[양현상 칼럼] 도심 항공모빌리티 산업을 위한 에너지 전략

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도심 항공모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)는 획기적 아이디어지만 이착륙 때 대량의 배터리 에너지가 소모되기 때문에 다양한 대처 기술과 이착륙 시 과도한 에너지 소비를 줄일 차세대 에너지 극대화 확보 전략을 마련해야 한다.

다양한 모빌리티 및 디바이스의 에너지원인 배터리의 다기능성 및 에너지 효율성이 요구되고 있다. 1990년대 중반 부터 벌어진 배터리 폭발사고로 배터리 안전 문제가 제기 되었고, EU를 중심으로 선진국들이 2000년대 들어와서 CO2 저감 정책을 발표 등 전기자동차 시장의 성장 을 견인함으로서 배터리 시장이 급성장하고 있다.

글로벌 배터리 시장은 연평균 23% 성장해 2020년 530억달러(약 58조 원)에서 2025년 1,670억달러 (약 184조원)로 성장할 것으로 예상하고 있다. 2025년까지 세계 배터리 설비 투자액은 849억달러에 달할 것으로 예상하고, 현재 공급과잉인 배터리 시장이 2022년부터는 공급이 부족할 것으로 예상하여, 배터리 제조업체들은 생산설비 증설 진행 중이다.

2022년 리튬 배터리 한계 해결 위한 차세대 배터리 상용화 기술 개발 중이다. 주요 성능 향상 목표는 에너지 총량 부족(밀도, 시간), 고에너지밀도 배터리의 안전성(과방전, 쇼트 등) 문제, 극한환경 운용성 부족이다. 동일 비용 하에 고효율, 고용량, 안전성 높은 에너지 시스템 개발 필요하다. 일론 머스크가 이야기하는 테슬라의 배터리 혁신 발표 5가지 중 '유니바디 구조 플랫폼'은
모듈 없는 배터리, 새로운 합금을 적용해 한 번에 배터리가 탑재될 공간을 생산하는 베테리 구조화를 언급했다. 중, 대형 배터리 시장에서 동일 부피당 고용량 성능 수요와 구조전지화 기술은 에너지 고용량 수요에 적합한 시스템 에너지효율성 향상에 탁월한 기술이다. 전지 케이싱과 구조의 일체화를 통해 이차전지의 본질적 문제인 낮은 안전성 극복 가능하고 기존 기술의 pain point 해결하기 위해서는 시스템 에너지 총량 부족, 고 에너지 밀도 배터리의 안전성 문제 극복, 극한환경 운용성 향상이 필요하다.

높은 배터리 용량 수요는 향후 5년간 4배 이상 급증 할 전망으로, 전자제품의 주요 경쟁력이 될 것이고, 전지의 구조화 기술은 배터리 기술, 배터리의 물리적 공간 제약 및 무게로 인한 시스템 저장 에너지량의 한계를 극복, 시스템 에너지 총량이 이차 전지가 적용된 시스템 대비 획기적으로 높일 수 있다.

극한 환경(-20℃ 이하)에서 기존 전지 성능 급감은 현재 전지 기술의 한계점, 탄소 및 유리섬유 기반 면상발열 구조체와 전지의 일체화 성형을 통해, - 40℃ 까지 운용 가능한 구조전지 시스템을 개발 중에 있다. 이분야에 주목되고 있는 사성파워은 구조전지 원천기술을 보유한 국내 유일의 기업으로, 구조전지 응용기술 개발을 통한 실증 단계에 있고, 상용 구조전지 기술의 글로벌 리더를 목표로 개발 추진 중이다. 세계 최고수준의 구조전지 단위 셀 용량(130Wh/kg)을 확보하고, 미국, 영국, 스웨덴 등 선진국과 치열한 경쟁이다.

오랜 시간 비행하는 데에는 가벼운 배터리가 더 유리할 것이고 배터리의 무게나 성능이 월등하게 차이나지는 않는 것으로 본다. 이를 극복할 수 있는에너지 극대화 설계 개발이 필요하다.
도심항공모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)가 미래 산업의 새로운 먹거리로 떠오르면서 국내외 기업들이 UAM 개발에 속도를 내는 가운데 기체에 탑재될 에너지 극대화에 대한 혁신적 기술이 중요하다.

<한경닷컴 The Lifeist> 양현상 공학박사

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