미래를 움직이는 힘은 지금 시작됩니다! 전기차(EV)와 자율주행차(AV)는 자동차 산업 역사상 가장 혁신적인 기술 중 두 가지입니다. 2019년 10월 29일, 폴리 앤 라드너 LLP의 마크 아이엘로(Mark Aiello)와 제임스 드 벨리스(James De Vellis)는 SERES와 공동으로 70명의 경영진, 엔지니어, 기업가, 법률 고문들을 초청하여 기조 연사 제임스 테일러(James Taylor)와 카를로스 볼라(Carlos Bhola)의 통찰력을 듣고, 전기차 및 자율주행차 분야의 기술 혁신, 배터리 기술, 규제 영향에 관한 세 개의 저명한 패널 토론을 진행했습니다. 이 행사는캘리포니아주 산타클라라에 위치한 세레스 본사 및 쇼룸에서 개최되었습니다. 다음은 해당 토론의 주요 내용입니다.
제임스 테일러, SERES 공동 최고경영자(Co-CEO)의 산업 개요
전기화, 커넥티드 및 자율주행 차량, 그리고 서비스형 모빌리티(Mobility-as-a-Service, MaaS)는 사람과 물류의 이동 방식을 혁신하고 있습니다. 2040년까지 승용차 판매량의 57%가 전기차로 예상되며, 이는 플러그인 하이브리드 및 배터리 전기차 약 6천만 대에 달합니다. 전 세계 모든 자동차 제조사(OEM)가 자사 제품군을 전기화하고 있으며, 일부 업체는 다른 업체보다 더 공격적으로 추진하고 있습니다.
그러나 전 세계 전기차 시장 점유율은 증가하고 있지만 여전히 평균 3%에 불과하다. 현재 낮은 시장 점유율의 원인은 배터리 고비용, 전기차 모델의 낮은 보급률, 내연기관 차량 대비 가격 프리미엄, 전기차의 제한된 주행 거리, 충전소 부족, 충전 시간 등이 있다. 그럼에도 SERES의 공동 최고경영자(Co-CEO) 제임스 테일러는 향후 전기차 보급에 영향을 미칠 네 가지 핵심 요인을 제시했다.
첫째, 연비 및 배출가스 기준과 관련된 규제는 전기차 보급에 큰 영향을 미쳐왔으며 앞으로도 그럴 것이다. 미국의 전기차 규제 정책은 일반적으로 다음과 같이 전기차를 장려한다:
- 충전 인프라에 대한 환급, 세액 공제 및 보조금
- 차량에 대한 환급금 및 세액 공제
- 무공해 차량 의무화
- 무료 HOV 차로 이용
- 함대 획득 요건
- 라이선스 사용료
- 배출가스 검사 수수료 면제
테일러에 따르면, 이산화탄소 배출량을 줄이는 다양한 기술(예: 스타트/스톱 엔진, 벨트 스타터, 하이브리드 차량 등)이 존재하지만, 제로 배출을 실현하는 유일한 기술은 순수 전기차뿐이다. 현 행정부가 환경보호청(EPA)의 기업 평균 연비(CAFE) 의무 기준을 완화함에 따라 시장에 불확실성이 도입되었으며, 이는 전기화 일정에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
전기차 보급에 영향을 미치는 두 번째 요인은 소비자가 선택할 수 있는 모델의 수입니다. 현재 전기차 모델 수는 상대적으로 적습니다. 미국에서 판매되는 600여 종의 차량 모델 중 플러그인 하이브리드(PHEV), 순수 전기차(BEV), 마일드 하이브리드(HEV)를 포함한 전기화 모델은 고작 60종에 불과합니다. 현재 고급형이 아닌 전기차 모델과 픽업트럭 전기차 모델의 부족은 전기차의 대중 시장 채택에 큰 걸림돌이 되고 있다. 그러나 테일러에 따르면, 2021년까지 모델 수가 5배 증가할 전망이다.
셋째, 전기차 보급 확대를 위해서는 배터리 비용이 지속적으로 하락해야 합니다. 2010년 배터리 비용은 1,200달러/kWh에 가까웠으나, 2018년에는 200달러/kWh 미만으로 떨어진 것으로 추정됩니다. 이러한 추세를 바탕으로 테일러는 2024년까지 배터리 비용이 100달러/kWh 미만으로, 2030년까지는 약 60달러/kWh 수준으로 하락할 것으로 전망합니다. 20년 동안 배터리 가격이 20배나 하락하면 전기차 비용이 낮아져 전기차 보급이 분명히 증가할 것이다.
