DISP,

D-RIDE)으로 구성되며, T-CONNECT의 목표는 여행자가 최소의 시간으로 목적

지까지 이동하기 위한 여러 교통수단에 대한 최적화된 정보를 전달받게 하는 것

으로, 수단 간의 정보 연계가 원활해야 한다. T-DISP는 여행자가 휴대하는 통신

기기를 이용해 원하는 여행정보를 요청하고 센터는 최적의 정보를 전달하는 서비

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스이다. D-RIDE(Dynamic Ridesharing)는 일종의 차량 임대방식이 아닌 카풀 이

용 방식으로서 센터에서 수요자와 공급자의 니즈 매칭 서비스가 중요한 기술이다.

Part 4 : 지능형 교통망 교통류 최적화(INFLO) 기술 개발

지능형 교통망 교통류 최적화(Intelligent Network Flow Optimization)는 교통류

를 개선하여 도로용량을 늘리는 것과 사고를 줄여서 교통류를 개선하는 것과 관

련한 우선순위가 높은 어플리케이션을 개발하는 것이다. 즉, 커넥티드 차량이나

여행자, 인프라에서 수집한 산재되어 있는 멀티소스 데이터를 빠르게 전파 및 활

용하는 기술이다. INFLO 기술은 세 개의 어플리케이션으로 구성되는데, 대기행렬

경보(Queue Warning : Q-WARN), 근접차량 주행속도 감응(Dynamic Speed

Harmonization : SPD-HARM), 협력적 자율주행(Cooperative Adaptive Cruise

Control : CACC) 어플리케이션이다. Q-WARN 기술은 전방의 교통 유고상황 시

뒤따르는 차량이 서행하면서 대기행렬이 발생하고, 이러한 정보를 후미 차량에 전

달하는 어플리케이션이다. SPD-HARM 기술은 상류부의 교통 흐름, 주행속도에

맞추어 후미 차량의 교통류 속도를 맞추어 가는 주행 속도 감응 어플리케이션이

다. CACC 기술은 도로 용량을 극대화하는 것으로 일종의 군집 자율 주행 기술이

다.

Part 5 : 다중교통수단 신호시스템(MMITSS) 기술 개발

다중교통수단 신호시스템(Multi-Modal Intelligent Traffic Signal Systems)은

교통신호시스템의 차세대 기술로서, 모든 교통수단 즉 자동차, 환승, 긴급차량, 물

류차량, 보행자, 자전거 등이 상호 접속하는 환경에서 종합적인 교통정보를 주고

받는 기술이다. MMITSS 기술의 목표는 전체 교통망에서 긴급차량이나 보행자

이동에 대한 우선권 부여, 그리고 물류 차량에 대한 신호 우선권을 수용하면서도

전체적으로 교통망의 성능을 극대화하는 기술이다. MMITSS는 다섯 개의 어플리

케이션 즉, 지능형교통신호시스템(Intelligent Traffic Signal System : ISIG), 신호

우선(Transit Signal Priority : TSP), 모바일 기반 보행자신호(Mobile Accessible

Pedestrian Signal System : PED-SIG), 긴급차량우선(Emergency Vehicle

Preemption : PREEMPT), 물류 신호우선(Freight Signal Priority : FSP)으로 구

성된다.

Part 6 : 긴급 상황 대응, 연락체계, 일관된 관리체계 및 대피(RESCUME)

긴급상황 대응체계 기술은 교통망에서 사고가 발생하였을 때 상황에 신속히 대

응하고, 체계적인 연락망으로 일관된 사고관리와 대피를 지원하는 차세대 어플리

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케이션이다. RESCUME 기술의 목표는 무선통신망 접속 환경을 확산하여 긴급상

황센터, 응급의료센터, 대중교통관리센터, 응급 구조 기관 및 피해자와의 원활한

정보교환을 갖추도록 센터-센터 및 센터-인프라 사이의 통신 기술을 확보하는 것

이다. RESCUME은 네 개의 어플리케이션 즉, 응급차량 경로 가이드

(RESP-STG), 공사구간 경고(INC-ZONE), 응급통신과 대피(EVAC), 추돌경고

(AACN · RELAY)로 구성된다.

