친환경차 경쟁 승자는 누구일까?(1) : 수소차 vs 전기차
- 개별종목_국내주식
- 2018. 9. 25.
안녕하세요 이번에는 향후 친환경차 경쟁에서 최종 승자가 누가될 것인지 한번 생각해보는 시간을 가져보고자 합니다. 이와 관련하여 좋은 레포트 3편을 요약/정리해드리면서 생각을 정리해보고자 합니다.
최근 각국의 환경규제가 날로 강화되면서, 세계 각국의 자동차 회사들은 내연기관을 버리고 전기차/수소차와 같은 친환경차로 완전 이행하는 플랜을 속속 발표하고 있습니다. 독일의 자동차회사들은 물론이고 우리나라의 현대차도 조만간 내연기관 자동차 생산을 완전히 중단한다는 계획을 발표한 바 있는데요. 먼미래의 일 같았던 친환경차 시장 개화가 눈 앞으로 다가온 모습입니다.
지난 2018/08/31 - [투자관련칼럼] - 전기차/2차전지 관련 공부 글에서, 전기차/2차전지 관련 밸류체인에 대해 공부하면서 왜 전기차가 유망한지와 전기차 관련 밸류체인의 약점에 대해서도 알아보았습니다.
이번 시간에는 전기차/수소차로 대변되는 친환경차 중 과연 어떤 차가 미래 시장을 점령하게 될지에 대해 알아보고자 합니다. 이와 관련하여 첫번째로 삼성증권의 2018. 6. 25. "새로운 질서: 저무는 내연기관차, 뜨거워질 전기차와 수소차 경쟁"라는 레포트를 요약/정리해보고자 합니다.
-다시 찾아온 고유가는 전기동력차 수요를 촉발시키며, 글로벌 수요의 50%비중인 승용차 의 퇴출을 재촉하고 있음. 승용차 퇴출 주도 업체는 10년전 파산을 경험했던 미국업체들
-전기차 vs FCEV 경쟁 : 전기차나 FCEV의 원가가 내연기관차대비 경쟁력을 갖추는 2021~2022년까지는 일본/한국업체는 하이브리드, 유럽업체는 48V하이브리드로 내연 기관 파워트레인을 최대한 활용할 전망.
• 글로벌 완성차, 전기차와 수소차 병행개발 예상: 전기차는 부품수가 8천개~1만개로 내연 기관차의 30%~40%에 불과하고, 기술 진입장벽이 낮음. 반면, 무거운 배터리용량과 긴 충전시간으로 기술적 단점도 존재. 완성차는 헤게모니를 유지하기 위해, 정부는 고용 유지를 위해 전기차와 FCEV 개발을 병행할 전망.
FCEV의 기회요인
순수 전기차 대비 뚜렷한 장단점
우리는 리포트를 통해 FCEV가 순수 전기차와 비교하여 향후 동력의 한 축을 차지하기에 장점이 더 많다고 주장한바 있다. 전기차에 대한 관심이 크게 증가하면서 FCEV에 대한 관심도 같이 증가할 것으로 판단된다.
2020년까지는 순수 전기차의 수요 증가세가 훨씬 빠르겠지만, 2020년 이 후에는 글로벌 완성차의 활발한 FCEV 출시로 FCEV의 시장 개화가 예상된다. 완성차와 정부 관점에서도 전기차와 FCEV를 동시에 육성할 것으로 예상한다. 완성차 관점에서 전기차는 역할이 크게 축소되는 제품이다. 전기차는 부품수가 8천개~1만개 수준으 로 내연기관 자동차 대비하여 30~40% 수준이다. 부품수가 작은 만큼 기술적 진입장벽이 낮고, 엔진 대신 배터리가 원가의 35~40%를 차지하고 있다.
한편, FCEV의 경우 원가의 30%를 차지하는 스택 을 직접 제작 및 생산하고, 부품수도 스택 및 주변 운전장치로 인해 다시 2만개~3만개로 늘어난 다. 정부관점에서는 전기차는 고용 측면과 세금 측면에서 문제가 있다.