넷째, 마지막으로 전기차 보급률은 주행 거리, 충전소 수, 충전 시간에 영향을 받습니다. 일반인의 일일 평균 주행 거리가 40마일에 불과함에도 불구하고, 전기차 보급의 전환점은 300마일 주행 거리입니다. 실제로 테일러에 따르면, 설문조사 결과 소비자의 57%가 충전당 300마일 주행 거리를 가진 전기차를 주저 없이 구매할 의사가 있는 것으로 나타났으며, 이는 250마일 주행 거리 전기차 대비 30% 증가한 수치이다.
전기차 보급률이 현재 3%에서 50%로 증가하기 위해서는 지속적인 규제 인센티브, 더 다양한 전기차 옵션, 저렴한 배터리, 더 긴 주행 거리, 그리고 더 많은 충전소와 더 빠른 충전 시간이 필요합니다. 이러한 전기차 보급 관련 과제들은 무시할 수 없지만, L4/L5 자율주행차 도입을 둘러싼 과제들에 비하면 미미한 수준입니다. 테일러는 L4/L5 자율주행의 복잡성이 상상을 초월한다고 강조하며, 자동차 제조사들은 단기적으로 완전한 자동차 등급의 AI 기반 L2+ 시스템을 도입한 후 향후 완전 자율주행 차량으로 확장하는 데 집중해야 한다고 조언했습니다. 행사 참석자들은 바로 그 시스템이 탑재된 차량을 직접 체험할 기회를 가졌습니다!
기술 혁신: 자동화
차량 자동화 기술의 혁신 속도는 놀라울 정도로 빨랐으나, 추가적인 혁신을 가로막는 주요 과제들이 존재합니다. 폴리 앤드 라드너 LLP의 파트너인 스티브 힐핑거와 저명한 패널들은 안전성, 대중의 신뢰, 규제와 같은 과제들뿐만 아니라 이 기술 혁신과 관련된 일반적인 오해들에 대해서도 심도 있게 논의했습니다.
안전성과 대중의 신뢰 확보 측면에서 자율주행차가 인간 운전자보다 더 안전해야 한다는 점은 의심의 여지가 없다. 그러나 세레스(SERES)의 자율주행 부문 책임자인 팬 왕(Fan Wang) 박사는 안전성을 평가하는 것 자체가 어렵고, 특정 상황에서 자율주행차가 실제로 인간보다 안전한지 판단하는 것은 더욱 어렵다고 지적했다. 기업들이 안전성을 주장하기 위해 자사 자율주행차가 사고 없이 주행한 마일 수를 강조하지만, 모든 주행 마일이 동등하다고 믿는 것은 오해다. 오로라 이노베이션스의 자동차 파트너십 담당 이사인 오피르 삼손 박사는 기술 혁신 관점에서 더 유용한 지표는 자율주행차가 주행한 '흥미로운' 주행거리 총합이라고 설명했다. 간단히 말해 고속도로에서 10만 마일을 주행하는 것은 혼잡한 도시에서 10만 마일을 주행하는 것만큼 가치가 없다.
일반적인 믿음과 달리 시뮬레이션은 실제 도로에서의 시험 주행보다 더 유용할 수 있습니다. 오로라와 세레스 모두에서 시뮬레이션은 자율주행 기술 개발에 핵심적이며, 물리적 환경에서 테스트할 수 있는 조건보다 훨씬 다양한 상황에서 자율주행 시스템이 어떻게 작동하는지 탐구하는 데 광범위하게 활용됩니다. 왕 박사가 지적했듯이, 규칙 기반 논리와 신경망 기반 모델의 하이브리드인 AI를 훈련하고 테스트하기 위한 시뮬레이션 없이는 자율주행 기술을 연마하는 데 필요한 수준의 무작위성을 도입하는 것이 불가능합니다. 자율주행차가 안전하게 운행될 수 있게 되면 대중은 자율주행 기술을 신뢰하기 시작할 수 있습니다. 실제로 샘슨 박사에 따르면, 오로라의 대중 신뢰 확보 전략에는 포괄적인 안전 보고서 발간과 자율주행 기술 및 안전성에 대한 대중 교육을 위한 비영리 교육 기관 설립이 포함되어 있습니다.
