미국 국가연구위원회(the National Research Council)에 따르면 신기술들은 향후 15년 이내에 기존 차량의 성능이나 안전성을 유지하는 동시에 상당한 연비의 향상을 가능케 할 것이라고 발표했다. 하지만 이 신기술들은 자동차의 연비를 향상시키는 반면 차량가격을 몇천 불 이상 상승시킬 것으로 예상했다.

2007년형 차량을 기준으로, 본 연구는 가솔린차량, 디젤차량, 하이브리드차량의 연료비용 감소와 새로운 기술의 추가비용에 대해 연구를 했다.

-          가솔린엔진 준중형, 대형차량, 경트럭의 경우 신기술이 장착될 경우 29%의 연료비 감소가 가능하며 $2200의 추가비용이 필요하다.

-          기존의 가솔린엔진을 디젤엔진차량으로 대체할 경우 37%의 연료감소가 가능하며 $5900의 추가비용이 필요하다.

-          기존의 가솔린엔진을 하이브리드 차량으로 대체할 경우 43%의 연료감소가 가능하며 $6000의 추가비용이 필요하다.

가솔린차량 - 앞으로 10년에서 15년동안 가솔린엔진 차량은 미국 도로위 자동차들의 대부분을 차지할 것으로 예상이 된다. 최근 가솔린차량의 연비향상을 위한 수많은 기술향상이 있었는데, 결과적으로 자동차회사들은 비교적 적은 비용증가로도 효율적으로 연비를 향상시킬 수 있는 기술을 만들었다. 예를 들면 차량의 실린더의 비활성화 (많은 힘이 필요없을 때V6엔진을 V4엔진처럼 사용함) 의 경우 차량가격을 $350에서 $500 정도 증가시키는 반면 10%정도의 연비감소가 가능하다. 밸브조정기능(Valve event modulation) 역시 쉽게 연료소비를 감소시키고 성능을 향상시킬 수 있다고 한다. 또한 많은 새로운 기술들이 연비향상을 위해 연구되고 있지만 불확실한 성과, 비용문제, 적용의 어려움 등으로 많은 기술들이 10년이나 15년 후에 실제로 사용될지는 불확실하다고 한다.

디젤차량 – 디젤엔진이 연방정부와 주정부의 배기가스허용량 기준에 맞는 새로운 기술을 사용할 경우 디젤차량은 미국 내에서 지금보다 많이 증가할 것으로 예상된다. 2007년식 가솔린차량을 6단 이중크러치 변속기를 포함한 새로운 연비감소 장치를 장착한 압축점화(Compression ignition: CI) 디젤차량으로 교체할 경우 약 $4800 차량가격의 증가와33%의 연료감소가 예상된다. 진보된 압축점화 디젤엔진기술은 앞으로 5년안에 이용이 가능할 것으로 보이며 연료소비를 7%-13% 정도 추가 감축시킬 것으로 예상된다.

하이브리드차량 – 하이브리드 차량기술은 최근에 가장 활발하게 연구 및 개발이 진행중인 분야 중 하나이다. 하이브리드 기술의 경우 단순 차량 멈춤 출발 시스템에서부터 완전한 차량의 재설계까지 다양한 방법들이 이용되고 있다. 하이브리드 차량은 약 50% 정도의 연료감소가 가능하며 하이브리드 차량가격은 차의 크기에 따라 $9000 까지 올라간다고 한다. 또한 하이브리드 차량은 연비상승을 위하여 저저항 타이어 이용, 공기역학설계, 작고 효율적인 엔진이용 등 차량의 설계를 바꾸는 경우도 있다. 하이브리드 기술개발은 향후 10년-15년 사이에  하이브리드 전동장치의 가격을 낮추고 전지의 성능을 향상시키는데 중점을 두게 될 것으로 예상된다. 하이브리드차량 기술로서 리디움이온 전지기술에 많은 연구가 집중이 되고 있고 소형 단거리형 전기자동차가 앞으로 10년 안에 많이 이용될 것으로 보인다. 지난 10년동안 리디움이온 전지기술의 급속한 진전이 있었고 이에 비용과 안전문제가 해결될 때, 리디움이온전지는 하이브리드 전기차와 플러그인(Plug-in) 전기자동차의 니켈메탈 전지를 대체할 것으로 예상된다. 또한 현재의 리디움이온 전지의 개발상황에서 플러그인 하이브리드 전기차의 상용화가 곧 가능할 것으로 보인다. 연료전지(Fuel Cell) 기술의 경우 최근에 급격한 발전을 하고 있지만 연료전지차는 향후 15년안에 많은 차량이 도로에서 운행되기는 어려울 것으로 예상된다.

비엔진(Non-Engine)기술 – 차량의 기계적 변환이나 연비나 배기가스, 안전에 대한 새로운 인증을 필요로 하지 않는 비교적 작은 비엔진 기술들이 수년 안에 차량에 장착될 것으로 예상된다. 이는 가벼운 재료를 이용한 차량 무게의 감소, 공기역학적 설계, 저저항 타이어 이용 등을 들 수 있다. 이 분야에서 장기적으로 중점을 두는 두 분야로는 변속기 시스템과 새로운 재료를 이용한 차량의 무게 감소라고 한다.

보고서는 자동차의 연비자료와 연료소모 절약이 직접적으로 연관이 있지만 소비자들의 인식 변화를 위하여 현재 사용되는 연비 자료(mile/gallon or km/liter)와 함께 거리당 연료소모 자료 (gallon/100miles or liter/100km)를 새차에 같이 표기할 것을 권고한다. 또한 본 연구에서는 미국국립교통안전국 (National Highway Traffic and Safety Administration) 과 미국환경보호국 (US Environmental Protection Agency)은 자동차의 운행상황을 보다 잘 반영할 수 있는 연료소비 테스트 방법을 연구, 개선해야 한다고 주장한다. 추가적으로 미국국립교통안전국과 미국환경보호국에서 연비 향상을 위한 기술의 잠재성을 보다 잘 예측할 수 있는 방법을 이용해야 한다고 주장했다.

연료소모모델 – 보고서는 새로운 자동차기술의 혜택을 추정하기 위해 완전시스템시뮬레이션 (Full system simulation: FSS) 모델과 부분이산접근법 (Partial discrete approximation: PDA) 모델에 대하여 설명한다. 두 모델은 중요한 역할을 하며 상호보완적으로 이용이 가능하다. 하지만 FSS 모델이 자동차의 연료소모 감소를 위한 신기술의 혜택을 예상하기에 더욱 적합하다고 한다.      

결론 - 자동차의 연료소비를 줄이기 위한 기술개발은 윤활유나 타이어의 작은 변환에서부터 차량의 전반적인 재설계까지 많은 노력을 기울여왔다. 전기구동장치 같은 기술은 연비를 향상시키지만 기술개발, 비용의 효율성, 내구성을 향상시키기 위한 추가연구가 필요하다. 저연료소모 차량의 개발은 기술적인 요소뿐만 아니라 경제적 정치적 요소 역시 중요한 영향을 미친다. 연료소모를 줄이기 위해 장착한 장치의 비용과 효과의 분석에 대해서는 앞으로 추가 연구가 필요하다.

▣ 원문제목 : Assessment of Fuel Economy Technologies for Light-Duty Vehicles