[4차 산업혁명 기술과 자동차 이야기]레포트에 포함되어야 하는 내용은 다음과 같습니다.? 최근 코로나 19에 의한 팬데믹으로 일상생활 패턴이 급변한 것처럼 기존 경제 관념과 생활 양식을 송두리째 바꿀 미래 자동차 혁명이 진행되고 있습니다.? 미래 자동차 혁명을 대변하는 전기자동차, 자율주행, 차량공유 등 3가지 기술의 등장 배경, 사회에 미치는 변화, 이로 인한 붕괴 산업과 성장 산업 및 관련 업체의 기술수준 등에 관한 내용을 작성하세요.? 가능한 그림, 도표 등을 활용하고 분량은 주제 관련 내용을 충실하게 설명할 수 있는 정도I. 전기자동차1. 등장 배경1769년 프랑스의 니콜라 퀴뇨가 세계 최초로 자동차를 발명했다. 이 자동차는 동력원으로 증기 기관을 이용했다. 바퀴라는 인류의 위대한 발명품은 곧 수레로 발전했고, 동물(말)이 수레를 끌도록 해 인력 외의 동력으로 수레를 달리게 한 것이 곧 마차이다. 니콜라 퀴뇨가 이룬 업적은 인간도 동물도 아닌 기계가 수레를 움직이게 한 것이다. 하지만 증기 기관은 물을 보충해야 하며 기관이 차가운 상태에서 예열되어 움직이기 시작할 때까지 오래 걸렸으며 증기의 압력을 유지하기 어렵다는 단점을 가지고 있었고, 인류는 그 이후 새로운 동력기관을 발명할 때마다 그것을 활용하여 이동 수단을 만들고자 하는 시도를 해왔다. 전기 자동차는 그러한 시도의 일환으로서 탄생했다. 1828년에 헝가리의 성직자이자 물리학자인 Anyos Jedlik는 전동기의 초기형을 발명했고, 그 전동기로 구동되는 작은 모형 자동차를 만들었다. 전기 자동차는 등장 초기에 비슷한 시기에 등장한 내연기관 자동차에 대해 비교 우위를 점했지만 다양한 요소로 인해 100년에 가까운 시간 동안 내연기관 자동차에 가려 빛을 보지 못하다가 최근에 재도약을 하여 내연기관의 자리를 넘보고 있다. 지금까지 전기자동차와 내연기관 자동차가 경쟁해온 역사는 크게 세 부분으로 나누어 볼 수 있다.1) 전기자동차/내연기관차 발명 초기(1830~1910년대)1881년 Gustave TroCharles Kettering이 차량용 전기 스타터 모터를 개발했고 1920년대에는 거의 모든 최신 차량에 스타터 모터가 달려 나오며 핸드 크랭킹의 불편함을 덜어주게 되었다. 또한 1920년대에 미국의 도시 사이를 잇는 도로망이 정비되었고, 미국인들은 멀리 이동하고 싶은 욕망을 가지게 된다. 이 시기에 텍사스에서 유전이 대량 발견되며 휘발유의 가격은 저렴해졌고 외딴 지역에도 휘발유가 널리 보급되어 연료를 구하기 쉽게 되었다. 그와는 반대로 당시 미국에서 도시 지역 외에는 전력망이 보급되지 않아 전기 자동차를 충전하기 어려웠다. 또한 전기 자동차는 배터리 효율의 한계와 무거운 중량으로 인해 항속거리가 짧았고 충전 시간이 길어 장거리 여행에는 적합하지 않았다. 이런 이유들로 인해 전기차는 내연기관 자동차에 점유율을 뺏기고 1935년을 전후로 거의 사라지게 된다.3) 전기차의 재도약(1990~현재)원유 가격 그래프, 1960-2020(좌), 유럽 배기가스 규제 기준 Euro 1-6(우)시간에 따른 배터리의 에너지 밀도 그래프. 배터리 기술의 발전을 보여준다.1990년대, 유가가 크게 상승해 고유가 시대가 열렸다. 이는 곧 내연기관 자동차에 사용되는 연료비의 부담으로 이어졌다. 또한 지구 온난화, 탄소배출 등의 환경문제가 대두되며 오염물질을 발생시키는 내연기관차의 대체재가 필요해졌다. 