<그림 1> FRATIS 개념도

<그림 2> T-CONNECT 구성도(IDTO)

<그림 3> Q-warning 개념도(INFLO)

커넥티드차량 기술 중심의 새로운 ITS 연구전략 프로그램 보고서

[http:/ /www.its.dot.gov/strategicplan/ , 2013-01-09]

ITS 연구추진전략 보고서는 연방도로국에서 지원하고 ITS Joint 프로그램 위원

회의 주관 하에 도로안전국, 도로기술개발국(RITA)이 참여하여 중기 계획을 수립

하였다. 이 보고서는 지능형교통시스템(ITS)의 2010-2014 연구전략 프로그램으로

서, 커넥티드 차량(Connected Vehicles) 즉 교통상황을 인지하는 스마트 카를 중

심으로 차기 시장에 대한 필요 기술이 무엇인지를 제시하였고, 전략적으로 개발해

야 할 기술이 무엇인지를 제시하고 있다. 약 2년 동안의 연구를 통해 실천전략을

수립하였고, 정부의 예산 지원으로 향후 개발과 구축 단계를 추진할 예정이다.

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이 보고서는 주요 기술목록을 다음처럼 정리하고 있으며, 지능형교통시스템

(Intelligent Transportation systems), 차량대차량 통신기술

(vehicle-to-vehicle:V2V), 차량대인프라통신기술(vehicle-to-infrastructure:V2I),

데이터수집 및 관리 기술(data capture and management:DCM), 동적모빌리티 응

용기술(dynamic mobility applications:DMA), 실시간정보분석기술real-time

information synthesis (AERIS), 도로기상모니터링기술(road weather

applications), 협력적 차량통신기술(connected vehicle technology), ITS 표준, ITS

아키텍처, 수단간 연계기술(short-term intermodal research), 커넥티드 차량 핵심

기술(connected vehicle core system), 능동형교통수요관리기술(Active

Transportation and Demand Management:ATDM), 상용자동차 정보시스템

(commercial vehicle information systems and networks:CVISN), 국제 표준, 통합

지역관리기술(integrated corridor management (ICM), 협역 근거리통신기술

(dedicated short-range communications:DSRC), 휴먼팩터 기술(human factors

research) 등이 주요 기술 키워드이다.

본 보고서에 담고 있는 내용을 보면, 상호접속성(connectivity), 교통측면의 접속

성, 실천비전을 서론에 수록하였으며, 커넥티드 차량의 응용기술, 안전 측면에서

V2V 통신기술, 트럭의 V2V연구, 수단 간의 V2V연구, 커텍티드 자동차의 안전

실험, V2I 안전기술, 트럭의 V2I연구, 교통 수단간의 V2I연구, 철도용 커넥티드

차량 안전기술을 수록하였다. 모빌리티 측면에서는 데이터수집 및 관리기술

(DCM), 동적 모빌리티 응용기술(DMA), 물류 및 여객의 첨단정보시스템, 통합형

동적수단관리시스템, 지능형 네트워크 최적화기술, ATIS, 멀티모덜기반의 첨단 신

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호시스템을 담고 있다. 환경성 측면에서는 실시간 환경정보수집시스템(AERIS)을

수록하였고, 도로기상 측면에서는 도로 기상과 커넥티드 차량 간의 응용기술을 담

고 있다. 커넥티드 차량의 기술 측면에서는 커넥티드 차량 표준, 커넥티드 차량의

휴먼팩터 연구, 커넥티드 차량의 핵심 시스템, 커넥티드 차량 인증, 커넥티드 차량

의 테스트베드를 수록하고 있다. ITS 인터모덜 연구 측면에서는 능동형 수요관리

기술(ATDM), 상용차량 정보시스템 및 네트워크기술, 국경진출입 지능화기술을

다루었고 정책적 측면에서는 국가 ITS 아키텍처, ITS 평가체계, 국제 ITS 협력방

안을 다루고 있다.

