🕰 전기차 vs 가솔린차 vs 증기차

Comment.

- 최근 전기차 회사들의 상승세가 꺾이며 다시 내연기관 혹은 하이브리드 차량에 대한 관심이 높아지고 있죠. 그런데 그거 아세요? 전기차가 좋냐, 내연기관차가 좋냐의 논쟁은 100년이상된 떡밥이라는 사실! 내연기관보다 먼저 등장한 전기차는 20세기 초반 전성기를 누렸지만 내연기관의 성능 향상, 유가 하락, 긴 주행거리, 저렴한 가격 등의 이유로 내연기관에게 그 자리를 내주게 됩니다. 그때나 지금이나 이유가 비슷한 것을 보니 역시 역사는 반복되나 봅니다.

- 저는 평소 효율적인 시스템을 구축하는 것이 중요합니다. 가령 이 뉴스레터를 쓸 때도 자료조사는 언제까지 어디서 할지, 자료정리는 언제까지 하고, 이미지는 언제 찾을 지, 그리고 그 작업 동안 들을 수 있는 음악 등도 대략적으로 정해져 있죠. 그런데 이번 자동차의 역사를 조사하면서, 효율성을 중요시했던 포드가 다양성과 유연성을 가진 GM에게 밀려나는 것을 보면서 시스템에 대해서 다시 생각해보게 되었습니다. 아마 성격상 유연함을 가질 수 있도록 시스템을 구축할 것 같지만요.

- 이번 뉴스레터는 한국기계산업진흥회에서 발행하는 KOAMI Insight 매거진에 기고한 내용을 바탕으로 작성되었습니다.

- 목차- 

Fig.1 최초의 자동차는 사람 잡는 기계?
Fig.2 증기 vs 전기 vs 가솔린
Fig.3 자동화를 대중화 시킨 포드
Fig.4 포드와 정반대의 전략, GM
Fig.5 일본 자동차의 상승세
Fig.6 테슬라, 전기차의 구원자

Fig.1 최초의 자동차는 사람 잡는 기계?

최초의 자동차는 1769년에 등장했습니다. 무거운 포차 운반 때문에 골머리를 앓던 프랑스 공병 니콜라 조제프 퀴뇨Nicolas-Joseph Cugnot 가 증기기관에 대한 소식을 듣고 이를 수레에 적용한 것이었죠. 당시 프랑스 육군사령관이었던 스와솔Choiseul 공작이 퀴뇨의 작업을 후원하면서 발명 착수 6개월 만에 증기자동차가 완성되었습니다. 퀴뇨의 증기 자동차는 2개의 뒷바퀴와 조향 기능을 가진 1개의 앞바퀴를 가지고 있었고, 작은 증기기관을 앞바퀴에 연결했습니다. 증기기관을 소형화시켰기 때문에 10분마다 물을 보충해 줘야만 했고 최고 시속 4.8km에 불과했지만, 4톤이 넘는 포차를 끌수 있을 정도로 힘이 좋았죠.

그러나 퀴뇨의 증기자동차는 시범운행에서 건물 벽을 들이받아 창고에 처박히게 되었고, 퀴뇨 역시 2년간 감옥 생활을 해야 했습니다. 퀴뇨는 석방되자마자 증기자동차를 또 만들었지만 이미 증기자동차는 ‘사람 잡는 기계’라고 소문난 탓에 아무도 주목하지 않았습니다.

Fig.2 증기 vs 전기 vs 가솔린

퀴뇨의 시도 이래로 약 100년 동안 증기자동차는 꾸준한 발전을 이뤄 나갔습니다. 대표적으로 1878년 아메데 볼레Amédée-Ernest Bollée 가 개발한 최초의 양산형 증기자동차 '라 망셀La Mancelle', 1884년 드-디옹 부통De Dion-Bouton 의 ‘라 마르퀴스La Marquise’, 1922년 애브너 도블Abner Doble 의 ‘모델 E’ 등이 있었죠.

증기 자동차는 내연기관 자동차나 전기차에 비해 소음이 적고 쾌적했습니다. 그러나 기관부는 크고 무거웠으며, 석탄과 물을 계속해서 공급해 줘야 하는 단점이 있었죠. 게다가 출발 전에 물을 끓여야 했기 때문에 시동 시간이 거의 한 시간씩 소요되는 문제도 있었습니다. 이러한 한계로 인해 증기기관이 아닌 다른 연료를 사용하는 자동차들이 등장하기 시작했죠.