세계 각국 정부의 자동차 연비 및 배기가스 규제가 갈수록 강화되면서 전기자동차의 입지는 갈수록 확고해질 전망이며 최근의 에너지 및 환경 관련 규제의 흐름, 그리고 각국이 제시하는 온실가스 감축 목표는 전기자동차가 비약적으로 성장할 수 있는 발판을 마련해 주고 있다. 현재 내연기관 자동차는 다양한 공해저감 기술을 활용해 배기가스 규제를 만족시키고 있지만, 이는 근본적인 문제를 해결하지는 못하며 효율의 저하와 구조의 복잡화로 이어져 실용성이 떨어지게 된다. 각종 환경 규제가 더 강해진다면 친환경차가 아닌 내연기관 단독 사용 자동차는 규제를 아예 만족시키지 못하게 될 수준에 이를 수도 있다 항목들도 있지만 그렇지 않은 항목들이 존재한다. 대표적인 항목이 유류에 대한 세금이다. 전기 자동차는 연료를 사용하지 않기 때문에 이를 전기 자동차에 그대로 적용할 수는 없다. 현행 유류세의 대부분은 교통에너지환경세인데 이는 주로 교통시설의 개선과 확충 등에 사용되며, 교통시설 중에서도 도로 부문에 40%가 활용된다. 반면 전기차 이용자가 사용하는 수송용 전기는 부가세와 전력산업기반금을 제외하면 교통에너지환경세가 전혀 없다. 그럼에도 도로는 내연기관차와 마찬가지로 함께 이용한다는 점에서 교통세를 부담하는 휘발유차와 수송 연료의 과세 형평성 문제 역시 제기될 수밖에 없다. 또한 개별소비세와 같이 과세표준이 엔진의 배기량으로 설정되어 있는 경우 전기자동차를 어떤 배기량으로 취급해야 하는가 하는 문제가 생긴다.현재 세계 각국에서는 친환경적인 전기차를 보급하기 위해서 다양한 보조금을 지급하고 세제 혜택을 부여하고 있다. 그러나 지금처럼 전기차에 대한 무조건적 지원은 결국 세수 감소를 가져와 정부 재정에 부담을 주며, 내연기관 자동차와의 세금 형평성의 문제가 있어 공정과세가 어렵기 때문에 전기차 확대로 줄어드는 유류세를 보전하려면 수송용 전기에도 세금을 부과하는 등 세수 감소를 보완하는 새로운 세제를 고안할 필요가 있다.이러한 문제를 해결하기 위해서 자동차 세제 개편에 대한 논의가 이루어지고 있다. 내연기관 자동차만을 상정하고 만들어져 각종 목적이 중첩된 기존의 과세항목을 세밀하게 구분하여 수익자 부담의 원칙을 이루려는 것으로, 주행거리세와 대체연료세 등이 대안이 될 수 있다.2) 리튬: 신흥 전략 자원세계 원유 생산량 상위 10개국, 2017년 기준(좌), 리튬 매장량 상위 4개국과 해당 국가의 2016년 기준 리튬 생산량현재 세계의 질서에는 석유가 큰 영향을 미치고 있다. 미국과 러시아가 강대국이 될 수 있었던 배경 중 하나는 막대한 석유 매장량이다. 그리고 도로수송 부문은 전체 석유 수요의 약 44%를 차지하고 있다. 그렇다면 전기 자동차로의 전환이 이루어진다면을 전달하는 차동 기어, 엔진에서 차동 기어까지 동력을 전달하는 추진축 등 다양한 부품이 조립되어 만들어진다. 또한 최신 내연기관차들은 환경 규제를 만족시키기 위한 배기가스 후처리 장치, 엔진 성능을 위한 과급 계통, 운동성능을 위한 구동 계통이 더해지는 등 더욱 복잡해져 생산에 필요한 부품 수가 많다. 전기차는 구동 계통과 연료 계통이 모터와 배터리로 간소화되어 필요한 부품이 적어졌고, 이는 곧 자동차 부품 산업의 축소를 불러올 것이다. 또한 동력기관의 기계 요소가 적은 간단한 구조는 차량 정비 수요의 감소로 이어져 정비 산업의 축소 역시 불러올 것이다.4. 성장 산업1) 2차전지 산업전기 자동차의 에너지 저장 수단은 2차 전지이다. 