▲ [사진 = 보연주식회사]

2026년부터 미국에서 판매되는 신차의 연비 기준이 대폭 강화된다. 지난 4월 미국 도로교통안전국은 2026년형 자동차부터 연비 기준을 1리터당 약 17km를 달릴 수 있도록 높일 것이라고 밝혔다. 현재 미국에서 팔리는 신차의 연비 기준은 1리터당 약 10.2km 수준이다. 미국 교통부 관계자는 자동차 연비 강화를 통해 화석연료의 사용을 줄이고, 탄소중립을 이뤄야 한다고 밝혔다.

우리나라의 자동차수도 꾸준히 증가하고 있다. 지난 2022년 7월 말 기준 국내에 등록된 자동차수가 2,515만대를 돌파했으며, 이는 인구 2명당 1대 꼴이다. 우리나라에서도 탄소중립을 실천하기 위해 친환경차 보급에 많은 노력을 하고 있지만 아직도 친환경차는 전국에 150만대 정도에 불과하다. 이 말은 탄소제로를 실현하기 위해서 기존 내연기관차의 제어가 절실히 필요하다는 의미다. 하지만 정부는 내연기관차에 대한 실질적인 정책보다는 전기차 보급에만 집중하고 있는 모양새다. 이런 가운데 내연자동차의 완전연소를 유도해 각종 배기가스를 복합적으로 저감하고, 에너지 효율을 높여 연비효율에도 큰 효과를 내는 신에너지발전시스템을 개발하며 많은 주목을 받고 있는 기업이 있다. 본지에서는 그 주인공인 ‘보연 주식회사(대표 장은성)’을 찾아 취재를 진행하였다.

▲ [사진 = 보연주식회사]

자동차의 각종 전기장치와 운행 효율을 높이기 위한 신에너지발전시스템, ‘듀얼캡 카바이오(Dual Cap–Carbio)

전자 기술의 발전은 자동차에도 많은 변화를 가져오고 있다. 대화면 네비게이션, 블랙박스, 전동시트, 자율주행 등 사용 편의성과 안정성을 높이기 위해 각종 전기장치가 탑재되고 있다. 이에 복잡해진 자동차의 전체적인 성능을 유지하고 효율적인 차량 운행을 위해 배터리의 성능과 각종 전기장치에 대한 원활한 전기 공급이 매우 중요해졌다.

‘보연 주식회사’에서 원천기술을 확보하고 자체 개발하여 시장에 내놓은 신에너지발전시스템 ‘듀얼캡 카바이오(Dual Cap–Carbio)’는 전압강하를 방지하고 CCA 값을 높여 대전류를 증가시켜 에너지 효율을 약 30% 이상 향상시키는 혁신적인 제품이다. 전해커패시터의 단셀과 슈퍼커패시터 등의 단셀을 듀얼캡으로 구현하여 사용부하에 맞게 병렬로 이루어진 에너지 발전장치로 전압강하를 보상하는 시스템이다.

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전해커패시터로 이루어진 듀얼캡 모듈, 전류생성시스템을 구현하여 에너지 효율 극대화

모든 배터리에는 저항값이 있고 전기를 사용하는 곳에는 반드시 전압강하가 발생한다. 현재 차량에서 사용하는 배터리는 12볼트의 전압을 만들기 위해 납산 배터리 단셀 6개를 직렬로 연결한 셀로 구성되어있다. 기존 시장에 출시되어 있던 대부분의 차량용 배터리 보조장치 역시 슈퍼커페시터 6개를 직렬로 연결해서 사용하고 있다. 하지만 이처럼 다수의 배터리 셀을 직렬로 연결하는 경우 내부 저항값이 크게 증가한다. 사용부하의 전류용량에 대응하기 위해서 다수의 직렬 연결된 모듈을 병렬로 연결해야 하는데, 이는 배터리 팩의 부피를 커지게 만드는 치명적인 단점도 있다. 하지만 보연 주식회사의 듀얼캡은 모듈을 구성하는 단 셀의 수량을 줄여 저항을 획기적으로 감축했다. 배터리 팩의 부피를 줄이고 외부저항 없이 전해커패시터와 슈퍼커패시터를 이용해 진상회로를 구현함으로써 사용부하의 전압강화를 줄여 에너지의 효율을 향상시켰다.