ITS 전략보고서의 작성 목적은 미국 DOT에서 추진하고 있는 ITS 연구추진전

략(2010-2014)을 2010년 제안하였고 여기서는 국가 차원의 차세대 ITS 기술을 발

굴하는데 초점을 두었으며, 교통 안전, 모빌리티, 친환경성을 보다 고도화하기 위

한 연구 프로그램으로 보고서를 업데이트 하였다. 교통 안전은 국가차원의 복지를

위한 실현하는 개념이며, 미국에서는 2010년 32,885명의 사상자가 발생하였고 이

중 4세부터 34세 사이의 사람들이 많은 비율을 차지한다고 했다. NHTSA는 도로

교통 사고로 인해 연간 2,306억 달러의 경제적 비용을 발생한다고 추정하며, 이는

미국 GDP의 약 2.3% 수준이라고 한다. 또한 교통정체로 인한 교통 혼잡비용은

연간 872억 달러로 추정되며, 이는 미국 운전자 1인당 750달러의 비용에 해당하

고, 혼잡으로 인한 미국 전체 운전자의 총 소비 시간은 42억 시간에 달한다.

초기에 작성한 보고서를 기초로 하여 우선 비전을 “상호접속 가능한 교통 환

경”이라는 개념으로 하고 V2V, V2I 통신기술과 응용기술을 활용하는 것이 핵심

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이다. 기술적 니즈를 개발함에 있어 몇 가지 어려운 점이 발생하는데, 그 중에서

첫째로는 시작품 수준의 기술에서 완성차 수준이나 공용의 도로 인프라 수준의

기술로 발달 하기에는 아직도 기술적 격차와 한계가 있다는 점이고, 둘째는 정책

적 한계로 공공과 민간 영역의 협력적 관계가 유기적이어서 특히 교통 안전 측면

에서의 높은 신뢰성을 보장하는 것에 어려움이 발생한다는 점이다. 셋째는 연구단

계의 시제품 수준에서 전국적으로 보급하기 위해서는 시스템의 복잡성이 발생한

다는 점이다.

이번에 개정한 전략보고서에는 2013년 말까지 DSRC 기반의 V2V기술을 완료

한다는 목표이고 이후 V2V 기술보다 고도화된 커넥티드 차량 기술을 개발하고

국가적 차원에서 적용한다는 계획으로 수정한 것이다. 스마트폰 가입자는 2010년

약 20% 수준에서 2012년에는 약 50% 수준까지 증가할 것으로 전망하고 ITS 추

진 프로그램은 이러한 사회적인 변화를 고려하여, 지난 2년여 동안 ITS 연구 프

로그램은 커넥티드 차량 연구, 근거리 인터모델 연구, ITS 미래기술조사, ITS 국

경통행기술 등 4분야에 집중하고 있다.

먼저, 커넥티드 차량 기술 연구 분야는 향후 커넥티드 차량이 보급되는 교통 환

경에 대비하여 핵심적인 분야를 다루었다. 안전 측면에서 V2V/V2I 안전기술의

고도화 연구와 시제품의 실증 실험을 실시했다. 이 분야는 2013년에 승용차 중심

의 V2X 기술을 개발하고, 2014년까지 중차량 V2X 기술개발을 통해 전국적으로

확대한다는 목표를 수립했다. 또한 실차 중심으로 운행 시나리오를 토대로 커넥티

드 차량의 안전성을 테스트할 계획이다. 이러한 안전도 실증실험 프로그램은 매일

운전자의 행태반응 분석을 실시하는데, 제어 가능한 실험 환경 하에서의 운전자

반응상태 분석과 더불어 실제 도로 환경에서의 운전자 행태 분석까지 실시한다.

