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친환경적인 EV 업그레이드를 위한 세 가지 방안

Published Date
Author Alan Yoon

스마트 캐빈이 전기차에 제공하는 세 가지 지속 가능성 이점

(출처: davidjancik - stock.adobe.com)

전 세계 많은 국가들은 지구 온도 상승을 제한하기 위해 탈탄소화 목표에 서명했다. 기후 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)는 최악의 기후 변화 시나리오를 막으려면 지구 온도는 산업화 이전 수준과의 차이가 1.5°C를 초과해서는 안 된다고 명시했다1 . 운송 부문은 전 세계 탄소 배출량의 약 1/4, 미국의 경우에는 28%를 차지하며2, 이는 모든 부문 중 가장 높은 수치이다.

이 같은 현실로 인해 자동차 OEM들은 전기차(EV) 개발에 막대한 노력을 기울이고 있다. EV는 내연기관의 열 효율인 약 25~30%를 크게 향상시키게 될 것이며, 자동차 제조사들은 차량의 지속 가능성 또한 향상시키기를 기대하고 있다. 본 글에서는 스마트 캐빈이 EV 지속 가능성 향상에 도움을 제공할 수 있는 세 가지 방법에 대해 살펴본다.

캐빈 열관리

에너지 효율은 2050년까지 온실가스 배출 제로를 추진함에 있어 소비되는 모든 에너지 단위의 영향을 극대화하는 데 매우 중요하다. 그 결과, 자동차 엔지니어들은 향후 실행 가능한 모든 통합이나 운송 수단의 변경을 위해 이용 가능한 모든 에너지원을 검토하고 있다.

스마트 캐빈이 그 역할을 수행하는 방법으로는 지능형 센서와 AI 알고리즘을 통합하여 탑승자를 위한 실내 온도를 효율적으로 조절하는 것이 있다. 또한 스마트 캐빈은 자동차 내부를 구역으로 분할하여 빈 좌석을 가열하거나 냉각하지 않도록 공기 흐름을 다른 곳으로 유도한다. 이 같은 기능을 활용할 경우 자동차가 과도한 전력을 소비할 수 있는 규정 수준 대신, 필요한 만큼의 에너지만 끌어내고 효율성을 높여 주행 거리를 연장할 수 있다.

화학 회사들은 기존 소재보다 향상된 효율로 탄소 배출 영향을 크게 개선하기 위해 지구온난화지수(GWP, Global Warming Potential)가 낮은 새로운 냉매를 제조하고 있다. 향후에는 이 같은 새로운 유체가 배터리 열 관리 시스템과 통합되어 에너지 흐름을 최적화하고 자동차 전체의 에너지를 극대화할 수 있게 될 것이다.

성과 측정하기: LCCP

지속 가능성 향상을 정량화함에 있어 LCCP(Lifecycle Climate Performance, 생애주기기후성능)는 자동차 제조사들에게 점점 더 중요해지고 있다. LCCP는 차량 수준에서의 에너지 효율성뿐만 아니라 충전 인프라 및 전략을 통한 그리드 배출의 영향과 자재 생산 및 폐기도 고려한다.

공급망 위아래로 탄소 투입량을 측정하면 지속 가능성 향상을 보고하기 위한 통제 범위가 확대되어 제조사들이 지속 가능성이 더 높은 하나의 중점 영역에서 성능이 더 낮은 다른 영역과 타협하지 않도록 보장한다.

재활용 및 환경 친화적 소재

지속 가능한 소재를 사용할 경우 보충하기도 쉬우며 폐기물을 줄이는 등 환경적으로 이중 효과를 누릴 수 있다. 진정한 탄소 중립 EV를 개발하려면 지속 가능한 소재를 활용하는 것이 필수적이다. 또한 OEM은 제품 개발 프로세스에 중요한 원료 소싱에서 수명이 다한 폐기물에 이르기까지 소재의 수명주기 전체를 고려해야 한다.

자동차의 탄소 발자국 감축 차원에서 스마트 캐빈에는 재활용 플라스틱, 천연 섬유 및 저공해 접착제와 같은 지속 가능한 소재가 사용되기 시작했다. 이 같은 소재는 자동차의 지속 가능성 프로파일을 개선하면서 편안함과 심미성을 향상시킬 수 있다.

좌석 및 카펫 섬유 대안

수년 동안 기업들은 재활용 플라스틱 병을 사용하여 비용 효율적이고, 내구성이 뛰어나며, 지속 가능한 옵션인 재활용 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에스터를 제작해 왔다. 자동차 제조사들은 스마트 캐빈에 내구성이 뛰어난 좌석 소재를 활용하고 있다.

BMW는 iX SUV의 카펫과 바닥 매트 설계에 또 다른 지속 가능한 플라스틱인 에코닐(Econyl)을 사용한다. 이 소재는 플라스틱 제조에서 발생하는 폐기물과 바다에서 나온 재활용 어망을 결합하여 CO2를 80% 줄인 나일론 대체품을 생산한다3.