규제 체계는 소비자에게 판매 가능한 차량 유형에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 실제 환경에서의 차량 테스트를 방해하거나 촉진함으로써 기업이 안전한 자율주행차를 개발하는 능력에도 중대한 역할을 합니다. 스탠퍼드 자동차 연구 센터의 연구원인 브라이언 케이시는 산업, 공학, 정부 정책의 교차점에 주목합니다. 이 행사에서 케이시 씨는 자율주행차 기술 혁신이 직면한 가장 큰 도전은 연방 기관, 주 정부, 심지어 주 내 도시별로 제정된 규제로 인해 조각난 행정 체계가 형성된 점이라고 지적했다. 각 규제 기관은 고유한 초점과 관점을 지니고 있어, 도로 안전, 보험, 데이터 프라이버시, 사이버 보안, 차량 공유 서비스, 택시 서비스 등 다양한 측면을 아우르는 본질적으로 다학제적인 자율주행차 개발에 어려움을 초래합니다. 주별 기본 도로 규칙에 더해 29개 주마다 29가지의 서로 다른 자율주행차 관련 규정이 존재할 때, 보편적인 규정 준수는 어려운 과제입니다.
또 다른 흔한 오해는 책임 소재에 관한 것이다. 사람들은 자율주행차가 새로운 책임 문제를 야기할 것이라고 생각하지만, 케이시 씨에 따르면 현실은 자율주행차의 딥러닝 알고리즘이 정확히 어떻게 작동했는지 불분명하더라도 해당 알고리즘 제조사가 책임을 지게 될 가능성이 높다는 점이다. 케이시에 따르면 지금까지 캘리포니아에서 자율주행차 관련 사고는 100건 발생했으나, 그중 90%는 인간 운전자가 자율주행차를 추돌한 사고였습니다. 주(州)의 사고 관련 법률은 책임 소재를 명확히 할 수 있으며, 케이시는 주 법률이 자율주행차 관련 사고 처리에도 계속 적합할 것으로 전망합니다.
사람들은 주의가 산만하지 않을 때는 훌륭한 운전자이지만, 주의가 산만해지면 끔찍한 운전자로 변하는 경향이 있어 매년 수만 명의 사망자가 발생합니다. 따라서 자율주행차는 교통 안전을 개선할 수 있는 엄청난 기회를 제공합니다.
전기차: 배터리 과제
배터리 용량, 수명, 충전 시간, 안전성, 비용, 재활용 가능성 등은 모두 전기차의 대중 시장 보급과 채택에 도전 과제를 제기합니다. 이러한 과제 해결을 위해서는 데이터 분석, 화학, 충전, 성능 관리 및 제어 등 다학제적 접근이 필요합니다. 전기차 소비자들이 모든 기술적 배터리 문제를 인지하지는 못할 수 있으나, 배터리 충전 시간과 모든 주행 시나리오에서 신뢰할 수 있는 전기차 주행 거리는 대중 시장 채택을 가로막는 명백한 문제점임이 분명합니다. Foley & Lardner LLP의 제임스 드 벨리스 파트너는 두 번째 패널 그룹과 함께 배터리 기술 및 과제들을 심도 있게 논의했습니다.
모두가 더 빠른 충전을 원합니다. 그러나 SERES의 기술 책임자이자 수석 배터리 엔지니어인 사이드 칼레기 라히미안이 지적했듯이, 고속 충전은 배터리 성능과 안전성에 부정적인 영향을 미칩니다. 전기차 배터리 팩은 각각 음극, 양극 및 양극과 음극 사이의 분리막을 포함하는 배터리 셀로 구성됩니다. 특히 높은 충전 상태와 낮은 온도에서 리튬 이온 셀을 고속으로 충전하면 음극에 리튬 도금이 발생하고 분리막이 손상되어 음극과 양극이 서로 접촉할 수 있습니다. 이 리튬 도금은 배터리 성능을 저하할 뿐만 아니라 화재 위험으로 인해 안전 문제도 야기합니다. 이에 따라 SERES의 선임 열 응용 엔지니어인 아디티야 벨리벨리는 고속 충전 시 더 나은 열 관리를 위해 연구 중입니다. 이는 충전 주기 동안 배터리 팩 내 모든 셀이 최적 온도 범위 내에서 균일한 온도를 유지하도록 보장하기 위함입니다.
