교통
하늘을 전기로 충전하다 – 공중 전기차는 언제 실현될까?
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지상 전기차가 현재 큰 인기를 끌고 있습니다. 이전에 공유했듯이, 전 세계 전기차 판매량이 지난해 거의 1400만 대에 달했습니다, 이는 2023년 전 세계 전기 차량을 4000만 대로 늘렸습니다.
하지만 하늘은 어떨까요? 공중 전기차에 대한 진전이 있나요? 사실, 진전은 있지만, 아직 지상 전기차만큼 대중적이거나 널리 채택되지 않았습니다.
그들의 발전 현황을 깊이 살펴보기 전에, 먼저 그것이 무엇인지 알아보겠습니다. 공중 전기차는 전력을 이용하는 비행기 자체입니다. 이는 조종사가 있는 항공기와 무인 항공기를 모두 포함하며, 수직 이착륙이 가능합니다.
항공이 기후 변화의 3.5%를 차지하고 2021년 환경보호청(EPA)이 항공기 전용 온실가스 배출 기준을 발표한 이후, 공중 전기차에 대한 관심이 점점 커지고 있습니다.
화석 연료 대신 전기로 운행되는 이 항공기들은, 유엔 세계 에너지 위원회 대표인 모갈레 모디사네가 말했듯이:
“항공을 더 지속 가능하게 만들 뿐만 아니라 비행기가 발생시키는 소음 공해와 탄소 배출을 크게 줄여줍니다.”
공중 전기차의 모터는 배터리 팩으로 구동되며, 이는 “연료 엔진 대비 더 조용하고 부드러운 비행을 가능하게 합니다,” 라고 모디사네는 덧붙였습니다.
도시 항공 모빌리티의 도래
이 새로운 항공 운송 방식의 대표적인 예는 전기 수직 이착륙(eVTOL) 항공기로, 이는 전기 수직 이착륙 항공기입니다. 따라서 이들은 전통적인 비행기가 아니라, 배송 드론부터 도시 항공 택시까지 다양합니다.
도시 항공 모빌리티(UAM)와 관련해, 이 전기 항공기들은 현실에 가까워지고 있는 혁신 중 하나입니다. 수천 대의 eVTOL이 이번 십년 말까지 비행할 것으로 예상됩니다.
저렴하고, 조용하며, 안전하고, 환경 친화적이라고 평가받는 eVTOL을 곧, 실제로는 몇 년 안에 탈 수 있게 될지도 모릅니다.
특히 중동은 eVTOL 운용이 가장 빠르게 성장하는 지역 중 하나가 되고 있습니다. 여기서 아랍에미리트와 사우디아라비아가 미래 항공 여행의 최전선에 서 있습니다.
미국 기반 eVTOL 제조업체인 Joby는 이미 두바이 도로 및 교통청(RTA)과 2026년까지 공중 택시 서비스를 시작하기 위한 계약을 체결했으며, 초기 운행은 내년에 시작될 예정입니다. 또 다른 미국 eVTOL 제공업체인 Archer Aviation (ACHR ),는 2025년 말까지 아부다비 전역에서 전기 공중 택시 운항을 시작하기 위한 협정을 체결했습니다.
한편, 중국 제조업체 EHang은 올해 초 아부다비에서 파일럿이 없는 eVTOL 항공기인 EH216-S의 첫 승객 탑승 시연 비행을 이미 완료했습니다.
맥킨지 전문가에 따르면, 2030년까지 승객 AAM 산업의 선도 기업들은 세계 최대 항공사보다 더 짧고 승객 수가 적은 일일 항공편을 훨씬 더 많이 제공할 수 있을 것으로 예상됩니다.
이러한 배경 속에서 미국 연방항공청(FAA)은 지난 주 공중 택시 운항에 대한 최종 규칙을 발표했습니다. FAA는 말했습니다 공중 택시가 고급 항공 모빌리티(AAM) 비행기에 속한다는 것을. 이들은 고도로 자동화되고 전기로 구동되며 수직 이착륙 능력을 가지고 있다고 설명했습니다.
또한 ‘파워리프트’ 차량으로 간주되는 이들은 비행기와 헬리콥터의 요소를 모두 갖추고 있다고 FAA는 말했습니다. 현재는 헬리콥터가 사용하는 기존 비행 경로와 착륙 구조를 활용하겠지만, 새로운 규칙은 조종사들이 단일 조종 장치 세트로 훈련할 수 있게 할 것입니다.
