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미래 자동차 안전·환경 규제 전망 및 이슈

한국자동차공학회
2021-10-23
조회수 5299


미래 자동차 환경 여건 및 전망

1886년 최초로 내연기관 자동차가 등장한 이래 현재까지 자동차의 대부분은 화석 연료를 사용하는 내연기관 자동차가 주류를 이루고 있으며, 매년 전세계에서 24초에 1명 꼴인 135만 명이 교통사고로 숨지고 있다며 세계보건 기구(WHO)가 대책 마련을 호소하기도 했다.


환경과 안전 문제는 자동차 산업에서의 미래를 분석할 때 반드시 고려해야 할 사항이다. 환경 문제를 구체적으로 이야기하면 자동차 연료가 되는 화석 연료에 의한 유해 배기가스 발생 및 지구 온난화를 방지하기 위한 온실가스 저감 문제를 고려하여야 한다. 특히 지구온난화에 의한 기후 재앙을 막기 위하여 온실가스 저감이라는 국제적인 목표를 가지고 있으며 이를 해결하기 위하여 국제사회는 2015년에 파리 협정을 채택하여 지구 온도를 산업화 이전 대비 2℃ 상승 이하로 억제하고 나아가 1.5℃ 상승 이내로 유지하는데 노력하고 있다.


특히 이산화탄소는 온실가스의 60%를 차지하며 이러한 이산화탄소의 배출량의 80% 이상이 인위적인 화석 연료의 사용으로 발생하며 자동차 등 운송 기관에 의한 비율은 상당 부분을 차지하고 있다.



이에 따라 2021년 8월 미국 바이든 대통령은 전기차, 수소차 등 무공해(ZEV, Zero Emission Vehicle) 자동차가 2030년 미국 판매 신차의 50%를 차지할 수 있도록 하는 행정 명령에 서명했다. 바이든 대통령은 “미국 자동차 산업의 미래는 전기차에 있다”고 말했다. 이에 앞서 21년 6월 기후 위기 대응을 선도하는 유럽연합(EU)는 2030년 온실가스 배출량을 1990년 대비 55%(기존 목표는 40%)로 높이고, 2050년 탄소 중립을 법으로 명시한 기후기본법을 제정했으며 이후 집행위원회가 중장기 기후 위기 대응을 위한 12개 법안 입법 패키지인 Fit for 55를 발표했다. 12개 법안은 크게 제조업, 에너지, 운송 부문 등의 온실가스 감축을 다루고 있으며 이중에서 특히 유심히 봐야 할 부분은 배출권 거래제와 탄소 국경 조정 제도이다.


결론은 온실가스 감축에 대응 못하는 기업은 돈으로 배상하라는 이야기이고 이는 산업 경쟁력 약화로 나타날 것이다. 즉 전기차 및 수소차 등 친환경 자동차의 보급이 이루어질 수밖에 없으며 이에 따라 모든 국가 및 자동차 회사에서는 내연기관의 단종 및 친환경 자동차의 보급 로드맵을 발표하고 있는 현실이다.


다음은 안전 문제를 반드시 고려하여야 한다. 교통사고 사망사고 원인의 90% 이상을 차지하는 운전자의 실수를 배제하기 위하여 관련 첨단 전자 제어 장치 등의 의무화 등 안전 법규를 강화하고 있으며, 또한 소비자는 편리하고 안락한 자동차를 요구하고 있으며 관련 산업체는 이를 통해 수익을 얻을 수 있는 바, 인공지능 및 IT 전자 산업의 발달에 따라 안전과 편의성 두 가지 모두를 해결할 수 있는 자율주행 자동차의 개발 및 보급이 필요한 시점이다. 따라서 각국에서는 4차 산업혁명, 디지털 뉴딜이라는 이름으로 전폭적으로 지원하고 있으며 GM이나 BMW와 같은 전통적인 자동차 제조사 뿐만 아니라, 구글 및 애플 같은 IT 업계 등 거의 모든 산업체가 자율주행 기술 및 헤게모니를 선점하기 위하여 총 없는 전쟁이 이루어지고 있는 현실이다. 즉 환경과 안전 두 가지 요소는 미래 자동차 및 관련 산업을 완성하는 필수 불가결한 요건이 되고 있으며 궁극적으로 자동차의 미래는 전기차, 수소차와 같은 친환경 자동차를 기본으로 하며 자율주행기능 등을 갖춘 첨단 자동차가 대세를 이룰 것이다.