이러한 배터리 설계 과제를 해결하는 한 가지 접근 방식은 복잡한 데이터 분석을 활용하는 것이다. SERES의 수석 배터리 엔지니어 한상우는 현재 대량의 데이터가 수집되고 있지만, 컴퓨터 모델에서 데이터를 정확하게 활용하는 것은 전기차(EV)의 실시간 적용을 위해 종종 계산량이 너무 많다고 밝혔다. 과제는 모델의 정확성을 유지하면서 단순화하여 전기차 운행 중 배터리 성능을 개선하는 온라인 시나리오에서 사용할 수 있도록 하는 것이다.
배터리 설계 및 성능 모델링 과제 외에도, 업계는 제조용 원자재 조달과 수명이 다한 배터리의 처리 방안과 관련된 과제에 직면해 있습니다. 전기차 배터리는 콩고에서 조달되는 비교적 고가의 코발트를 함유하고 있습니다. 테슬라의 알 프레스콧(Al Prescott) 부법무책임자 겸 규제담당 이사는 테슬라가 코발트 사용량을 크게 줄였으며, 비용 문제로 코발트 대신 니켈 사용을 확대하는 추세임을 강조했다. 비즈니스 전략 측면에서 기업들은 수직 통합 수준을 결정해야 한다. 즉, 배터리를 제3자로부터 구매할 것인지, 자체적으로 제조할 것인지, 심지어 원자재 공급 광산을 직접 소유할 것인지 선택해야 한다.
배터리 용량이 80% 미만으로 떨어지면 추진용으로 더 이상 적합하지 않아 수명 주기 종료에 대한 고려가 필요해진다. 벨리벨리 씨는 주거용 또는 상업용 전력 백업 장치와 같은 배터리의 2차 활용을 제안했습니다. 현재 배터리 내 재활용 재료 비용이 원자재 자체 비용을 초과하며, 원자재는 부족하지 않아 재활용은 아직 경제적으로 실현 가능하지 않습니다. 전기차 배터리가 수명 주기 끝에 다다르면, 업계는 환경 친화적이면서도 경제적인 재활용 공정을 도입해야 할 것입니다.
지금까지 상당한 진전이 이루어졌지만, 업계는 배터리 수명 주기 전반에 걸쳐 배터리와 충전의 모든 측면을 개선하기 위해 열정적으로 노력하는 동시에, 전기차가 시장에서 가장 안전한 차량임을 대중에게 입증하기 위해 노력하고 있다.
모닥불 옆 대화 – 큰 그림
셀시우스 캐피털의 카를로스 볼라 전무와 폴리 앤드 라드너 LLP의 데이브 칸타로스 파트너가 진행한 폭넓고 생각을 자극하는 대화에서, 이들은 자율주행차/전기차 산업을 뒤흔드는 네 가지 동인, 교통 시스템에 대한 새로운 비전, 그리고 승자와 패자를 가를 요소에 대해 논의했다.
카를로스가 제시한 자율주행차/전기차 산업을 뒤흔들고 있는 네 가지 동인은 다음과 같다:
- 소유 경제에서 공유 경제로의 전환, 즉 서비스형 이동성(Mobility-as-a-Service)
- 화석 연료로부터의 이탈
- 인간 기반 항법에서 벗어나는 움직임, 즉 자율성
- 차세대 차량 경험
이러한 기술 요소 대부분에서 소프트웨어는 차량 기능 확장에 핵심적인 역할을 합니다. 볼라에 따르면, 현재 최고의 자동차 소프트웨어는 구글, 애플, 오로라와 같은 실리콘밸리의 첨단 기술 기업들에서 나오고 있습니다. 이러한 소프트웨어가 제공하는 새롭고 향상된 기능을 활용하기 위해 대형 자동차 제조사들은 차량 장치의 수직적 통합 구조를 폐쇄하는 방식에서 벗어나 운영체제, 미들웨어, 소프트웨어 및 서비스를 갖춘 계층적 기술 차량으로 전환해야 합니다. 그 결과 차세대 차량은 폐쇄형 박스 구조에서 벗어나, 에지 컴퓨팅과 클라우드 컴퓨팅을 활용해 방대한 데이터를 실시간으로 통신 및 처리하는 연결된 지능형 플랫폼으로 진화할 것이다.