독일의 Fraunhofer 연구소 발 표에 의하면 2030년 글로벌 차량의 전기차 25%, 하이브리드 15%, 내연기관차 60%비중을 기준으로 독일 자동차산업 고용인원의 9%가 위험해질 전망이다. 전기차 대중화가 빨라질 경우 12%의 일자리 가 위협받게 될 전망이다.
독일에서 자동차산업의 일자리는 84만개 수준이며, 이중 21만개가 파 워트레인 관련 일자리이다. 한국 자동차 산업의 고용인원은 2016년 기준으로 33.6만명 수준이다. 전기차의 부품수 감소, 배터리 업체의 중국시장 진출 제한을 감안할 때, 전기차 수요 증가 시 한 국 자동차 산업의 고용인원 감소도 불가피할 전망이다.
기술측면에서 FCEV의 장점은 수소가 가지고 있는 높은 에너지 밀도로 인해 내연기관차와 동일한 5분이내 충전과 한번 충전으로 600km이상의 주행거리가 가능하다는 점이다. 도요타 미라이의 경우 주행거리가 650km이며, 현대차의 넥쏘는 609km주행거리를 갖추고 있다. 한국시장에서는 자동차 의 주행거리를 따질 때는 항상 서울-부산간의 거리인 325km를 기준으로 했으나, 이제 남북한 경 제 통합의 시대를 맞이하여 주행거리에 대한 개념도 변화시킬 필요가 있다. 부산-평양간의 거리는 520km, 부산-원산간 거리는 465km로 FCEV의 경우에는 한번 충전으로 완주가 가능하다.
또한 원가에서 차지하는 원자재 비중이 낮아 대량생산에 따른 규모의 경제 효과가 가능하다. 완성차 입장에서 FCEV는 차량 내부에 엔진과 트랜스 미션 자리에 스택, 이차전지, 수소연료 통을 배치하면서 기존 차량의 섀시 프레임을 그대로 활용할 수 있는 장점이 있다.
FCEV의 단점은 전기차대비 낮은 출력과 수소탱크로 인한 내부공간의 제약성이다. 현대차 넥쏘는 최대출 력 154마력 및 최대토크 40.3kg.m인 반면, 테슬라 모델3 표준모델은 최대출력 204마력 및 33kg.m이다. 모델3 롱레인지(주행러기 500km)의 경우에 최대출력 258이다. 2018년에 출시된 싼 타페 디젤은 출력 186마력 및 41.0kg.m.으로 수소차의 출력은 중형 승용차와 유사한 수준이다. 또한 차고가 낮은 승용차의 경우 수소탱크 배치에 따라 실내공간에 제약이 있을 수 있다. 이에 따라 현대차는 FCEV 양산시 SUV모델을 택하고 있다. 충전소 설치에 20~30억원 소요로 초기 인프라 확충에 비용부담이 있다.
전기차는 높은 출력으로 매력적인 주행성능을 갖추고 있어 스포츠카로도 손색이 없다. 전기차는 테슬라의 등장으로 소비자에게 친숙한 차종이 되었고, 충전소 설치에도 큰 비용이 소요되지 않아 이미 많은 주거지역에 인프라가 갖추어 지고 있다. 전기차의 단점은 배터리를 구성하는 재료의 낮은 에너지 밀도로 인해 충전시간과 주행거리의 제약이다. 배터리 용량을 늘리면, 주행거리가 증가하지만 배터리 팩의 무게가 같이 증가한다.