미래 자동차 안전·환경 규제 정책

자동차의 안전 및 환경 규제 정책은 크게 두 가지로 방법으로 추진되고 있다. 첫 번째는 의무 적용을 통한 강제 기준으로 이는 주로 각국 정부의 법, 제도 및 정책으로 추진하고 있다. 현재 모든 자동차의 안전 기준은 및 일부 환경 기준은 UN 산하 WP.29(Working Party Experts on Technical Requirement of Vehicles)에서 만들고 있으며 이 기준을 전세계에서 거의 공통으로 적용하고 있다. 일부 환경 기준, 유해 배기가스 기준의 경우는 각국의 환경 및 현실에 맞게 자국 법으로서 별도 적용하기도 한다. 이는 각국의 정부가 자국의 현실에 맞춰 기준을 적용할 수 있는 바 일부 국가는 이를 일종의 무역 기술 장벽(TBT, Technical Barriers of Trade)로서 활용하고 있는 현실이다. 그리고 앞에서 언급했듯이 온실가스 감축을 위하여 각국이 전기자동차 등 무공해 자동차를 의무 적용하는 정책을 도입하는 것도 제작사 입장에서는 일종의 규제로 볼 수 있다.


다른 하나는 자동차 안전도 평가(NCAP, New Car Assessment Program)라는 제도로서 제작사의 자발적인 참여를 유도하고 있다. 이는 강제, 의무 사항은 아니나 공개적인 평가를 통하여 대상 차량의 안전 및 환경 성능을 발표하여 소비자로 하여금 자동차의 선택의 가이드를 제공하고 있다. 제작사 입장에서는 안전 기준은 만족하지 못하면 판매 자체가 불가하기 때문에 당연히 만족해야 하지만, 신차 안전도 평가는 자사 차량의 성능이 타사 차량과 비교되어 만천 하에 발표되는 바 신인도 확보를 위하여 매우 신경을 쓰고 있다. 


현재 전세계에서는 미국(USNCAP) 유럽(Euro-NCAP), 중국(C-NCAP), 일본(J-NCAP) 및 한국(K-NCAP) 등 여러 국가들이 자국에 맞는 평가 항목과 기준을 적용하여 시행하고 있다. 최근까지 NCAP은 사고시 탑승자의 상해를 최소화하기 위해 기존의 평가 기준을 강화하고 있을 뿐만 아니라, 사고 예방을 위한 자율주행 자동차 요소 기술 평가를 수행하고 있는 등 주로 안전에 관련한 평가 항목을 적용해왔다. 최근 유럽에서는 유해 배기가스와 온실가스 저감 성능까지 포함한 Green NCAP을 적용하고 그 결과를 발표하고 있으며 중국 등 여러 나라에서도 각국에 맞는 그린 NCAP을 추진하고자 노력하고 있으며, 전세계적으로 온실가스 감축이라는 정책 추진 측면에서 확대 적용이 불가피할 것으로 판단되는 바, 이 또한 산업체 입장에서는 일종의 규제로 적용될 것으로 판단된다.




이와는 별도로 제작사 입장에서 검토해야 할 항목은 ESG 경영의 확대이다. ESG는 환경(Environment)와 사회(Society), 지배 구조 Governance)의 약자로, 기업의 친환경에 대한 책임, 사회적 책임 경영, 건전한 지배 구조 개선 등 지속 성장 가능성을 높이기 위한 3가지 요소를 갖추도록 하고 있으며 이를 가지고 기업을 평가하는 지표이다. 이는 투자자가 투자를 할 때 굉장히 중요한 요소이다. 이전에는 투자자가 기업에 투자 할 때 기업의 매출이나 영업이익 같은 재무적인 요소만 보고 투자를 했다면, 이제는 ESG라는 비 재무적인 수치가 투자 포인트이기 때문에 ESG는 앞으로 비즈니스 향방을 가를 척도이자 전세계적으로 통용되고 있는 시대적 요구라고 할 수 있다.


우리나라도 이미 SK, 포스코 및 현대 자동차 그룹이 ESG 경영을 하고 있다고 선언하는 등 발 빠른 행보를 보이고 있다. 여기서 우리가 고려해야 할 것을 환경 부분이다. <그림 4>에서 보듯이 기후변화, 탄소 배출, 환경오염 등에 대응하기 위하여 전기차 등 친환경 자동차 적용이 강화될 수밖에 없고, 배터리 재활용 등 환경오염에 대응해야 하는 등 ESG 경영은 제작사에게는 또 다른 규제로서 적용될 수 있을 것이다.