보연 주식회사 장은성 대표는 “제 1커페시터는 슈퍼커패시터, 리튬플리머 배터리 및 리튬 인산철 배터리들 중 하나로 이루어지고, 제 2커패시터는 전해커패시터로 이루어진 듀얼캡 모듈이다. 전해커패시터는 1초당 수십 번에서 많게는 수천 번까지 충전과 방전을 되풀이하는 특성을 가지고 있다. 이를 이용해 전류생성시스템을 구현하여 에너지 효율을 발생시키는 에너지발전장치라고 볼 수 있다”고 덧붙여 설명했다.

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차량 내 모든 전기장치를 관장하는 배터리, 자동차의 종합적인 성능까지 좌지우지 해

‘듀얼캡 카바이오’ 배터리 전압강화 방지, CCA값을 향상시켜 대전류 인가성을 높이고 배터리의 성능을 향상시키는 에너지 발전 장치

모든 자동차에는 전기장치 구동을 위한 납산배터리와 전기를 생산하는 자가 발전하는 발전기가 달려있는데, 이 장치들은 자동차의 종합적인 성능에 직접적인 영향을 미친다. 납산 배터리는 시동모터에 전원을 공급하며, 시동을 걸기 전부터 차량에서 사용되는 모든 전기를 관장하고 항시 대기전력 상태로 있다. 이에 자동차 리모콘과 자동도어, 블랙박스 등을 사용할 수 있다. 시동이 걸리면 발전기를 통해 전원을 받는 입장으로 바뀌고, 발전기로부터 전기를 공급받은 배터리는 다시 차량 내부의 모든 전기를 관장하며 모든 전기 장치에 전력을 공급한다. 특히 점화플러그 스파크를 발생시키고 연료펌프를 작동하는 등 엔진의 출력에도 지대한 영향을 미치게 된다. 배터리의 성능이 곧 자동차의 성능을 결정한다고 봐도 무방할 정도다. 듀얼캡 카바이오는 배터리와 병렬로 연결되어 배터리의 저항 값을 낮춰 전압강화를 방지하고, 배터리의 내부 저항값을 낮추어 배터리의 최대성능을 몇 배까지 끌어올린다. 장 대표는 “일반적으로 배터리는 엔진의 효율 및 연비와 상관이 없다고 알고 있지만 이는 완전히 잘못 알고 있는 상식이다. 배터리의 성능과 연비는 매우 직접적인 연관을 관계를 가지고 있다. 배터리 효율이 나쁘면 연비는 물론이고 자동차의 출력 자체도 저하된다. 배터리의 성능을 높이면 출력증가로 인해 연비가 높아지는 것은 물론이고 엔진소음 감소, 배터리 수명연장 등의 효과가 있다”고 언급했다.

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차량의 엔진 출력향상 및 최소 25% 이상의 연비 절감 효과 입증, 모든 내연기관 차량에 장착 가능

EURO 6 기준보다 훨씬 낮은 배기가스 배출, 탄소중립을 위한 새로운 패러다임 제시

‘자동차의 엔진의 효율을 높인다’는 것은 ‘연료의 불완전 연소를 줄이고 자동차가 배출하는 배기가스를 줄이다’는 의미도 된다.

실제로 듀얼캡 카바이오를 장착한 후 배기가스 배출량을 시험한 결과(기아 스토닉1.6 디젤)에 따르면 질소산화물(NOx)이 0.085g/km, 일산화탄소(CO) 0.017g/km, 미세먼지(PM) 0.003g/km, 탄화수소(CH) 0.021g/km, 이산화탄소(CO2) 146.536g/km 검출되었는데, 이는 EURO 6 기준인 ‘질소산화물(NOx) 0.4g/km, 일산화탄소(CO) 1.5g/km, 미세먼지(PM) 0.01g/km, 탄화수소(CH) 0.13/km’에 비해 월등히 적은 수치다.