증기기관 자동차 다음으로 등장한 것은 전기차입니다. 전기차는 1859년 가스통 플랑테Gaston Planté  가 재충전할 수 있는 납산 배터리를 발명하면서 본격적으로 개발이 시작되었죠. 그로부터 약 20년 뒤인 1881년, 프랑스의 발명가 귀스타브 트루베Gustave Trouvé 가 세계 최초의 충전식 전기차를 만들어 성공적으로 파리 시내를 주행했으며, 이후 토마스 파커Thomas Parker 가 전기차 상용화에 성공합니다.

전기차는 시동도 빨리 걸 수 있었고, 뒤이어 등장한 가솔린 자동차에 비해서 냄새도 적고 진동과 소음이 덜해 쾌적했습니다. 게다가 20세 초반까지는 석유 가격이 비쌌기 때문에 전기차는 전성기를 누렸죠. 하지만 전기차는 짧은 주행 거리, 긴 충전 시간, 부족한 충전 인프라 등의 단점이 있었고, 관련 기술의 더딘 발전 속도로 인해 가솔린 자동차에게 점유율을 내주게 됩니다.

가솔린 자동차는 1876년 니콜라우스 오토Nikolaus August Otto 와 고틀리프 다임러Gottlieb Daimler, 빌헬름 마이바흐Wilhelm Maybach 가 함께 최초의 엔진을 만들어내며 본격적으로 개발됩니다. 최초의 가솔린 자동차 발명가가 누구인지에 대해서는 여러 이견이 있지만, 공식적으로 인정받은 최초의 근대적 가솔린 자동차는 1886년 칼 프리드리히 벤츠Carl Friedrich Benz 가 제작한 파텐트 오토바겐Patent-Motorwagen 이죠.

뒤늦게 등장한 가솔린 자동차는 시동을 걸기 위해 사람이 직접 엔진의 크랭크축을 돌려야 했고, 매연과 소음이 많이 발생하는 등의 단점이 있었는데요. 그럼에도 1920년대가 되면 시장을 장악합니다. 가솔린 자동차가 주류가 된 데에는 여러 가지 이유가 있었습니다. 우선 1911년 찰스 케터링Charles F. Kettering 이 전기 시동 장치를 개발해 시동 크랭크의 불편을 해결했죠. 제1차 세계 대전으로 가솔린 엔진의 개발이 가속화되면서 성능이 좋아졌고, 1920년대 초 미국 텍사스에서 대규모 유전이 발견되면서 유가가 하락합니다. 20세기 초부터 주요 도시들을 연결하는 장거리 고속도로가 건설되면서 주행거리가 훨씬 긴 내연기관 자동차의 수요가 증가하기 시작했습니다. 무엇보다 마지막으로 포드에서 출시한 모델 T가 획기적으로 저렴한 가격으로 출시하여 자동차의 대중화를 이끌어냈죠.

Fig.3 자동화를 대중화 시킨 포드

한편 미국에서는 1896년 에디슨 일루미네이팅 컴퍼니Edison Illuminating Company 의 수석 엔지니어로 일하던 헨리 포드Henry Ford 는 집 뒤의 헛간에서 자동차를 만들었습니다. 포드의 첫 자동차는 2~3블록쯤 달리고 시동이 꺼졌지만, 포드는 작동한다는 것만으로도 기뻐했죠. 그로부터 3년 후 포드는 직장을 그만두고 투자를 받아 디트로이트 자동차 회사를 창업합니다. 하지만 이 회사는 2년이 채 못 되어서 파산하죠.

그래도 포드는 계속해서 자동차를 만듭니다. 1901년에는 자동차 경주에 참가해 우승하는데, 이를 통해 다시 투자를 받아 헨리 포드 컴퍼니를 세우게 되죠. 하지만 불과 4개월 만에 투자자들과의 의견 차이로 갈등을 빚습니다. 투자자들은 고급차를 만들어 부유층에게 팔려고 했지만 포드의 생각은 달랐거든요. 결국 포드는 회사를 떠났고, 투자자들은 수석 엔지니어 헨리 마틴 릴런드Henry Leland 를 새로 영입하고 회사 이름을 캐딜락Cadillac 으로 바꿉니다.

사실 투자자들의 생각은 당시로서는 당연했습니다. 20세기 초까지 자동차는 부자들의 재력이나 신분과시용으로 여겨졌기 때문이죠. 하지만 포드는 이 같은 현상은 단지 공급보다 수요가 훨씬 더 많기 때문이라고 생각했고, 이런 생각을 가지고 포드는 1903년 다시 회사를 설립해 1908년 모델 T를 출시합니다. 모델T의 첫 출시 가격은 850달러였는데 이는 당시 비슷한 스펙의 자동차가 2,000달러를 넘나들었던 것에 비해 훨씬 저렴한 가격이었죠.

