자동차의 시작부터 현재까지
< 일러스트 OpenAI의 DALL·E 제공 >
[위즈덤 아고라 / 이승원 기자] 현재 우리는 세계화 시대에 살고 있다. 사람들은 지구 어디에 있든지 서로 연락하고 만날 수 있다. 이 세계화는 인터넷과 이동수단의 발전에서부터 비롯되었다. 이 중 가장 유명하고 보편적인 이동수단은 자동차이다. 전 세계적으로 보면 인구 약 6명당 1대씩 자동차를 가지고 있을 정도로 많은 사람들이 자동차를 소유하고 있다. 그중 가장 눈에 띄는 곳은 미국인데, 미국은 약 2억 7,800만 대의 자동차를 가구들이 소유하고 있다.
자동차는 육지에서 사람들이 가장 많이 사용하는 이동수단이다. 자동차는 오래전에 발명되어 현재까지 이용되어 왔고, 점점 더 빠른 속도로 발전 중이다. 그 발전 속에서 많은 실험과 실패가 반복된 결과 현재의 자동차가 만들어졌다.
자동차의 역사
자동차는 1769년 프랑스의 퀴뇨가 와트의 증기기관을 보고 처음으로 고안하고 발명하였다. 최초의 증기자동차는 현대의 자동차와 다르게 앞유리나 뒷유리, 안전장치도 존재하지 않았고, 나무 뼈대, 의자, 바퀴, 그리고 증기기관과 장치들로 이루어져 있었다. 이때에는 브레이크도 장착되어 있지 않아 운전하기에 큰 어려움이 있었다. 증기자동차는 이후 등장한 내연기관 자동차와 경쟁을 벌였지만, 무거운 무게와 폭발 위험 때문에 점차 도태되었다. 이후 실질적인 자동차의 발전은 내연기관을 중심으로 이루어지기 시작했다.
내연기관의 발전은 독일에서 시작되었다. 다임러와 그의 동료 마이바흐는 독자적이고 완성도 높은 엔진을 만들어 내기 위해 내연기관 제작소를 설립하고 이를 이동수단에 접목시키기 시작했다. 그러나 다임러와 마이바흐는 최초가 아니었다. 내연기관을 기반으로 3륜 자동차를 만든 벤츠가 이미 이듬해 특허를 받았기 때문이다. 이후 1차 세계대전 후 어려워진 재정을 지키기 위해 다임러와 벤츠는 하나의 기업으로 합병했고, 그렇게 만들어진 회사가 메르세데스와 벤츠를 합친 “메르세데스-벤츠”이다.
자동차의 보편화 시작
자동차는 처음에는 높은 가격으로 인해 귀족들이 타고 다니는 이동수단으로 여겨졌다. 그러나 보편화가 시작되면서 가격은 점차 낮아져 일반 가정도 구매할 수 있게 되었다. 이 변화는 헨리 포드로부터 시작되었는데, 장인들이 수작업으로 만들던 자동차 생산 과정에서 조립 라인 도입을 통해 과정이 단순화되며 더 많은 자동차를 생산할 수 있었다. 이렇게 시작된 보편화는 낮아진 가격과 빠른 발전을 통해 자동차를 누구나 접근할 수 있는 이동수단으로 만들었다. 현대에 들어서는 대다수의 가정이 자동차를 보유하고 있고, 나라 간 이동도 가능한 필수 교통수단이 되었다.
자동차의 문제점들
과거 자동차들은 부식이 쉽게 일어나고 내구성이 좋지 않았다. 비가 오고 물이 고이기 쉬운 부위에 부식이 생겼고, 이로 인해 안정성에도 우려가 제기되었다. 당시 사람들은 약 3년 정도 자동차를 이용한 뒤 새 자동차를 구매해야 한다고 생각했다. 이러한 인식이 보편화되자 자동차 기업들은 판매량만 유지하면 된다는 안일한 생각에 기술 개발과 연구를 소홀히 했다.
또한 부식으로 발생하는 안전 문제, 사각지대 문제, 추운 날씨에 시동이 걸리지 않는 문제 등 안전과 편의성 관련 문제도 존재했다. 제대로 갖춰지지 않은 도로에서 안전하지 않은 자동차를 이용하다 보니 금전적·물리적 피해를 입는 경우도 많았다.
이러한 문제들은 경쟁 기업들이 늘어나고 차별화된 제품 개발을 위해 경쟁하면서 빠르게 개선되었다. 그러나 가장 해결하기 어려운 문제는 환경오염이었다. 배출가스로 인한 대기오염은 눈에 보이지 않아 초기에는 심각한 문제로 여겨지지 않았다. 그러나 자동차 수 증가와 기후 변화로 인해 배출가스의 심각성이 드러나면서 규제가 강화되기 시작했다.
몇몇 자동차 기업은 환경오염 규제를 피하기 위해 배출량을 조작하다 정부에 적발되어 제재 조치를 받기도 했다. 이렇듯 환경오염은 자동차 기업들에게 미뤄진 숙제였다.
