규모·범위의 성장(Scale-Up)에서는 발전·수송 분야에서 대규모 수소 수요를 창출하고, 글로벌 수소 공급망을 구축해 청정수소 생태계를 확장할 계획이다. 또한 수소, 암모니아 혼소 발전을 실현하고, 수소버스·트럭 등 대형 모빌리티 보급을 확산시키고 국내 뿐만 아니라 해외에 대규모 생산기지를 구축한다는 방침이다. 

인프라·제도 성장(Build-Up)의 경우 청정수소 활용 촉진을 위한 유통 인프라와 제도적 기반을 마련하여 세계 최대 수준의 액화수소 플랜트를 구축하고 액화충전소를 확대할 계획이다. 이에 따라 암모니아, 액화수소 인수기지를 건설하고, 수소 전용 배관망을 구축할 예정이다. 또한 수소발전 입찰시장 개설, 수소 사업법 제정, 청정수소 인증제 도입 등 제도적 기반을 마련하겠다는 방침이다. 

산업·기술의 성장(Level Up)에서는 세계 1등 수소산업을 육성하고, 이를 뒷받침하기 위한 기술도 혁신할 계획이다. 수소 활용 분야 뿐만 아니라, 생산, 유통 전주기의 핵심기술을 확보하고 7대 전략분야(수전해, 액화수소 운송선, 트레일러, 충전소, 연료전지(모빌리티/발전), 수소터빈)를 육성하면서 기술력 있는 수소기업을 발굴해 지원을 강화할 예정이다. 

우주인터넷, GEO에서 LEO의 시대로 바뀌는 중 

우주인터넷은 위성을 사용하여 지상의 사용자에게 인터넷/음성/데이터 통신서비스를 제공하는 것을 의미한다. 지상 인프라가 취약하거나 구축이 불가능한 도서 및 해양 지역에서 주로 사용되고 있다. 지금까지 우주인터넷은 GEO 위성이 주로 사용되었다. GEO 위성은 이론적으로 3개의 위성만 있으면 극지방을 제외한 지구 전 영역을 커버할 수 있다. 하지만 고도 35,786km에 위치하기 때문에 전송 지연 시간(Latency)이 길고, 전송 속도도 늦다.

반면 LEO 위성을 이용한 우주인터넷은 위성이 위치한 고도가 1,000km 이하로 GEO보다 낮기 때문에 전송 지연 시간도 짧고, 전송 속도도 빠르다. GEO 위성과는 달리 궤도 경사각이 0이 아니어도 되기 때문에 극지방까지 커버할 수 있다. 이것이 우주인터넷의 중심이 GEO 위성에서 LEO 위성으로 이동하고 있는 이유다.

* 인공위성 궤도에 따른 분류

- 저궤도(LEO, Low Earth Orbit) 위성: 고도 1,500km 이하에 위치하는 위성. 90-120분 정도의 궤도주기를 갖는다. 스타링크나 원웹의 위성이 이에 해당.

- 중궤도(MEO, Medium Earth Orbit) 위성: 고도 6,000-20,000km에 위치하는 위성. 120-350분 정도의 궤도주기를 갖음. 대표적인 MEO 위성은 20,000km 고도에 위치한 GPS 위성.

- 지구정지궤도(GEO, Geo-stationary Orbit) 위성: 고도 35,786km에 위치하여 위성의 공전주기가 지구의 자전주기와 동일하여 지구에서는 항상 같은 위치에 고정된 것처럼 보이는 위성을 지구동주기궤도(GSO, Geo-Synchronous Orbit) 위성이라 하는데, GSO 위성 중 궤도 경사각이 0도인 위성을 GEO 위성이라고 함. 지구 일정 지점을 24시간 지속적으로 관측할 수 있어서 특정 지역 상시 관찰에 유리. 대륙 간 통신이나 기상상태 촬영, 미사일 조기경보 등의 목적에 많이 사용.

1) 유도 전동기 

전기차용 모터를 가장 잘 만드는 회사는 역시 Tesla 이다. Tesla 는 이름에서 알수 있듯이 Nikola Tesla 가 발명한 유도전동기(Induction Motor=비동기형모터, Asynchronous)를 사용했었다. 모터는 회전운동을 하는 회전자(Rotor)와 고정되어 있는 고정자(Stator)로 구성된다. 모델 S 에 가장 먼저 탑재되었던 유도전동기는 영구자석이 없기 때문에 제작비용이 낮고, 구조가 단순하며, 내구성이 높다는 장점이 있다. 다만 전자력을 이용해 모터를 제어하는 영구자석모터에 비해 효율이 낮고 제어가 어렵다는 단점이 있다. 다만, Tesla 는 이를 ECU 제어 기술과 모터 냉각 기술을 통해서 극복하고자 하였다

2) 영구자석 모터 

저전력에서는 영구자석모터의 속도제어가 더 효율적이기 때문에 모델 3 의 전면에는 IPMSynRM(IPMSM, Interior Permanent Magnet Synchronous Reluctance Motor)를 탑재하고 후면에는 유도전동기를 탑재하였다. 