FAA 관리자 마이크 휘트커는 파워리프트 항공기가 “거의 80년 만에 처음 등장하는 새로운 항공기 카테고리”라고 말했으며, 새로운 규칙은 미국 내 광범위한 AAM 운영을 지원하는 문을 열어줄 것이라고 밝혔습니다.
이 분야를 발전시키기 위해, 지난 달 FAA는 Wright Electric과 그 파트너들(NASA, DOE, DOD 포함)에게 334만 달러의 보조금을 제공했습니다. 이 보조금은 대형 전기 항공기를 위한 새로운 배터리 클래스를 개발하는 것을 목표로 하며, 100명 이상 승객을 수용할 수 있는 항공기의 탄소 배출량이 항공 산업 전체 배출량의 90% 이상을 차지한다는 점을 고려한 것입니다.
새로운 지평을 열다
항공 산업의 탈탄소화 경쟁이 가열됨에 따라, 기업들은 현재 여객기 전체를 전기로 운행할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다.
E9X는 네덜란드의 항공 스타트업 Elysian과 Delft University of Technology가 공동 설계한 신형 전기 항공기입니다. 이 항공기는 기존보다 더 많은 승객(90명)을 수용하고, 한 번 충전으로 최대 500마일을 비행할 수 있습니다.
이 추정치는 킬로그램당 360와트시의 이론적 배터리 팩을 기반으로 합니다. 반면, Tesla (TSLA ) 배터리의 에너지 밀도는 272~296 Wh/kg 사이입니다.
국제청정교통협의회(ICCT) 선임 연구원인 제이언트 무코파다야에 따르면, 전기 배터리의 무게가 이러한 항공기의 주요 제약이며, 기존 상업용 배터리는 제트 연료 대비 약 50배 적은 에너지를 저장합니다. 따라서 보잉 737 크기의 항공기를 전동화하려면 약 35톤의 배터리가 필요합니다.
“고에너지 밀도 배터리 기술은 현재 주요 과제 중 하나이며, 생산 규모 확대와 밀도 향상이 광범위한 채택을 위해 필수적입니다.”
– Simay Akar, IEEE 선임 회원
배터리가 주요 문제이지만, 설계 역시 중요합니다. 따라서 E9X 항공기의 날개는 기체에 비해 매우 크게 설계되어 공기역학 효율을 높입니다.
“전기 항공기가 오늘날 가장 성공적인 항공기와 같은 모습을 가질 것이라고 가정해서는 안 됩니다.”
– Elysian 디자인 및 엔지니어링 디렉터 Reynard de Vries
또한 배터리는 동체가 아니라 날개에 배치됩니다. 이는 배터리가 항공기 무게의 큰 부분을 차지하고, 무게는 “양력이 발생하는 곳”에 두어야 하기 때문입니다.
하지만 E9X는 현재 개념 단계에 머물고 있으며 최소 2033년까지 비행하지 않을 것입니다. 그럼에도 불구하고 이미 다른 전기 여객기들이 존재합니다. 예를 들어 Aviation Alice는 2022년 말에 프로토타입이 시험 비행되었으며, 2027년 전량 생산을 목표로 하고 있습니다. Eviation Alice는 9명의 승객과 2명의 승무원을 수용하도록 설계되었으며, 약 250해리(463km)의 항속 거리를 가집니다.
따라서 전기 비행기에 명확한 제한이 존재하지만, 비행 시 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있는 잠재력은 무시할 수 없습니다. 전기 비행기로 전환하면 CO2 배출량을 최대 88%까지 감소시킬 수 있다는 것이 추정됩니다. 따라서 관심이 커지고 있습니다.
기술 억만장자 일론 머스크조차도 전기 자동차와 배터리 에너지 저장 장치를 설계·제조·판매하는 데 관여하면서, 배터리 기반 전기 비행기의 가능성과 잠재성에 대해 논의하고 있습니다. 현재 배터리의 항속 거리는 “너무 제한적”하지만, 머스크는 약 5년 안에 실현 가능할 것으로 보고 있습니다.
“(하지만) 전기 모터는 훨씬 가볍고 저장된 에너지를 동력으로 전환하는 효율이 내연 기관보다 뛰어납니다.”