전기차, 수소차 등 친환경 자동차의 환경 및 안전 규제 전망

전기차, 수소차 등 친환경 자동차 등에 대한 환경 규제 중 전 과정 평가(LCA, Life Cycle Assessment)에 대하여 추가하여 설명하고자 한다. 탄소 중립을 위한 자동차에 대한 규제 강화는 자동차의 생애 주기 전체에서 발생하는 이산화탄소량을 단속하는 방향으로 전개될 전망이다.


지금의 자동차 환경 규제는 주행 과정에서 나오는 물질에 대해서만 이뤄지고 있다. 이산화탄소를 비롯해 질소산화물(NOx), 입자상 고형 물질(PM) 등이 해당되나, 전 과정 평가는 이러한 규제의 범위를 주행 중 배출 물질 뿐만 아니라 제품의 원료 및 가공, 제조, 수송, 유통, 사용과 재활용, 폐기물 관리 과정에서 소모되고 나오는 오염 물질까지 확장될 것이며, 이에 대한 충분한 대책이 고려되어야 할 것으로 판단된다. 특히 전기차용 배터리 재활용에 대한 대책이 필요하며 정부 정책으로는 재생 에너지에 대한 고려가 시급한 실정이다.


다음은 안전에 대한 규제에 대하여 이야기 해보자. 우선 전기자동차의 안전의 가장 중요한 부분으로 구동용 배터리는 어떠한 악조건에서도 발화 또는 폭발하지 않는 안전성을 확보하여야 하며, 고전압 시스템은 절연 성능 확보에 초점이 맞추어져 있다. 즉 배터리 화재에 대한 안전과 충돌시 감전에 대한 안전도 학보에 중점을 두고 있으며, 관련 법규로서는 국제 자동차 안전 기준인 ‘UN R.100’과 세계 기술 기준인 ‘GTR 20’이 있으며 제조사들은 이를 적용하여야 할 것이다.


특히 국내의 경우 배터리 부분의 안전도를 확보하기 위하여 배터리 안전 기준을 7개 항목에서 국제 기준 12개 항목으로 대폭 확대하였다. 수소자동차의 경우 연료전지 시스템은 수백 볼트의 고전압이 흐르므로 전기적 안전성을 확보하는 것이 무엇보다 중요하며, 또한 기체로 이뤄진 수소를 사용하기 때문에 수소가 밖으로 누출되지 않도록 하는 것도 중요하다, 즉 전기 안전성과 수소 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하며 수소 저장 용기에 대한 안전도 확보도 충분히 고려되어야 하다. 이와 별도로 일반 내연기관 자동차와는 달리 전기차의 경우 소음이 적어 일반 보행자나 시각장애인이 차량의 움직임을 인지하지 못해 발생할 수 있는 사고를 막기 위하여 경고음 발생장치(AVAS, Acoustic Vehicle Alert System)의 장착을 의무화 하고 있으며 최소한 매시 20킬로미터 이하의 주행 상태에서 경고음을 내야 한다. 유럽 및 미국에서도 마찬가지로 저소음 전기자동차에는 경고음 발생 장치 장착을 의무화하고 있다.


자율주행 자동차 등 첨단 자동차의 안전 및 환경 규제 전망

다음은 자율주행 자동차 등 첨단 자동차의 안전 및 환경 규제에 대한 전망을 알아보기로 하자. 교통사고 사망 사고 원인의 90% 이상을 차지하는 운전자의 실수를 배제하기 위하여 비상자동 제동장치(AEBS) 및 차로이탈 경고장치(LDWS) 등 관련 첨단 전자제어장치 등의 의무화 등 안전 법규를 강화하고 있으며, 지속적으로 여러 첨단 장치들이 의무화하고, 신차 안전도 평가에 반영하는 등 안전도 확보에 최선을 다하고 있으며 최근에는 전자, 통신 및 인공지능 등 관련 기술의 발달로 자율주행 자동차 개발이 한참 진행되고 있다.


이미 알고 있듯이 자율주행 자동차는 기본적으로 사람이 운전하다가 시스템이 운전하는 형태로 바뀜에 따라 평가 및 검증 방법에 새로운 패러다임을 도입해야 한다. 이에 따라 국제적으로도 UN WP29에서 새로운 시험 방법에 대한 논의를 진행하고 있으며 현재까지는 기본적으로는 주행시험장 평가와 공로 시험을 실시하며, 이러한 물리적 시험 평가로 안전도 확인이 곤란한 사항(시스템 오류, 악천후 상황, 특정 지역의 도로교통법 준수 등)은 청문 및 서류 확인, 컴퓨터 기술 등을 활용하여 자율주행 시스템의 기능안전(Functional Safety), 안전 전략(적합성 평가 근거 : 제작자 자기 선언, 실도로 시험 데이터, 컴퓨터 시뮬레이션/가상 시험) 등을 확인하는 적합성 심사평가(청문)를 실시할 예정이다. 즉 자율차는 기존의 주행시험장 평가 방법과 실도로에서의 평가 방법이 필요하며 시뮬레이션 및 가상 장치의 평가 및 제작사의 자기 선언 등을 확인하는 적합성 평가 등 복합적 평가 방법이 필요하며 이에 대한 기준 논의가 이루어지고 있다. 최근에는 사용자 케이스별 주행 평가 시나리오에 대한 논의가 활발히 진행되고 있으나 상당한 진통을 겪고 있는 실정이다.