볼라는 소프트웨어가 획기적인 차세대 차량 경험을 가능하게 할 잠재력을 지녔으나, 지금까지의 진전은 실망스러웠다고 덧붙였다. 차량 경험은 크게 1) 차량 탑승 시 제공되는 경험, 2) 차량 내부에 있을 때의 경험, 3) 차량에서 내릴 때 제공되는 경험으로 분류할 수 있다. 이러한 차세대 사용자 경험이 시장 침투를 이루려면, 스티브 잡스가 도입해 스마트폰 시장을 급성장시킨 멀티터치 제스처와 같은 필수 기능이 필요하다. 상상해 보십시오: 스마트폰으로 음악을 스트리밍하던 사용자가 차량에 탑승하면, 차량이 음악을 끊김 없이 차량 사운드 시스템으로 자동 재생하기 시작합니다. 사용자가 차량에서 내리면 음악은 다시 스마트폰으로 자연스럽게 전환됩니다. 현재 시판 중인 어떤 차량도 이를 구현하지 못하고 있으며, 대형 자동차 업체들이 이를 외면한다면 실리콘밸리의 기술 거대 기업이 이를 개발할 것입니다.
교통 시스템 전체를 재구축한다면, 볼라는 사람과 물건의 이동 방식을 심층 분석해 이동 패턴을 이해하겠다고 말했다. 실제로 자동차 이동의 60%는 2명 미만이 5마일(약 8km) 미만을 이동하는 경우다. 이러한 유형의 이동에는 자동차가 실용적이지 않지만, 전기 스쿠터 같은 개인용 경량 전기 차량이 최적일 수 있다. 지역의 기후, 대중교통 옵션, 인구 성향에 따라 마이크로모빌리티 솔루션은 자동차 이동의 최대 60%를 대체할 잠재력을 지닌다.
전기차/자전거 산업과 마찬가지로 마이크로모빌리티 산업도 안전성부터 기술, 경제성에 이르기까지 고유한 과제에 직면해 있다. 시중에 나와 있는 대부분의 마이크로모빌리티 기기는 차량 역학 성능이 열악해 일반인에게 안전하지 않다. 안전성 문제 외에도, 현재 공유 전기스쿠터 비즈니스 모델은 90일의 차량 수명 주기와 500달러의 유지보수 비용으로 인해 경제적으로 타당하지 않다고 볼라는 지적한다.
비록 현재가 마이크로모빌리티의 '마이스페이스 시대'처럼 느껴질 수 있지만, 볼라는 마이크로모빌리티의 '페이스북'이 필연적으로 코앞에 다가왔다고 밝혔다. 마이크로모빌리티의 페이스북은 일반 사용자에게 안전한 주행 성능을 갖춘 기기를 제공하고, 접이식 헬멧을 제공하며, 지리적 영역 전체에 고르게 분포되도록 자동으로 위치를 재조정할 수 있는 기기를 제공할 것이다. 고객과 소통하며 우버나 리프트처럼 고품질 고객 서비스를 제공하는 기업들은 이러한 마이크로모빌리티 과제를 해결할 유리한 위치에 있다.
전자상거래에서 사람이나 물품을 이동시키는 신기술은 기존 기업과 신규 진입자 모두에게 무수한 기회를 제공한다. 모든 신생 산업에서 흔히 그렇듯, 결국 승자와 패자가 갈릴 것이다. 자동차 제조사가 브레이크 같은 하드웨어를 단일 공급업체로부터 조달하듯, 소프트웨어 역시 20개 업체를 동원하지는 않을 것이다. 따라서 대형 자동차 제조사의 공급망과 연계되지 않은 스타트업은 성공하기 어려울 수 있다.
전기차 및 자율주행차에 영향을 미치는 규정
규제가 전기차/자율주행차 기술의 개발 및 도입에 핵심적인 역할을 한다는 점은 부인할 수 없다. 폴리 앤드 라드너 LLP의 크리스 그리고리안 파트너는 기술 발전을 지속하기 위해 현행 규제 체계를 어떻게 효과적으로 활용할지에 대한 패널 토론을 주도했다.
