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노벨상 리튬 전지···日 "해결과제 수두룩, 개발전략부터"

일본경제신문 칼럼니스트 '리튬 혁명' 기고 게재
엔진+모터 병용 하이브리드 기술 제안
리튬 이온배터리를 개발한 요시노 아키라 아사히 명예연구원이 올해 노벨 화학상을 수상한 가운데 일본경제신문이 지난 17일 '리튬 혁명'을 주제로 아직 가야할 길이 멀다는 칼럼을 실었다.

리튬 이온배터리가 스마트폰 등에 활용되며 우리의 생활을 바꾸는데 큰 기여를 했지만 이제 한 고비를 넘겼을 뿐, 남은 과제가 더 많다는 내용이다. 일본경제신문의 나카야마 아츠키 칼럼리스트가 쓴 글의 자세한 내용을 하단에 소개한다.

◆ '리튬혁명' 이제 한 고비 넘겼을 뿐이다

21세기 자원으로 '데이터'를 떠올리는 사람이 많은 것 같다. 하지만 '리튬'이라고 답하는 사람도 꽤있을 것이다.

노벨 화학상 수상자로 결정된 리튬 이온 배터리의 개발자 요시노 아키라 아사히 명예연구원도 "IT 모바일 혁명의 다음 주자는 ET(에너지 및 환경기술)혁명"이라며 원소기호 Li에 대한 기대감을 전했다. 이것은 전기자동차를 염두하고 발언한 것으로 보인다.

하지만 전기자동차의 보급은 쉽지 않다. 요시노 명예연구원도 기자회견에서 "재료면에서 여전히 어려운 문제가 있다"고 아쉬운 표정을 한 것이 인상적이다. 

'어려운 문제'란 무엇인가. 전기자동차를 판매하는 곳은 일본 닛산의 '리프'와 미국 테슬라의 스포츠카 등 조금 밖에 없다. 길거리에서 만날기회가 적다.

전지 재료가 되는 리튬 채굴 현장에도 눈을 돌려보자. 남미의 '우유니 소금사막'에 매장된 리튬은 지구 전체의 절반에 달한다. 하지만 소금사막이 있는 볼리비아와 칠레, 아르헨티나의 국경부근에서는 자원 쟁탈전이 진행되고 있지 않다. 그 이유는 석유에서 리튬 에너지로 전환되는 시간이 20~30년에 걸린 느린 변화이기 때문이다.  자동차의 전지 세계는 반도체와 같은 '무어의 법칙'이 존재할 수 없다.

무어의 법칙은 '반도체의 연산 능력이 18개월마다 2배로 늘어나지만 비용은 절반이된다'라는 법칙이다. 1960 년대에 시작된 이후 중단된 적이 한번도 없고, 그 진화의 연장선상에서 태어난 것이 스마트 폰과 AI (인공 지능)다.

만약 동일한 법칙이 가솔린 차에도 유효했다면 어땠을까. 토머스 프리드먼 뉴욕 타임스 칼럼니스트는 저서 '늦어서 고마워'를 통해 1971년에 제작 된 '폭스 바겐 (VW) 비틀이 1 리터 당 85 만 km 주행할 수 있고 가격이 불과 4 센트가되어 있어야한다고 추산하고있다.

하지만 실제 가솔린 차량은 그렇지 못했고 리튬 이온 배터리를 사용한 전기자동차도 무어의 법칙과는 무관했다. 실리콘 미세 가공 기술의 진화가 반도체 성능 향상에는 도움이되지만 배터리는 '출력이 커지면 축전 량이 적어진다'라는 트레이드 오프의 관계, 즉 물리적인 한계가 존재한다. 엄청난 축전 량의 성장은 기대할 수없는 데다 자동차와 같이 큰 출력이 필요한 제품 일수록 성능의 향상은 어려울 것이다.

리튬은 다른 재료에 비해 충전 효율이 높은 편이라 한다. 하지만 단위당 에너지는 휘발유의 1/20 정도다. 그것이 줄어들지 않는다면? 마력이나 주행 거리를 늘리려면 배터리의 크기를 크게 할 수밖에 없다. 그래서 고출력 항속 거리도 긴 테슬라 자동차는 3단 전지보다 조금 큰 원통형 리튬 이온 전지 6000개 이상을 싣는다. 배터리 부분의 가격이 3000만원 이상이다.

획기적인 전지의 발전을 목표로 연구가 다양하게 진행되고 있다. 마법 같은 기술이 화제가되는 프로젝트도 있지만, 대부분은 연구소수준의 기술들이다. 그런 가운데 일본 기업도 개발중인 '전고체전지'라는 신기술에 주목할만하다. 저장할 수 있는 전기 용량, 충전 시간, 가벼움은 기존의 리튬 이온 배터리를 크게 능가 전망이다.

그러나 상용화는 2025년 이후가 예상된다. 원재료의 안정적인 조달과 생산 비용도 문제가 많다. 결국 1 년간 세계에서 판매되는 약 9000만대 신차 비율 중 전기자동차가 대체하는 퍼센트는 그리 높지 않을 것으로 보인다.

유럽 ​​연합 (EU)과 중국, 미국 캘리포니아주는 온난화와 대기 오염 대책으로 전기자동차의 조기 도입을 촉진하는 정책 목표를 내걸고있다. EU는 40년 이후 내연 기관 (가솔린 및 디젤 엔진) 사용 자동차 전폐를 표명하고 있지만, 현실적이지 못하다는 평도 있다.

결국 엔진과 모터를 병용하는 하이브리드 기술이 재평가받고 있다. 중국은 전기자동차의 보급에 시간이 더 걸릴 것으로 예상, 올 여름 전기자동차나 연료 전지차의 보급을 목표로 환경 규제를 풀고 가솔린 차와 같은 취급이었던 하이브리드 차량도 친환경 처리에 포함토록 정책 수정을 결정했다. 

일본 최초의 하이브리드 자동차 '프리우스'의 개발 책임자였던 야에가시 타케 히사 · 도요타 자동차 전 이사는 우유니 사막을 스마트 폰의 배경 화면으로하고 있다고한다. 

하지만 그는 "일본은 전기 기술의 보고(宝庫)다. 더 다양한 조합을 해외에 제안 할 수있을 것"라고 말했다. 그럴지도 모른다. 리튬 혁명은 아직 한 고비를 넘겼을뿐이다. 본격적인 전기자동차 시대가 오기 전에 우리도 나름대로의 기술과 제품 전략을 제대로 세워야할 것이다.
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