그럼에도 모델 T가 가장 저렴한 자동차는 아니었는데, 가장 저렴한 자동차는 브러시 모터 카 컴퍼니Brush Motor Car Company 의 모델 B 런어바웃Model B Runabout 으로 500달러에 불과했습니다. 하지만 엔진 실린더는 하나였고, 차축, 차대, 바퀴의 소재가 나무였습니다. 반면 포드의 모델 T는 바나듐이라는 강철로 제작되었고, 4기통 엔진을 가지고 있었죠. 그리고 간단한 구조로 이루어져 기능 고장을 일으키거나 망가진 부품을 신속하게 싼 가격으로 교체할 수 있었습니다. 게다가 모델 T는 판매량이 늘어나자 440달러, 295달러로 가격이 더욱 낮추었죠.

이렇게 저렴한 가격은 잘 알려져 있다시피 포디즘으로 알려지는 공정 혁신 때문에 가능했습니다. 당시까지 제조업에서 제품 제작 방식은 소수의 직공이 한 번에 한 대씩 조립하는 형식이었습니다. 반면, 포드는 정육업계에서 도살한 가축의 몸통을 천장 컨베이어에 걸고 이동하며 도축하는 공정을 보고 영감을 얻어 1913년 컨베이어 시스템을 도입했죠.

포드는 작업 공구 배치에서도 다른 곳과는 달랐습니다. 당시 일반적인 공작소는 선반은 선반끼리, 드릴프레스는 드릴프레스끼리 한 장소에 모아 배치하는 것이 관례였는데요. 반면 포드는 장비들을 사용하는 순서에 따라 배치함으로써 부품의 운반 시간을 줄이고 작업이 지연되는 곳을 즉시 파악할 수 있었죠. 이러한 컨베이어벨트식 연속흐름 공정의 도입으로 1914년 자동차 한 대를 완성하는데 걸리는 시간은 93분에 불과했고, 1915년에 100만 대, 1924년에 1,000만 대, 1927년에는 1,500만 대를 생산합니다.

모델 T를 위해 극단적으로 최적화해 놓은 공정은 1920년대 중반 제너럴모터스와 크라이슬러가 포드보다 기술적으로 한 단계 더 앞선 차종을 선보이면서 문제가 됩니다. 포드가 새로운 차종을 선보이기 위해서는 모든 공정을 갈아엎어야 하는 상황이었죠. 결국 1927년 모델 T를 단종시키고, 6만 명의 노동자를 일시 해고 시킵니다. 이로 인해 포드는 순식간에 업계 1위에서 물러나야 했습니다.

Fig.4 포드와 정반대의 전략, GM

포드를 제치고 1위 자동차 회사가 된 GM은 1908년 윌리엄 듀렌트William Durant 에 의해 설립되었습니다. 듀렌트는 회사를 인수합병을 통해 회사를 키웠는데요. 당시 자동차 빅 4 기업이었던 포드, 뷰이크, 리오(올즈모빌), 맥스웰 브리스코 중 포드를 제외한 3곳을 합병하고, 그 외에도 25개의 자동차 관련 회사와 11개의 자동차사, 2개의 램프회사, 그리고 각종 자동차 부품회사들을 인수했죠.

그러나 1910년 경기 악화와 경영부실로 인한 수익성 악화로 듀렌트는 사장직에서 쫓겨납니다. 쫓겨난 듀렌트는 1911년 쉐보레를 창업하는데, 쉐보레 490 등이 성공하며 재기에 성공하죠. 그리고 1916년 쉐보레가 GM과 합병하며 듀렌트는 다시 GM의 사장으로 취임합니다. 듀렌트는 그 해에 회사명을 ‘제너럴 모터스 코퍼레이션General Motors Corporation 으로 바꾸면서 오늘의 GM이 탄생하게 됩니다. (1920년 GM은 다시 경기침체로 인한 자금난을 겪고, 듀렌트는 또 다시 쫓겨납니다.)

이처럼 GM은 인수합병으로 몸집을 불렸기 때문에 복잡한 지배구조를 가지고 있었습니다. 따라서 포드처럼 효율적인 생산라인을 구축하기 어려웠죠. 이점을 잘 알고 있던 당시 GM의 CEO 알프레드 슬론Alfred P. Sloan 은 GM의 단점을 장점으로 승화합니다.