2011년에는 브룩클린, 미네소타, 올랜도, 플로리다, 버지니아 등에서 처음으로 24

대의 차량에 대해서 690일간 매일 운전자의 행태 분석과 더불어 20,000마일 이상

의 실증데이터를 수집하는 6단계의 운전자 안전실증 실험을 실시했다. 향후에는

차량대수를 3,000대로 늘리고, 차종도 트럭, 상용차량, 버스로까지 다양화하여 미

시건 대학의 교통연구소에서 실시할 예정이다. V2X 안전도 실증을 위해 DSRC

통신 기술의 신뢰성을 지속적으로 확인함과 동시에 상호접속성(connectivity)으로

개념을 확대하여 실험을 수행할 계획이다.

커넥티드 차량 기술은 상호 접속 가능한 교통 환경이 중요하며, 이를 위해 국제

적인 표준개발에 참여한다는 전략으로 이들 표준은 IEEE802.11p, IEEE1609.x, 차

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량간 무선통신프로토콜 WAVE, SAE J2735 DSRC v.2이다. 미국자동차산업협회,

유럽통신표준연구소(ETSI), Car2Car 유럽자동차협회 등이 협력적 공동체를 구성

해 국제적인 표준 협력 프로그램을 다루고 있다. 여기서는 공통적인 하드웨어와

소프트웨어는 상호 운영성(interoperability)을 개선하고, 제조사의 양산비용을 절

감하는 표준기술을 다루며, ITS 사회로의 신속한 확산을 위한 설비투자에 노력하

고 있다.

ITS 프로그램은 교통 분야에서 상호접속성을 강화하기 위해 보다 고도화된 무

선통신기술을 발굴하고 높은 신뢰성의 기술로 교통 니즈에 대한 변화를 주도한다

는 비전을 가지고 있다. 주행하는 모든 차량들이 이벤트를 감지하고 차량 간에 서

로 정보를 주고받아 사고 위험을 사전에 인지하여 대비하게 하는 완전한 상호접

속환경 즉, 도로에서 주행하는 모든 차량이 서로 완전한 상호접속기능을 가질 경

우, 모든 차량이 커넥티드되고, 풍부한 소통 정보를 생성하는 교통 환경이 된다면,

여행자, 물류관리자, 화물운송자, 시스템관리자, 기타 이용자에게 양질의 교통 서

비스를 제공할 수 있게 된다. 또한, 이용자에게 보다 정확한 교통정보 즉, 여객 및

화물 운송시간, 스케줄, 실시간위치파악, 경로, 운송비용 등을 제공할 수 있게 된

다. 시스템 관리자는 모든 교통시설의 자산관리 상태를 보다 정확히 파악할 수 있

으며, 모든 차량에 대해서 도로와 차량 간의 통신으로 불필요한 교통류 정지 상황

을 제거할 수 있어 연료절감 효과도 얻을 수 있게 된다.

<그림1> 커넥티드 차량

<그림2> 커넥티드 트램

<그림3> 에코전용차로

태양광과 배터리를 결합한 전기차 충전시스템

[http:/ /www.smartgridnews.com/ , 2013-02-03]

만약 미국 인디애나주 카멜(Carmel)의 Clay Terrace(쇼핑센터)에서 전기자동차

를 충전하려 한다면, 지붕 위 태양광 패널과 배터리 저장장치에 연결된 저속 및

고속 전기자동차 충전 시스템을 경험할 수 있을 것이다. 소위 플러그인 에코시스

템(plug-in ecosystem)으로 불리는 이 충전시스템은 재생에너지와 저장장치를 이

용하여 청정전력을 시간대에 상관없이 제공할 수 있는 기능을 갖추고 있다. 즉,

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태양광과 전기자동차 충전시스템을 연계한 기존 모델은 태양광 전기가 잘 생산되

지 않는 흐린 날이나 밤중에 사용하기가 어렵다는 특징이 있으나 저장장치를 추

가 결합함으로써 전기자동차 충전의 시간적 제약을 해소하였다. 이 시스템은 Clay

Terrace의 소유주인 Simon Property Group, Toshiba Corporation, Duke Energy,

ITOCHU Corporation, Tom Wood Automotive Group 및 인디애나주의 청정기술

이니셔티브인 Energy Systems Network가 공동으로 협력한 결과물이다. 그들은

이 충전소를 세계에서 가장 진보적인 전기자동차 충전소라고 강조한다.