현재의 규제 체계는 분산되어 있습니다. 로버트 보쉬 LLC의 연방 정부 업무 담당 이사인 아나 메우위센은 여러 주요 규제 기관과 입법 기관이 서로 다른 요구 사항을 제시하고 있음을 재차 강조했습니다: 교통부(DOT)와 NHTSA가 발표한 자율주행차(AV) 가이드라인, 29개 주의 법률, 11개 주의 행정 명령, 개별 도시에서 비롯된 발전 사항, 심지어 표준 설정 기관까지 포함됩니다. 이러한 상황은 현재 자율주행차 분야에서 활동 중인 자동차 산업과 기술 개발자들에게 도전 과제를 제기합니다. OEM 및 ADAS 공급업체를 위한 한 가지 접근 방식은 관련 기관에 의견을 제출하고 주요 당사자들과 적극적인 대화를 유지함으로써 규칙 제정 및 의견 수렴 과정에 완전히 참여하는 것이다. 중요한 긍정적 진전으로는 의회에서 자율주행차 법안 통과를 위한 노력이 재개된 점이다. 현재 관할 위원회들이 양원제와 양당 협력을 통해 현안의 어려운 문제들을 해결하고 새 법안을 도입하기 위해 노력 중이다.
기업뿐만 아니라 주 정부도 규제 체계로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 특히 연방법이 주법을 우선 적용하려 할 수 있습니다. 애리조나 교통부 정책 부국장 케빈 비스티는 현재의 연방 환경과 초기 단계 기술을 고려할 때, 자율주행차 규제 문제에 대해 연방 정부와 주 정부가 모두 발언권을 갖는 현 상태를 유지하는 것이 최선이라고 믿습니다. 이러한 역할 분담은 현행대로 유지되어야 합니다: 연방 정부는 차량 안전을 규제하고, 주 정부는 도로 상에서의 차량 운행 방식(예: 주별 면허 및 도로 교통 규칙)을 규제하도록 허용해야 합니다. 애리조나주의 자율주행차 정책 수립 및 평가 시 비스티는 안전 테스트를 보장하기 위해 타 주, 국내외 기관, 기존 규정 및 권한을 참고한다. 애리조나주의 입장은 안전 운전자가 동승하는 자율주행차 테스트가 수십 년간 진행되어 온 차량 테스트(예: 자동변속기 테스트)와 다르지 않다는 것이다.
상업용 대형 차량을 대상으로 한 자율주행 차량(AV) 제품의 경우, 아이크(Ike)의 정책 책임자인 홀리 고든은 연방자동차운송안전청(FMCSA)이 제정한 규정을 주목하고 있다. 그러나 장거리 트럭 운송이 L4/L5 수준의 자율주행으로 전환됨에 따라, 도로변 차량 검사 등과 같은 특정 FMCSA 규정은 인간 운전자가 존재하지 않을 때 재검토될 필요가 있을 수 있다. 자율주행과 관련된 NHTSA(미국 도로교통안전청)의 자발적 가이드라인 및 향후 규정도 자동화 트럭 기술의 개발과 도입에 영향을 미칠 것이다. 고든은 투명성 제고와 안전성 검증을 위해 아이크가 공공도로에서 자율 주행 모드 테스트를 진행하기 전에 자발적 안전 자체 평가 보고서를 공개한 최초의 기업 중 하나라고 언급했다. 아이크의 보고서는 현재 시뮬레이션과 시험 트랙 작업을 결합한 전반적인 안전 접근법에 중점을 두고 있다.
마무리 말씀
이날 진행된 각 세션은 자동차 산업의 서로 다른 측면에 초점을 맞췄지만, 프로그램 전반에 걸쳐 제조업체, 정부 기관, 소비자들이 전기차(EV), 자율주행차(AV), 마이크로모빌리티 플랫폼의 발전이 가져올 향상된 안전성, 사회적 혜택, 편의성에 대한 잠재력에 열광하고 있음을 분명히 보여주었다. 관련 모든 주체들은 기술 혁신을 초고속으로 지속하기 위해 첨단 기술적·규제적 과제에 맞서고 있다.