따라서 전기 자동차의 수요가 커지면 2차 전지의 수요도 커진다. 주요 2차 전지 기업들은 보다 에너지 밀도가 높고, 충전 속도가 빠르며, 안전성이 높고 가벼운 새로운 전지를 개발하여 시장을 장악하기 위해 노력하고 있다. 현재 전기 자동차에 사용되는 2차 전지는 리튬-이온 전지이다. 리튬-이온 전지는 사용하며 충전과 방전을 반복하면 용량이 감소해 정해진 수명을 초과하면 교체가 필요한데, 2차 전지의 수요가 증가하는 만큼 폐 배터리의 배출도 증가할 것이다. 이 폐 배터리는 매립할 경우 토양 오염과 지하수 오염을 유발할 수 있고, 소각할 경우에는 폭발할 위험이 있으며 유해가스를 방출할 수 있다. 따라서 폐 배터리는 적절한 처리 과정이 필요한데, 재활용 또는 재사용이 일석이조의 방법이 될 수 있다. 폐 배터리는 귀중한 양극재용 금속자원인 리튬, 니켈, 코발트를 추출하는 식으로 재활용할 수 있다. 또한 전기차에서 사용이 끝난 배터리 내부에는 에너지를 충분히 저장할 수 있는 용량이 아직 남아 있어 최소 3년~최대 10년까지 활용이 가능하다. 이러한 배터리의 잔여 용량을 활용할 수 있는 대표적인 재사용 방안이 ESS(Energy Storage System)다. 이렇게 2차 전지를 생산, 처리하는 산업은 전기차 산업이 성장함에 따라 덩달아 성 영역으로 확장한 경우와, 테슬라 및 루시드와 같이 새롭게 시장에 진입한 전기 자동차 전문 기업이다. 기존의 완성차 업체들은 너도나도 전기차 영역으로 사업을 확장하는 것뿐만 아니라 미국 1위 자동차 업체인 제너럴모터스(GM)가 2035년까지 무공해 자동차만을 판매할 것이라는 목표를 밝히는 등 아예 내연기관 자동차를 더 이상 생산하지 않고 전기차를 생산할 것이라고 선언하고 나섰다. 이들 업체는 기존 내연기관 자동차의 플랫폼에 전기 모터와 배터리를 장착해 전동화를 시키는 것을 시작으로 독자적인 전기차 전용 플랫폼을 개발해 나가고 있다. 전기차 기술의 수준을 가늠하는 척도 중 하나는 바로 효율을 나타내는 전비이다. 전비란 내연기관 자동차의 연비와 비슷한 개념으로, 일정한 전력을 사용하여 얼마만큼의 거리를 주행할 수 있는지를 나타내는 지표이다. 미연방 환경보호청(EPA)에서 공인한 도심/고속도로 복합 전비 자료에 따르면, 미국의 테슬라 모델 3와 한국의 현대 아이오닉5가 상위에 위치했다.II. 자율주행1. 등장 배경시간에 따른 반도체 집적회로의 트랜지스터 개수자율주행 자동차는 자동차의 등장 초기부터 인류가 상상해 왔던 개념이다. 주행 중 도로의 각종 위험 요소들을 인지하고 판단하며 팔다리로 자동차를 조작하는 일은 굉장히 피곤한 일이기 때문이다. 가속과 감속, 조향 등의 조작을 기계가 대신 하는 제어기술은 오래전부터 마련되어 있었지만 기계가 주변의 상황을 읽어내어 적절한 판단을 내리는 것은 오랫동안 구현되지 못했다. 1990년대 이후로 자율주행 자동차가 모습을 드러내고 눈부시게 발전한 배경에는 컴퓨터 연산 능력의 향상이 있었다. 자율주행 자동차는 자동차의 모든 방향으로 장착된 카메라, 라이다, 각종 센서류에서 입력되는 신호(정보)를 바탕으로 주변 공간을 인지하고 알고리즘을 활용해 그 안의 개체들을 파악한다. 이러한 작용이 찰나의 순간에 이루어지기 위해서는 수많은 정보를 빠른 시간 안에 처리하는 강력한 연산 능력이 필수이다. 또한 연산 능력의 발전으로 인해서 처리하는 이것이다.
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