3) Carbon-Sleeved rotor

Model S Plaid 는 Carbon-Sleeved Rotor 를 탑재하여 제로백 1.99 초의 성능을 구현하였다. 모터의 속도가 높아질수록 원심력이 증가하여 내부의 자석들이 튕겨나가거나 팽창하는 문제가 있는데, 이를 막기 위해 탄소섬유로 감아 강성을 높였다.

엔진열의 자리를 채울 열관리 시스템

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- 엔진에서 모터로 변화하면서 또 달라진 점은 엔진은 열에너지를 운동에너지로 전환하였지만, 모터는 전기에너지를 운동에너지로 전환한다는 점이다.

- 내연기관차에서는 엔진에서 발생하는 열을 활용할 수 있지만, 전기차는 아니다. 그렇기 때문에 내연기관차에서는 단순한 공조시스템으로 치부되었던 열관리 시스템은 전기차의 핵심 부품으로 새롭게 등장하였다.

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- 겨울철은 열관리 시스템의 중요성이 가장 잘 드러나는 시기이다

- 엔진에서 발생한 열을 이용해 냉각수를 데우고 난방에 활용하던 내연기관차와 달리 전기차는 배터리의 에너지를 활용하여 히터를 가동한다. 그렇기 때문에 전기차는 겨울철에 주행거리가 짧아지는 단점이 있을 수 밖에 없다

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- 겨울철 주행거리 오차를 줄이는 핵심은 히트펌프 시스템이었는데, 이는 열을 이동시키는 장치이다.

- Condensor 를 통해 외부에서 흡수한 열과 차량 내부의 전장부품에서 흡수한 열을 압축기(Compressor)로 냉매를 압축한 뒤, 응축기로 냉매를 냉각하면서 열이 발생하게 된다. 냉매의 방향을 바꾸면 에어컨의 기능을 하게 된다.

- 이 시스템을 통해 전기차는 실내 냉난방 시스템에 대한 의존도를 낮추고 주행거리를 증가시킬 수 있다.

히트펌프 시스템은 DENSO, 한온시스템 과점

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- 히트펌프는 냉매의 순환을 이용하여 외부 혹은 내부의 폐열을 실내에 공급하는 방식이다. 그렇기에 냉매를 압축시키는 압축기(Compressor)가 반드시 들어가게 된다.

- 기존의 내연기관차의 공조 시스템에서는 압축기가 엔진과 연결된 벨트로 구동되었지만, 배터리 기반의 전기차에서는 전동식 압축기(ECompressor) 가 모터에 의해 구동된다.

- 과거의 공조시스템은 핵심 부품이 아니었기 때문에 경쟁강도가 높지 않았지만, 히트펌프 시스템이 핵심 부품으로 부상한 초입인 지금은 DENSO, 한온시스템이 과점하고 있다.

- 점차 전기차에 히트펌프가 장착되는 비율이 늘어나면서, 전기차의 전환의 수혜를 받을 수 있는 부품이다. 특히 기계식 압축기는 50 만원 대의 단가였던 것에 비해, 전동식 압축기는 2~3 배 높은 단가이기 때문에 전기차 전환율이 중요하다.

- 현대위아도 전기차 부품 기업으로 거듭나려는 움직임의 일환으로 통합형 열관리 시스템을 새로이 개발하였다. 통합형 열관리는 Tesla 에 이어 두번째이며, E-GMP 3 차에 수주하였다. 이는 냉각수를 기반으로 한 통합모듈로 배터리, 구동장치, 전장 부품의 열을 관리하는 장치이다

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자동차 부품 업체들도 변화하고 있다. 첫 번째 변화는 전기차는 내연기관차의 엔진 관련 부품들이 사라질 뿐만 아니라, 전체 부품의 개수가 3 만 개에서 1.5 만개 수준으로 감소된다는 것이다. 다만 부품 수가 줄어들고, 핵심 부품도 공용화가 된다는 것은 부품 업체들이 설 자리가 줄어든다는 것을 의미한다.

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두 번째 변화는 각 부품들이 소프트웨어로 연결되어 중앙 집중식으로 구성되기 시작했다는 것이다. 자동차 부품의 전장화 흐름은 2000 년 대부터 진행되었다. 부품 업체들은 각 부품들을 ECU 와 결합하여 모듈을 납품하고 완성차 업체들은 모듈을 조립했기에, 부품의 Electronics 에서 부가가치가 발생했다

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그러나 스마트카의 흐름으로 인해 부품이 중앙 집중식으로 통합되었고, 부가가치는 중앙 소프트웨어로 이동했다. 즉, 하드웨어의 역할만 하는 부품 업체의 부가가치는 감소할 수 밖에 없으며, 소프트웨어 기술을 가진 소수의 부품사로 집중이 될 것으로 예상한다.