슬론은 GM 산하에 5개의 자동차 사업부(쉐보레, 올즈모빌, 폰티악, 뷰익, 캐딜락)와 3개의 부품 제조부(델코, 세기노, 로체스터) 등을 분리합니다. 그리고 5개의 자동차 사업부가 회사 내부에서 경쟁을 벌여 하나의 제품을 출시하는 것이 아니라, 각자의 사업부에서 생산한 모델을 시장의 특정 영역을 공략하도록 했죠. 그렇게 해서 탄생한 슬론의 전략은 매년 새로운 모델을 만들고, 가격대에 따라 다른 차종을 선보이는 것이었습니다.

이러한 슬론의 전략이 성공하여 1927년 포드의 시장점유율을 앞서게 되었고, GM은 미국 최대의 자동차업체가 되었습니다. GM은 제2차 세계대전 시기에 미국의 공장과 1929년 인수한 독일의 오펠을 통해 연합군과 주축국 양측에 군용차를 공급하며 종전 이후에도 1위 자리를 공고히 합니다.

Fig.5 일본 자동차의 상승세

1970년 미국에서 자동차 배기가스 규제를 위한 대기 정화법 개정안, 일명 머스키법이 제정됩니다. 머스키법은 1975년까지 유해가스 배출량을 1971년의 1/10로 낮추어야 한다는 것이었죠. 이는 당시 ‘가솔린 금지법’이라고 할 정도로 어려운 과제였습니다.

머스키법이 제정되자 미국의 자동차 회사들은 불가능한 목표치라며 강력하게 반발하며 적극적으로 의회에 로비하지만, 결국 1972년 머스키법이 발효됩니다. 그다음 해 혼다에서 시빅을 출시하는데, 불가능하다고 여겨진 머스키법을 충족하여 시장을 놀라게 했죠.

사실 머스키법과 같은 규제는 예상된 일이었고 다른 자동차 회사들이 로비 등의 방법으로 대처할 때 혼다는 엔진 개량에 힘을 쏟은 것이었죠. 혼다는 기존의 유해가스 배출 저감 기술 방식인 촉매를 이용한 후처리 방식이 아닌 엔진 자체의 개량을 통해 완전 연소율을 높여 유해가스 배출량을 줄입니다. 이렇게 해서 만들어진 CVCC엔진은 시빅은 머스키법의 규제를 통과한 것은 물론 연비까지 향상되어 큰 인기를 얻습니다. 이후 대부분의 자동차회사는 혼다의 기술을 벤치마킹해 규제치를 충족합니다. 이를 통해 혼다는 미국 시장에서 존재감을 드러내게 되었죠.

1970년대에는 2차례의 오일 쇼크로 원유 가격이 몇 배씩 뜁니다. 상황이 이렇게 되자 사람들은 연비가 좋은 차를 찾기 시작했습니다. 이때 두각을 나타낸 것이 도요타의 중형 세단 캠리Camry 를 필두로 한 일본의 차량이었고, 1980년 미국 시장에서 일본산 자동차의 판매가 미국 브랜드 차들을 앞서게 되었습니다.

Fig.6 테슬라, 전기차의 구원자

2000년대 초까지 전기차들은 간간이 출시되고 있었지만 대부분 내연기관 자동차에 비해 비싸고, 한 번 충전으로 주행할 수 있는 거리가 대부분 200km에도 미치지를 못했습니다. 전기차의 주행 거리를 늘리기 위해서는 배터리팩의 용량을 증가시키기나, 에너지 밀도를 높여야 하지만 그렇게 되면 원가가 심하게 증가하는 어려움이 있었죠.

이러한 문제를 해결하며 등장한 것이 바로 2012년 등장한 테슬라의 모델 S입니다. 모델 S는 93,400달러로 한번 충전으로 최대 426km까지 주행이 가능했죠. 테슬라는 전기차의 배터리 문제를 해결하기 위해 고성능 배터리를 개발하는 대신 1970년대에 파나소닉이 개발한 작은 원통형 배터리 18650을 7,000~9,000개를 결합하는 방식을 택했습니다. 18650 배터리는 휴대용 전자기기에 널리 쓰이고 있었기 때문에 충분한 공급량과 저렴한 가격의 이점이 있었습니다.

모델 S는 등장하자마자 각종 매체의 주목을 받았으며, 대형 세단 시장에서 1위를 차지하며 기존 자동차 회사들의 전기차 개발 붐을 이끌어냈죠.

Reference.

Fig.1

*Since 2021.04
*격주에 한 번 발송됩니다.
*<사소한 것들의 역사>, <최초의 브랜드>, <사소하지 않은 것들의 역사>를 조사하고 있습니다.

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