연비 증가에 대한 효과도 여러 실증사례를 통해 입증되었다. 아시아경제에서 주최하는 연비왕 대회에 듀얼캡 카바이오를 장착한 기아 스토니 차량(디젤 1.6)이 출전했는데, 리터당 30.855(km/l)의 연비를 기록하며 공인연비 대비 225.444% 증가하는 연비효율을 보였으며, 듀얼캡 카바이오를 장착한 쉐보레 올란도(디젤 2.0)은 리터당 25.065(km/l)는, 공인연비 대비 208.875%라는 높은 연비 증가 효과를 보였다. 또한 얼마 전 열린 ‘강원에코렐리’에 듀얼캡 카바이오를 장착한 제네시스 GV80 3000CC로 출전하여 3위에 입상하기도 했다.

고속버스에 장착한 실험 결과도 눈여겨 볼만하다. 장착 전과 후 각각 300,000km를 운행하였는데 장착 전에는 60,000리터의 연료를 사용하였으며, 장착 후에는 46,126리터의 연료를 사용하였다. 리터당 운행거리로 환산하면 장착 전 5km, 장착 후 6.5km를 운행것으로, 이는 리터당 1.5km의 운행거리가 증가한 것이다. 또한 온실가스 배출량도 518g/km에서 398/km로 크게 줄어들었다. 이밖에도 택시에도 장착하여 실험을 진행했는데, 역시 비슷한 결과를 보였다. 장 대표는 “듀얼캡 카바이오는 모든 차량에 탑재가 가능하다. 다만 자동차의 크기와 배기량에 맞춘 용량의 제품을 탑재하는 것이 가장 중요하다. 대형차에 소형차 기준의 제품을 탑재하면 동일한 효과를 볼 수 없다. 장착만 올바르게 한다면 모든 차량에서 최소 25% 이상의 연비절감 효과를 볼 수 있다”고 언급했다.

자동차, 오토바이, 선박 등 내연기관 장비는 물론, 전기차와 각종 ESS 제품에 적극 사용 가능

특허 등록 및 각종 인증 통해 기술력 인정, 해외 시장도 적극 진출할 것

듀얼캡 카바이오는 모든 내연기관 자동차와 오토바이는 물론이고 선박, 비상발전기, 항공, 농기계, 건설기계 등의 모든 내연기관 장비와 전기자동차, 전기자전거, 전기오토바이, 드론, 태양광 가로등, 가전제품 등 ESS(electric power storage system)와 배터리가 탑재된 모든 전기장치에 장착해도 큰 효과를 거둘 수 있다. 전기차에 장착시 납산배터리와 연결하여 사용 가능하며, 장 대표는 “구동용 메인 리튬배터리에 연결하면 더 큰 효과를 볼 수 있을 것이다”고 언급했다.

현재 듀얼캡 카바이오는 에너지발전장치로 핵심기술이 특허로 등록되어 있다. 또한 보연 주식회사는 앞서 언급한 여러 성과를 인정받으며, 경기도 경제과학진흥원 신기술 선정, 환경부 환경기술산업진흥협회 혁신 제품 패스트트랙3 선정, 환경부 혁신제품 기획재정부 추천, 국방부 시범사업 선정, 국방부 우수상용품 2차 선정, 해양신기술 2차 선정, 세계 여성발명왕대회 은상을 수상했다. 장은성 대표는 마지막으로 “아직까지도 국내에서는 중소기업의 자동차 분야 신기술에 대한 보수적인 인식이 강하다. 이러한 인식을 바꾸기 위해서 노력할 것이며, 미국과 베트남 등의 해외 시장도 적극적으로 진출할 계획이다. 인도네시아와 베트남과도 협의를 진행 중이다”고 언급하며, 앞으로의 밝고 힘찬 청사진을 밝혔다.