[지속가능한 모빌리티] 포르쉐 전기차에게 배터리가 소중한 이유는?

포르쉐는 2030년까지 전체적인 밸류 체인에 걸쳐 탄소중립을 이루는 것이 목표다. 생산, 물류 변화에 대한 포르쉐의 타임라인이 이 목표에 맞추어 움직이고 있으며, 전기 모빌리티는 그 목표의 핵심이 될 것이다.

전기차의 라이프사이클 동안 발생하는 모든 CO2 배출량의 거의 절반은 원료 추출과 가공을 포함하는 제조 단계에서 발생된다. 배출량이 두 번째로 많은 것은 자동차를 운영과 관련이 있는데, 이는 충전에 사용되는 에너지 혼합, 충전 효율, 차량의 효율 및 운전 스타일에 따라 결정된다. 하지만 차량의 라이프 사이클이 종료될 때의 재활용 절차와 소재들을 재가공하는 과정에서 발생하는 CO2 배출량은 가장 적다.

개별 요소의 측면에서 파워트레인 배터리는 차량의 라이프사이클 동안 CO2 배출에 가장 큰 영향을 미치게 된다. 즉, 배터리는 타이칸 한 대를 생산할 때 발생하는 이산화탄소의 40%를 차지한다. 다시 말하면, 에너지 캐리어의 크기가 전기차의 탄소발자국을 근본적으로 책임지는 것이다. 그러나 시장에서 전기차의 성공을 결정하는 것 또한 배터리다. 결국, 전기차가 고객의 기대와 요구사항을 만족시키기 위해서는 배터리의 크기가 정확하게 맞아야 한다.

미국의 한 자동차 제조사가 실시한 연구에 의하면, 부족한 배터리 충전 량으로 인해 이동에 대한 걱정이 전기차를 구매하려는 고객들의 가장 큰 걱정으로 밝혀졌다. 배터리 용량과 효율성의 증가는 전기차 고객의 요구와 걱정을 덜어내는 방향으로 진화해 나가고 있다는 것을 의미한다.  

현재 일부 자동차 제조사들은 주행거리가 600km를 훌쩍 넘어가는 모델을 출시할 계획을 앞다투어 세우고 있는 상황이지만, 주행거리가 짧고 단거리 위주의 주행에 적합한 소형 전기차도 인기를 끌고 있는 상황에 있다.

 

배터리 사이즈에서 최적의 균형을 찾다

 

포르쉐는 이 문제를 해결하기 위해 통상적인 선구적인 접근 방식을 찾아냈다. 포르쉐는 종종 서로 상충되는 요구사항으로 설명될 수 있는 것들 사이에서 적절한 균형을 찾는 배터리 사이즈를 찾기 위해 수많은 요소들의 우선순위와 실제 사례들을 분석한다. 

예를 들어, 포르쉐 고객들은 다이내믹한 주행 경험을 중요하게 생각하지만 동시에 매우 짧은 충전 시간으로 더 먼 거리를 달리고 싶어 한다. 통계에 따르면 대다수의 고객들이 하루 80km 미만의 거리를 운전하고 있으며, 1주일간 다니는 이동 경로의 80%가 450km가 채 안 된다고 한다.

일반적으로 대형 파워트레인 배터리는 동적 성능과 동일시된다. 그러나 뉘르부르크링 노르트슐레이페 트랙에서 시뮬레이션 한 랩타임은 그렇지 않다는 것을 증명했다. 포르쉐는 85.1kWh의 배터리와 2,419kg의 무게를 가진 가상의 타이칸 터보 S를 통해 7:39.5초 만에 코스를 완주할 수 있다고 계산해냈다.

배터리 용량이 70kWh로 줄어들면 차량의 총중량도 2,310kg으로 줄어든다. 배터리 전력 감소는 타이칸이 한 바퀴를 더 도는데 10분의 7초가 더 걸린다는 것을 의미한다. 차량 중량이 적어 기존 차량보다 0.02초 빠른 2.9초 만에 0-100km/h까지 가속이 가능하지만 타이칸이 200km/h에 도달하는 데는  9.51초가 걸리는데, 이는 오히려 2초 더 느려지는 것이다. 이런 계산은 전반적인 경량화가 배터리 전력 감소에 대한 보상이 전혀 되지 않는다는 것을 의미한다.

반면 100kWh 배터리는 차량 총중량에 107kg이라는 무게를 더하게 된다. 더 강력한 배터리를 장착했음에도 불구하고 랩타임은 7:42.4초로 더 느려지고, 0-100km/h 가속도 3.04초로, 200km/h까지는 9.71초로 더 느려지게 된다.

총중량이 2,743kg까지 늘어나는 130kWh 용량의 배터리를 장착하면 무게의 영향이 더 분명해진다. 이 구성을 적용하면 타이칸의 랩타임은 7:48.2초로 더 느려지며 0-100km/h는 3.28초로, 200km/h까지는 10.48초로 더 느려지게 된다. 

 

800V 기술과 고효율 DC 충전

 

포르쉐의 연구 결과에 의하면 소형 배터리가 생산 과정에서 이산화탄소 배출량을 줄이는데 더 좋은 옵션이지만, 중형 사이즈의 배터리가 최상의 드라이빙 다이내믹스를 제공한다는 것이다. 일반적으로 대용량 배터리는 더 긴 주행 가능 거리를 달리고 더 짧은 여행 시간을 만드는 것으로 알려져 있다.

그러나 800V 기술과 매우 효율적인 직류 충전 프로세스 덕분에 타이칸은 100km를 추가로 주행하기 위한 충전은 단 5분이면 충분하다. 대부분의 연구는 2시간의 운전과 15분의 충전 비율을 권장하고 있으며 타이칸은 이런 방식으로 운행할 경우 더 먼 거리를 달릴 수 있게 된다고 연구를 통해 밝혀졌다.

주행 가능 거리와 성능 그리고 지속가능성의 균형을 어떻게 해야 하는지에 대해 포르쉐는 이동시간에 초점을 맞춘다. 이런 점에서 배터리 사이즈는 100kWh가 가장 완벽하다. 향후 배터리 개발로 드라이빙 다이내믹스와 충전시간이 지속적으로 개선될 것이며, CO2 배출량 감소 측면에서는 더욱 큰 발전을 기대할 수 있을 것으로 예상하고 있다.

아직 출시되지 않은 2세대 전기차는 1세대 모델보다 차량의 수명주기 동안 이산화탄소를 4분의 1 정도 적게 발생시키겠지만, 탄소발자국을 줄이는데 가장 큰 기여를 하는 부분은 배터리 기술 그 자체가 될 것이다. 당연히 새로운 배터리 셀 기술은 에너지 소비를 더욱 줄일 것이며 더 높은 충전 용량은 효율성을 개선할 것이다.

 

새로운 배터리 기술은 생태계의 균형을 개선한다

 

또한 배터리에서 사용할 수 있는 재활용 원자재의 비율이 증가할 것으로 예상되면서 지속가능성이 크게 향상될 뿐만 아니라 포르쉐가 2030년까지 전체 밸류 체인에 걸쳐 탄소 중립을 달성할 수 있는 실질적인 기회를 얻게 되었다.

 

 

 

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