전기차는 동급 내연기관차보다 10~20% 정도 무겁다. 테슬라 모델S 기준으로 총 2,119kg의 차량무게 중에 배터 리 팩의 무게는 29%를 차지하고 있다. 배터리 팩의 무게는 10kwh당 100kg 수준으로 배터리 팩의 용량을 늘릴수록 차량의 무게가 증가하게 된다. Luxury차량의 경우에는 배터리 가격이 큰 문제 가 되지 않겠지만, 3만달러 수준의 중형차부터는 배터리 용량 증가에 한계가 있다. 미국의 인기 차종인 Pick-up트럭 F-150의 주행거리는 760km이다. 동일한 주행거리를 위한 전기차의 배터리 팩 무게는 2톤으로, F-150의 공차중량을 감안할 때 전기차 F-150의 무게는 6톤이 된다.
결론적으로 전기차는 스포츠카, 승용차나 도심 주행을 위한 차량에 더 적합하며, FCEV는 친환경성보다 는 시간 효율성이 더 중요한 버스나 상용차, 공간의 제약이 있지만 가벼운 차량무게로 중대형 SUV에 더 적합한 것으로 판단된다.
결국 원가 경쟁
내연기관 엔진을 처음 발명(1886년)하고 현재와 같은 프레임 형태의 차량(1904년)에 엔진을 내 재화한 것은 벤츠이다. 그러나 자동차 대중화를 이끌고 가장 많은 부를 차지한 회사는 포드이다. 조립공정 분업 및 부품 표준화로 대량생산에 성공하면서 차량가격이 초기 900달러에서 300달러 로 하락하였기 때문이다.
전기차와 FCEV의 경쟁도 결국 어떤 차종이 먼저 원가경쟁력을 확보하고 대량생산을 할 수 있는 가에 따라 내연기관차의 자리를 대체할 수 있게 될 전망이다.
FCEV의 경우에는 원가하락에 두 가지 기술적 걸림돌이 있는데, 첫 번째는 수소를 이원화 시키는데 필요한 촉매제인 백금의 가격이다. FCEV의 개발 초기 백금 가격에 대한 부담으로 원가가 매우 비싸다.
한편, 백금사용량은 기술발전 에 의해 2002년 200g → 2013년 80g(현대차 ix35 FCEV) → 2015년 30g(도요타 미라이) → 2016년 11g(혼다 Clarity)으로 크게 감소하였다.
두 번째는 스택의 핵심인 막전극접합체(MEA: Membrane Electricity Assembly)의 가격이다. MEA는 고분자 전해질막(Polymer Electrolyte Membrane)을 중 심으로 양극(Cathode/ 공기극), 음극(Anode/연료극) 이 접합되어 한 단위의 셀을 이루는데, 이 셀을 MEA라고 부른다.
스택 하나에 대략 400~500매의 MEA가 필요하고 현재는 고어사가 상용화된 모든 수소차에 MEA를 납품하고 있다. 고어사의 MEA는 불소계 확장형 플리테트라플루오로에틸렌(e-PTFE) 소재 기술을 근간으로 하고 있다.
동 소재는 수소이온을 잘 전달하는 동시에 내구성, 화학물질에 닿아도 성질이 변하지 않는 내 화학 성, 200℃ 이상에도 견디는 내열성의 특징을 가지고 있다. 미국에너지부(DOE)의하면 1천대 생산 기준 으로 MEA 가격은 9,538달러로, 도요타 미라이 기준으로 스택가격의 62% 및 전체 원가의 17%를 차지한다.
한국의 여러 소재업체들이 MEA를 개발 중으로 국산화에 성공할 경우 스택의 가격은 기존 대비 30~40%로 낮아질 전망이다. 현대차는 FCEV 원가를 현재 NEXO기준 7천만원에서 5천만원으 로 낮출 계획인데, 이중 50%는 MEA 국산화 성공여부가 좌우할 전망이다.
FCEV는 일본업체와 현대차만 양산모델을 보유하고 있어, 대량생산에 불리하다. 일본업체는 대량생산을 위해 도요타는 BMW와, 혼다는 GM과 Alliance를 진행 중 이다.
벤츠가 독일모토쇼에서 선보인 GLC FCEV는 포드와의 FCEV JV에서 개발한 스택을 장착하고 있다. 언론에 의하면 현대차는 관련기술이 없는 독일업체 중 아직 파트너가 없는 VW그룹 산하의 Audi와 협력한다.