다음은 중요한 사이버 보안 안전 이슈에 대한 이야기를 하고자 한다. 신규 사이버 보안 기준은 UN R.155으로 제정되었으며 2021년 1월부터 발효되어, 유럽연합(EU)은 2022년 7월부터 신차종에 대해 2024년 7월부터는 생산된 모든 신차에 의무화할 예정이다. 적용 대상 차량은 승용차(Category M), 화물차(Category N), 최소 1개 이상의 전자제어장치가 장착된 트레일러(Category O) 및 레벨3 이상의 자율주행 기능이 장착된 초소형 자동차(Category L6, L7)에 적용된다. 이러한 자동차 사이버 보안 요구 사항은 자동차 제작사의 사이버 보안 관리 시스템(CSMS), 자동차 형식(실차 수준)의 사이버 보안 요구 사항으로 이루어져 있으며 양산 이후 운행시 사이버 보안 모니터링 결과(위협 및 취약점 등)의 보고 조항으로 구성되어 있다.


또한 모든 전자제어 시스템의 소프트웨어 업그레이드를 위한 무선 소프트웨어 업데이트(OTA, Over The Air)에 대한 기준도 UN R.156으로 기 제정 발표하였으며 이에 대한 법규 적용도 준비하여야 한다. 사이버 보안과 OTA 기준은 모든 커넥티드 자동차에 적용된다. 즉 현재 신규로 양산되는 모든 자동차에 적용된다고 봐도 무방하다. 따라서 그 파급 효과는 대단하며 모든 자동차 제작사가 이에 대응하기 위하여 최선을 다하고 있다. 또한 성능 안전(SOTIF, Safety of the intended functionality)에 대한 고려도 이루어져야 한다. 이는 첨단 안전 자동차 또는 자율주행 차량 개발시 고려해야 될 항목으로 SOTIF는 결함이 아닌 성능상 문제로 자동차의 오동작 발생 위험을 최소화 하기 위해 적용 필요하다. 즉 성능 안전은 의도된 기능의 안전성 즉 잠재적으로 위험한 동작으로 인하여 발생될 수 있는 비정상적인 위험을 방지하는 것이며 적용 범위는 의도하는 설계 자체가 안전을 확보하기에 불충분, 부적절한 경우를 취급하며 오작동, 고장, 결함과 관련된 사항을 다루지 않는다는 점에서 기능 안전과 차이를 보이고 있다.


2016년 테슬라의 자율주행 자동차가 대형 트레일러의 하얀색 부분과 실제 하늘을 구분하지 못하고 충돌하여 운전자가 사망한 것은 성능 안전 개념에서 설명할 수 있다. 즉 하드웨어의 고장이나 소프트웨어의 결함으로 인한 사고는 기능 안전 대책의 미비로, 고장은 아니나 나쁜 기상 조건 및 이미지의 오인식등 기능의 성능 저하로 인한 사고는 성능 안전 대책의 미비로 볼 수 있다. 따라서 첨단 전자 제어 시스템의 적용 및 인공지능 소프트웨어가 적용된 자율주행 자동차의 안전을 확보하기 위하여 기능 안전은 기본이며 성능 안전에 대한 고려도 반드시 이루어져야 할 것으로 판단된다.


코로나 이후 자동차 산업은 기후 변화의 대응, 환경 규제의 강화 및 ESG 경영의 강화로 친환경 자동차의 개발 및 보급이 가속화 될 것이며, 인공지능 및 빅데이터의 활용 등 디지털 트랜스포메이션에 따른 첨단 자율주행 자동차 개발이 가속화될 것으로 전망하고 있으며 그 속도는 점차 빨라질 것이다. 따라서 미래 자동차의 안전과 환경 문제는 따로 생각하기 어려울 정도로 공존의 시대를 살아갈 것으로 판단되며 이에 대한 정부, 연구기관 및 산업체의 적극적이고 효율적인 대응이 필요할 것으로 판단된다.


* 출처: 한국자동차공학회 제공, 오토저널 2021년 10월호


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