후끈한 미래 모빌리티 시장 키 포인트 '히트펌프'

[이코노믹데일리] 전기차(EV), 수소연료전지차(FCEV), 자율주행차 등 미래 모빌리티 시장 선점 경쟁이 점차 치열해지는 가운데 이들 발전에 빠질 수 없는 기술로 '히트펌프'가 떠올랐다. 

히트펌프는 난방, 환기, 냉방을 포함한 전체 자동차 공조시스템(HVAC)에 포함된 장치로, 냉매를 이용해 외부에서 끌어온 열로 실내를 따뜻하게 하거나 반대로 실내의 열을 외부로 보내 냉방을 하는 기술이다. 

이호근 대덕대 자동차학과 교수는 12일 "히트펌프는 미래 모빌리티에 필수적이기에 히트펌프 시장은 무조건 성장할 수밖에 없다"며 "국내 기업들은 이 시장에서 경쟁력을 가지기 위해 지속적인 연구와 개발을 해야 한다"고 설명했다. 

히트펌프는 특히 겨울철 미래 모빌리티에 긴요한 기술이다. 리튬의 이동으로 에너지를 생산하는 전기차의 경우 기온이 낮은 겨울엔 리튬 이온의 이동 속도가 떨어져 배터리 효율이 크게 저하된다.

또 배터리와 수소연료전지를 활용하는 미래 모빌리티의 경우 기존 내연기관과 달리 엔진에서 발생하는 열을 활용할 수 없다. 이에 난방에 필요한 열을 외부에서 추출해 배터리 소모를 줄여야 하는데 이를 히트펌프가 수행함으로써 주행가능거리를 늘릴 수 있다. 

실제 히트펌프는 기존 난방 방식(PTC)과 비교하면 열효율은 30~50% 이상, 주행가능거리는 10% 정도 개선할 수 있다. 

이러한 중요성 탓에 일론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 "히트펌프는 화석연료를 대체할 중요한 기술로, 자동차에서 시작해 가정, 기업 부문에까지 히트펌프를 적용할 수 있는 방안을 연구하고 있다"고 밝히기도 했다. 

히트펌프 시장은 미래 모빌리티 수요 증대와 함께 빠른 성장 곡선을 그릴 전망이다. 

에너지경제연구원이 지난해 발표한 '글로벌 EV 시장 동향 및 전망'에 따르면 전기차 판매량은 2023년 약 1400만대에서 2030년 4500만대, 2035년 6050만대에 도달할 것으로 예상된다. 전기차 판매 비중은 2023년 약 15%에서 2030년 40%, 2035년 50% 이상으로 증가될 전망이다. 

아울러 각국 로드맵 발표 기준 전 세계 주요 국가의 수소연료전지차 보급 전망은 2020년 38만대에서 2025년 200만대, 2030년 780만대까지 늘어날 것으로 예상된다. 자율주행차 또한 성장 가능성이 뛰어난 시장이다. 2023년 305억 달러(약 40조원) 규모였던 자율주행차 시장은 2033년 703억 달러(약 93조원)까지 성장할 것으로 분석된다. 

이렇듯 뚜렷한 시장 성장 가능성에 국내외 기업들은 히트펌프 연구 개발에 발 벗고 나섰다.

먼저, 미국 전기차 기업 테슬라는 지난 2021년 '테슬라 모델S'에 히트펌프를 도입하며 히트펌프가 없는 이전 모델에 비해 추운 날씨에서 주행거리 손실을 절반으로 줄였다.

국내 대표 완성차 기업 현대자동차그룹은 지난 2014년 4월에 출시된 기아 '쏘울 EV'에 히트펌프를 설치한 것을 시작으로 현재는 다양한 열 관리 기술을 개발해 소비자들이 편리한 전기차 라이프를 누릴 수 있도록 돕고 있다. 그중 하나는 폐열을 활용해 실내 난방 효율을 높이는 히트펌프 기술이다. 

현대차그룹의 대항마 한온시스템은 지난해 7월 최신 기술인 '4세대 히트펌프 시스템'을 기아의 EV3에 첫 적용하며 기술력을 입증했다. 이에 힘입어 지난해 3분기 전동화 관련 매출이 전 분기 대비 2%p 증가한 26%를 달성하기도 했다. 

한온시스템의 4세대 히트펌프 시스템은 외부 공기의 열과 모터, 배터리에서 발생한 폐열을 동시에 활용하는 병렬 열원 회수 방식을 최초로 적용했다. 이에 회수된 열은 냉난방 및 배터리 온도 관리에 활용돼 전기차 주행거리 개선에 도움을 준다.

이처럼 국내외 기업들의 투자가 이어지고 있는 가운데 전문가들은 '경량화'와 '지속적인 투자'의 중요성을 강조했다. 

김철수 호남대 미래자동차공학과 교수는 "자동차에 이어 도심 항공 모빌리티(UAM)에도 히트펌프가 사용될 수 있다"며 "이를 위해선 경량화할 수 있는 기술 개발이 중요하다"고 설명했다.

아울러 익명을 요청한 업계 관계자는 "현대차그룹과 한온시스템이 모두 성장하고 있다"며 "하지만 글로벌 시장 선두로 달리기 위해선 불량이 없는 시스템과 개발을 빠르게 할 수 있는 프로세스를  만들어야 한다"고 말했다.