정부는 이 숙제를 해결하기 위해 배출가스 규제를 강화했다. 노후 차량의 운행을 제한하기도 했고, 근본적인 문제 해결을 위해 환경오염을 줄일 기술 개발에 나섰다. 그렇게 배출가스가 거의 없는 차량부터 기존보다 훨씬 적게 배출하는 자동차 등이 개발되었다. 그중 현재 가장 보편적으로 이용되는 친환경 차량은 전기차이다.
전기차의 급부상
전기차는 내연기관과 비슷한 시기에 등장했으나 비용과 효율 문제로 인해 내연기관 자동차에 밀려 사라졌다. 그러나 2010년대 들어 배터리 기술 발전과 환경 문제 대두로 다시 주목받기 시작했다.
전기차의 양산 및 판매 가능성이 본격적으로 나타난 시점은 2009년이었다. 미쓰비시가 아이미브(i-MiEV)를 출시하면서 전기차에 대한 관심이 증가했고, 더 큰 배터리 기술 발전도 이어졌다. 이후 전기차는 전 세계적으로 판매되기 시작했고, 첨단 기술의 집합체라는 이미지를 강조하며 ‘신세대 자동차’로 자리 잡았다. 2020년에는 테슬라가 연간 100만 대 생산을 돌파하며 전기차 산업의 성장 속도를 보여주었다.
그리고 2023년에는 전기차 판매량이 1,000만 대를 돌파하며 실제로 전기차 시대가 도래했음이 확실해졌다. 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT)을 결합한 기술이 접목되면서 전기차의 미래지향적 이미지는 더욱 확고해졌고, 기술 개선에 따라 전기차의 팬층도 점점 두터워지고 있다.
전기차의 추가적인 발전을 이끄는 기술
현재 자동차 산업은 새로운 발전을 맞이하고 있다. 특히 전기자동차를 위한 배터리 연구가 활발하다. 최근에는 배터리에서 새어나가는 에너지를 막는 새로운 촉매가 개발되었다.
포스텍 김원배·조창신 교수와 박관현 연구원, 산디아 라니 망기 셰티 박사후연구원으로 구성된 연구팀은 주석 금속–카본 복합 촉매를 개발해 리튬-황 전지 양극 촉매로 적용한 결과 높은 에너지 저장률과 효율을 구현하는 데 성공했다고 지난 19일 밝혔다. 연구 성과는 우수성을 인정받아 국제 학술지 ‘스몰(Small)’ 표지 논문으로 지난 13일(현지시간) 게재되었다.
연구팀은 질소와 붕소가 동시에 도핑된 그래핀 나노시트와 탄소 나노튜브를 합성해 주석 미세입자와 결합한 새로운 촉매를 만들었다. 개발된 촉매는 전자 이동을 원활하게 하고 반응 표면을 제공해 배터리 내부 황 성분이 안정적으로 반응하도록 돕는다.
리튬-황 전지에서 황과 리튬이 반응해 생성되는 황화합물은 전해질 내에서 이동하며 전극에 붙었다 떨어지는 ‘셔틀링 효과’를 일으킨다. 이 현상은 활물질 손상으로 배터리 수명을 단축시키고 성능을 저하시키는 주요 원인이다. 연구팀의 촉매 적용으로 황화합물이 제자리에 고정되어 반응 정확도가 높아지고, 전극 표면에 균일하게 부착되어 배터리 성능이 향상되었다.
김원배 교수는 “이번 연구는 리튬-황 전지의 핵심 문제인 셔틀링 현상을 완화할 수 있는 새로운 촉매를 개발했을 뿐 아니라 성능을 수학적으로 평가할 수 있는 방법까지 마련했다”며 “차세대 고용량 이차전지 상용화에 한 걸음 다가간 성과”라고 평가했다.
자동차는 지금까지 우리의 삶과 함께 발전해 왔고 앞으로도 계속 발전할 것이다. 미래에 어떤 형태로 존재할지는 알 수 없지만, 지금까지 기술이 발전해 온 것처럼 인간의 편의를 위해 더 나아갈 것이다. 자동차는 위대한 발명품이며 우리의 중요한 이동수단이고, 새로운 기술의 접목을 통해 앞으로도 혁신을 이룰 것으로 기대된다.
[위즈덤 TECH]기술을 생각하면 보통 사람들은 거대한 기계나 우리의 삶을 바꿀 수 있을 혁신을 생각합니다. 그러나 기술은 우리의 삶 어디에나 들어가 있습니다. 우리가 매일 사용하는 냉장고, 집을 시원하게 해주는 에어컨, 심지어 책상과 의자까지 기술에 포함되어 있습니다. 우리가 무심코 지나갈지도 모르는 순간들 속에서는 기술은 어딘가에 숨어 있습니다. 저는 우리가 당연하게 사용하는 것들이 어떻게 작동되고 있는지 소개하려 합니다. 위즈덤 아고라 이승원 기자의 ‘위즈덤 TECH’으로 숨어있는 기술들을 함께 배워 보세요.