2019년부터 Audi의 FCEV차량 H-tron에 모비스를 통해 스택 공급이 예상되며, 중국시장에 먼저 진출할 계획이다. Audi의 H-tron은 xEV전용차량으로 EV모델인 e-tron과 FCEV인 H-tron이 있 다. H-tron은 충전시간 4분에 주행거리는 600km이며, e-tron은 95kwh배터리를 장착하고 주행거 리 400km이다. 유럽시장은 소비자의 xEV에 대한 높은 수요성을 감안할 때, FCEV에 대한 수요 도 빨리 성장할 가능성이 있고, VW만 유일하게 FCEV 파트너사가 없었던 상황이다.
그 외 협력 의지를 밝힌 FCA와 상하이차도 추가로 가능한 파트너사로 예상된다. FCA는 SUV와 Pick-up비중이 매우 높아, 전기차로 많은 부분을 대체하기에 배터리 무게, 충전시간 등으로 한계 가 있다. 상하이시는 2030년 FCEV 1백만대 보급을 목표로 육성 중이며, 상하이차가 FCEV기술을 보유하고 있다.
전기차는 이미 소비자에게 익숙한 차량으로 먼저 대량생산에 유리한 고지를 점하고 있다. 중국 에서는 저가 전기차 생산을 위해 VW은 Ford는 각각 JAC 및 Zoyte와 파트너쉽을 체결하였다. 전기차 원가경쟁력에는 원가의 30~40%를 차지하는 배터리팩의 가격 하락이 중요하다.
현재 완성차업체의 컨센서스는 배터리셀 가격기준으로 현재 145달러/Kwh에서 100달러/Kwh에 도달해야 내연 기관차의 파워트레인 대비 가격경쟁력이 있다고 예상하고 있다. 리튬이온 배터리는 에너지 효율성의 한계와 높은 원자재 비중으로 인한 원가 컨트롤의 한계로 인해 현재 많은 배터리 업체들이 차세대 배터리를 연구하고 있으며, 21~22년 상용화를 예상하고 있다.
삼성증권 레포트의 내용을 종합하여 판단해보면 다음과 같습니다.
1. 현재로서는 전기차가 우위에 있는 것은 맞다.
2. 다만 수소차도 서서히 치고 올라올 것으로 판단.
3. 전기차/수소차 나름의 장단점이 있어 섣불리 어떤 차종이 우위를 가질지 예측하기는 쉽지 않다.
다만, 과거 사례로 볼 때 "원가 절감"에 성공하는 쪽이 결국 우위를 가져갈 것.
4. 현재 완성차 업체에서 유리한 것은 수소차를 보급하는 것. 그 이유는 위에서 설명한 바와 같이,
수소차는 기존의 프레임을 그대로 유지할 수 있을 뿐 아니라, 진입장벽도 높기 때문에 "테슬라"같은
신규업체가 진입하기 쉽지 않고 오히려 기존 완성차 업체에게 유리한 측면이 있기 때문.
5. 정부/완성차 업체입장에서는 당분간은 전기차/수소차 모두에 투자할 것으로 판단.
끝으로 삼성증권 레포트 원본파일을 첨부해드리면서 이번 글을 마치고자 합니다. 100페이지가 넘는 방대한 분량이지만 전기차/수소차의 현재, 미래에 대해 아주 자세하게 설명하고 있는 좋은 레포트입니다. 레포트를 자세히 공부하시면서 투자에 많은 도움받으시면 좋을 것 같습니다.
그리고 본 시리즈의 마지막 글에서 제 개인적인 견해를 밝히고자 합니다. 감사합니다.
삼성20180625자동차.pdf<친환경차 경쟁 승자는 누구일까?> 시리즈 읽기
2018/09/25 - [국내주식투자] - 친환경차 경쟁 승자는 누구일까?(1) : 수소차 vs 전기차