메르세데스(Mercedes)는 EQXX의 카펫 섬유로 완전히 재활용 가능하면서도 빠르게 자라는 대나무를 사용한다. 엔지니어들은 대나무를 의료, 건축, 의류 및 기타 여러 응용 분야에 사용하여 기존 원소재의 대규모 파이프라인을 만든다.

에너지 하베스팅과 스마트 조명

폐열 회수 및 지능형 조명의 에너지는 EV 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있다. 전기 구동계는 전력망에서 동력으로 전기 에너지의 77%를 휠에서 전력으로 변환하여, 가솔린 에너지의 12~30%만 휠에서 동력을 공급하는 내연기관 구동계보다 훨씬 더 효율적이다4. 또한 차량을 정지시키고 캐빈 조명을 소등하면 지속 가능성 향상을 위한 추가적인 에너지원을 확보할 수 있다. EV 에너지 하베스팅은 회생 제동, 스마트 조명, 루프탑 태양광 등 세 가지 경로를 통해 이루어진다.

회생 제동

회생 제동은 차량이 정지하는 동안 손실된 에너지의 일부를 복구한다. 이렇게 회수된 전력은 주행 거리를 늘리거나 다른 자동차의 서브 시스템에 전원을 공급하기 위해 배터리로 반환된다. 회생 제동은 최대 70%의 효율성으로5 배터리 성능 저하를 가속화하지 않고도 연간 수천 마일의 주행 거리를 추가 확보할 수 있다. 하지만 이는 복잡성을 가중시켜 트랙션 시스템의 유지보수 비용을 높이게 된다. 그럼에도 불구하고, 테슬라(Tesla)나 리비안(Rivian)과 같은 기업들은 차량 수명에 대한 전력 이점으로 인해 차량에 이 같은 에너지 회수 방법을 채택하고 있다.

스마트 조명

지능형 조명은 구역별로 구분된 실내 냉각과 마찬가지로, 운전자의 요구 사항과 실내 상태에 반응하여 필요한 곳에만 조명을 비춰 동일한 성능을 유지하는 데 드는 에너지 소비량을 줄인다. 또한, LED 조명은 백열등 조명에 비해 에너지 효율성을 최대 80% 향상시킬 수 있으며 모션 센서와 추가 스펙트럼 색상을 활용하여 전력 소비를 최적화한다. 스마트 조명은 필요한 곳에서만 사용되도록 조명을 최적화하고 안전성을 향상시켜 운전자에게 도움을 제공할 수도 있다.

루프탑 태양광

EV의 가장 큰 문제 중 하나는 극한의 온도 조건에서 성능이 저하된다는 것이다. 배터리를 예열하거나 냉각하기 위해 루프탑 태양광을 사용하면 고부하 조건에서 탄력성이 향상되고 스마트 캐빈 서브 시스템의 전력 상 주행 거리가 약 23% 향상된다. 이 접근 방식은 또한 배터리 수명을 늘리고 충전 시간, 에너지 소비를 줄여 지속 가능성을 크게 향상시킨다.

맺음말 및 향후 동향

스마트 캐빈은 열관리 개선, 재활용 소재 함량 확대, 에너지 하베스팅, 지능형 조명 등 다양한 방식을 통해 지속 가능성을 실현할 수 있다. 지속 가능성은 소비자 선호도나 규제의 변화, 주식회사들의 목표가 진화함에 따라 전기차 제조사들에게 점점 더 중요한 주제로 부상할 것이다. 본 글에서 논의된 트렌드 외에도 스마트 캐빈 기술이 자동차 산업을 변화시키고 성능과 지속 가능성을 발전시키는 방법에 대해 자세히 알아볼 수 있다. 

제조사들은 소비자들이 스마트 캐빈이 장착된 차량을 선택할 때 친환경 기능을 고려하도록 장려하여 대량 채택을 통한 규모의 경제 개선을 달성해야 한다. 지속 가능한 콘텐츠를 사용하는 캐빈의 성능과 사용자 혜택을 강조하는 것은 이를 달성하기 위한 좋은 방법이다.

마지막으로, OEM은 지속 가능성 향상을 위한 개발 아이디어를 제공하기 때문에 수명 주기 탄소 영향의 관점을 취하는 것이 공급업체에게 있어 매우 중요하다. 이 같은 파트너십은 자동차 제조사들이 설계가 발전함에 따라 공급업체들과 비용 절감 성과를 달성할 수 있도록 상거래 계약을 맺는 방식과 유사하다고 볼 수 있다.

출처

저자 소개

Adam Kimmel

아담 킴멜(Adam Kimmel)은 실무 엔지니어, R&D 관리자 및 엔지니어링 콘텐츠 작가로 약 20년 근무했다. 그는 자동차, 산업, 제조, 기술 및 전자 제품 등의 수직 시장에서 백서, 웹사이트, 사례 연구 및 블로그를 위한 게시글을 기고한다. 아담은 화학 및 기계 공학 학위를 보유하고 있으며, 엔지니어링 및 기술 콘텐츠 작성 전문 회사인 ASK Consulting Solutions, LLC의 설립자이자 대표이다.