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결론적으로 배터리와 전력 구동장치, 센서 등의 시장은 지금보다 더 크게 성장하겠지만, 엔진과 관련된 부품, 동력 전달장치 등은 부품 수 감소로 시장이 축소될 수 밖에 없다. 또한 제동, 조향 등은 기계적 기술보다는 소프트웨어와의 연결이 더 중요해질 전망이다.

실리콘계 음극 소재는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘-카본(Si/C) 복합체, 실리콘 합금(Si Alloy)으로 구분된다. 이 중 SiOx(실리콘 산화물)는 약 1,500mAh/g의 이론 용량을 갖는다 [도표 110].

현재 흑연에 첨가되는 SiOx 함량은 5%~7% 수준으로 EV용으로는 포르쉐 타이칸에만 적용되고 있으며(대주전자재료 공급), 타이칸에 공급하는 실리콘 음극재의 초기 효율은 약 85% 내외로 알려져 있다. 다만 실리콘 첨가 비율 10% 이상이 되어야 에너지 밀도 개선 및 충전 시간 단축 효과가 크기 때문에 코팅, 도전재 개발 등을 바탕으로 기술 개발이 진행중이다. 더불어, 초기 효율을 높인 제품들을 지속 선행하여 개발되고 있고, 동시에 주력 제품 외 차기 제품도 R&D를 진행 중인 것으로 파악된다.

SiOx는 순수 실리콘보다는 용량이 낮지만 충방전 과정에서 생성되는 산화물(Li2O, Li4SiO4 등)이 실리콘의 부피 팽창, 수축의 완충재로 작용하여 구조적 붕괴를 방지하는 역할을 한다. 이에, 사이클 수명이 보다 안정적인 형태를 보인다. 다만, 최초 사이클 이후 낮은 충방전 효율, 부피 팽창에 의한 사이클 감소 등 해결해야 할 기술적 과제가 많이 남아 있다.

실리콘 카본 복합체는 실리콘을 나노화 한 후, 이를 흑연과 혼합해 복합화 하는 방식이다. 일반적으로 SiOx는 Si/C 대비 초기 효율은 높지만, 양산 과정이 상대적으로 복잡해 비용 이슈가 있는 것으로 알려져 있다. 

테슬라의 경우, 경제성을 동시에 고려하기 때문에 SiOx에 코팅 기술을 활용할 계획이다. 그리고 중국, 한국, 일본 기업들은 SiOx 또는 Si/C 복합체에 SWCNT 도전재 적용으로 진행되고 있다.

실리콘 음극재 시장 규모는 30년까지 연 평균 49% 성장할 것으로 예상한다. 2030년 기준 실리콘 음극재의 사용 비중은 음극재 전체의 중량 기준 8% 수준이지만, 높은 ASP로 인해 전체 음극재 시장 규모(금액 기준) 대비 실리콘 음극재 시장 비중은 30%에 달할 것으로 예상한다 [도표 102].

실리콘 음극재의 대중화와 보급 확대를 위해서는 생산성을 높이는 것이 주안점이다. 실리콘이 흑연 음극재 대비 중량 당 가격이 높은 이유는 안정적으로, 높은 생산성 하에서 양산하기 어려웠기 때문이며, 앞으로는 생산성을 우선 개선 후, 이를 기반으로 수익성을 확보한 상태에서 단가를 합리적으로 낮춰가려는 노력이 필요하다

현재 대주전자재료의 실리콘 음극재 단가는 $60~$70/kg로 알려져 있으며, 흑연계 ($6~$7/kg) 대비 높은 수준에 형성되어 있다. 다만, 아직 전체 음극재 중량 중 일정 비율을 첨가하는 형태인 첨가제 형태로 쓰이고 있기 때문에 아직까지 원가 부담은 크지 않다 [도표 101] (10% 첨가, $70/kg 가정 시 75KWh 배터리 기준 EV 대당 비용 증가분은 $520 수준)

미국 내 EV 수요는 2025년, 2030년 384GWh, 837GWh로 각각 연 평균 86%, 39% 성장할 것으로 예상한다 [도표 57]. 2030년 EV 침투율 전망치를 51%로 가정하였지만, 궁극적으로 EV 침투율이 100%에 이른다면 미국 내 약 1,500GWh 이상의 배터리 수요가 발생할 것으로 예상한다.

앞으로는 미국 현지 고객사에게 안정적으로 배터리 공급 자체가 가능한 업체 마저도 소수에 국한될 것으로 예상된다는 점이다. 국내 셀 업체 입장에서의 기대 요인은 미국 시장 내에서의 공급자 우위 포지션 구축이다. 구체적으로는 미국 내 신규 수주 모멘텀과 이로 인한 중장기 Capa 가이던스 확대, 혹은 배터리 업체 입장에서의 우호적인 수주 비중 확대가 예상된다.