구체적으로 이 플러그인 에코시스템은 10kW의 지붕 위 태양광 패널과 도시바

의 75kW 리튬이온 배터리를 그 쇼핑센터의 전기자동차 충전소에 연계하고 있다.

이 프로젝트는 테스트 성격보다는 지능형 전기자동차 충전기술의 실증 역할을 하

고 있다. 이 시스템은 현재 Duke Energy 전력망에 연계되어 있는데, 사람들이 붐

비는 장소에서 실증이 이루어짐에 따라 빠른 시일 내에 성공 여부가 결정될 것이

다.

이는 또한 전력회사인 Duke Energy 입장에서 첨단 저장기술과 연결된 재생에

너지가 어떻게 실용적이며 유용한 전력원이 될 수 있는지에 대한 실제 모델이 될

수 있을 것이다. Duke Energy의 시니어 프로젝트 매니저인 Zachary Kuznar는

전력망 에너지 저장장치의 혁신은 재생에너지 이용의 효과성에 큰 영향력을 가진

다고 말한다. 그는 Clay Terrace 쇼핑몰의 이 시스템이 다양한 태양광 전력 출력

을 수용할 수 있게 하고, 비첨두부하 시간대에 생산된 전기를 첨두부하 시간대에

활용할 수 있게 하며, 전기자동차 충전으로 인한 전력망 부하를 완화할 수 있게

한다고 강조한다. 현 시점에서 이 충전소를 이용하는 소비자들은 별도의 비용을

지불하지 않고 있다.

이러한 전기자동차 충전소의 혁신은 재생에너지와 저장장치의 결합에서뿐만 아

니라 어느 장소에서도 소비자가 편하게 충전할 수 있는 플랫폼 구축에서도 일어

나고 있다. IBM은 최근 전기자동차 소유주들이 보다 편리하게 전기자동차를 충전

하도록 만들기 위한 실증 프로젝트를 발표하였다. 운영차원의 실증(operational

demonstration)으로 불리는 B2B 마켓플레이스가 소비자들이 어디에 있건 간에 전

기자동차 충전과 충전비용을 매우 간단하게 만들 것이다. 이 솔루션은 그 전부터

계속 논의되고 있었으나 본격적으로 개발 및 실증이 이루어진 것은 최근부터이다.

이 솔루션은 에너지공급업체, 자동차 제조업체, 충전업체가 그들의 서비스를 공통

IT 플랫폼에서 통합하도록 하는 것이다. 독일에서 추진되고 있는 이 프로젝트는

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전기자동차 충전서비스 네트워크를 개발함으로써 독일 전 지역에서 호환성을 갖

춘 충전서비스를 가능하게 한다는 목표를 갖고 있다.

소비자들이 전기자동차 충전과 비용지불을 훨씬 쉽게 할 수 있는 것에 더불어,

전력회사 또한 그 IT 플랫폼이 상호운영적인 표준과 지불 기준을 포함하고 있기

때문에 혜택을 입을 것으로 보인다. 이 통합 플랫폼은 충전요금 정산 및 국가 간

충전서비스 제휴 문제에 대한 골칫거리를 해소한다. 이 B2B 마켓플레이스 실증사

업은 Green eMotion 프로젝트의 일환이다. Green eMotion 프로젝트는 2015년까

지 유럽 전역에 걸쳐 전기자동차 인프라스트럭처를 구축하는 것을 목표로 하고

있다(GTnet2012120132).