이와 동시에 중국 배터리 대기업인 Contemporary Amperex Technology Co Ltd(CATL)는 초고밀도 ‘압축 배터리’를 사용한 4톤 비행기를 성공적으로 비행시켰다고 발표했습니다. 이 배터리는 지난해 처음 출시되었으며, 에너지 밀도는 500 Wh/kg로 시장의 다른 배터리보다 두 배 이상 높습니다.
이 압축 배터리는 항공 등급으로 설계되어 안전성을 고려하고 청정 항공기의 항속 거리를 늘리기 위해 특별히 제작되었습니다. 회사는 2027년 또는 2028년까지 8톤 전기 항공기를 개발하여 1,240~1,865마일의 항속 거리를 제공할 계획이라고 예상합니다.
첨단 배터리 기술 탐구
기업들이 첨단 항공 모빌리티(AMM) 분야를 변화시키고 정부가 명확한 규칙을 제공하기 시작한 가운데, 연구자들은 공중 전기차의 가장 큰 과제에 대응하고 새로운 배터리를 개발하고 있습니다.
청정 운송을 하늘까지 확대하기 위해, 에너지부(DOE) 산하 오크리지 국립 연구소(ORNL)의 연구원들은 새로운 고에너지 밀도 소재를 개발하여 극한 조건에서의 열화 현상을 이해하고 있습니다.
공중 전기차는 단순히 날아다니는 자동차가 아닙니다. 따라서 연구자들은 지금까지 지배적인 접근 방식이었던 전기 자동차 배터리를 eVTOL에 적용할 수 없다고 결론지었습니다.
“eVTOL 프로그램은 이전에 보았던 것과는 매우 다른 요구 사항과 능력을 가진 완전히 새로운 유형의 배터리를 만들 수 있는 독특한 기회를 제공합니다.”
– ORNL 기업 펠로우이자 수석 연구원 Ilias Belharouak
연구에 따르면 eVTOL 배터리의 전력 및 성능 요구 사항이 내구성과 수명에 부정적인 영향을 미칩니다.
이는 전기 자동차 배터리가 일정한 속도로 방전되는 반면, eVTOL 배터리는 상승, 정지, 하강 등 다양한 비행 단계마다 서로 다른 전력을 필요로 하기 때문입니다.
“이는 배터리 안전성, 사이클 수명, 고온 안정성 간의 상호 작용에 대한 질문에 답하면서, 짧은 고출력 폭발과 장거리 비행을 위한 에너지 저장 사이의 균형을 맞춰야 함을 의미합니다.”
– Belharouak
연구팀은 리튬 이온 배터리를 개발하고 eVTOL의 상승 단계에서 테스트했습니다. 또한 새로운 ORNL 개발 전해질을 시험했으며, 이는 가장 많은 전력을 요구하는 단계에서도 더 높은 용량을 유지했습니다. 팀은 현재 전해질 및 기타 배터리 부품의 추가 개선 작업을 진행 중입니다.
올해 초, 스웨덴 챌머스 공과대학 연구원들은 첫 번째 전기 항공기(두 좌석)인 Pipistrel Alpha Electro의 전 과정 평가 결과를 발표했으며, 이를 화석 연료 버전과 비교했습니다.
연구에 따르면 약 1,000시간 비행 후 전기 항공기가 화석 연료 항공기에 비해 기후 영향 감소 측면에서 우위를 점하게 됩니다. 해당 항공기의 예상 수명은 최소 4,000시간입니다.
연구에 따르면 배터리의 추가 개발이 전기 항공기의 전 과정 영향을 줄이는 주요 단계가 될 것입니다.
연구 책임자인 Rickard Arvidsson은 리튬 이온 배터리의 지속적인 개발과 리튬-황 배터리와 같은 새로운 배터리 기술(아직 초기 단계)들이 전기 항공기의 환경 성능을 향상시키고 화석 연료 항공기보다 선호되게 만들 것이라고 강조했습니다.
배터리가 차지하는 핵심적인 역할과 상업 및 군용 항공기 납품량 증가에 힘입어 항공기 배터리 시장 규모는 2023년 42억 6000만 달러에서 2031년 119억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 공중 전기차가 더 많은 관심을 얻음에 따라 이 시장 규모는 더욱 확대될 것입니다.
공중 전기차 실현을 위해 노력하는 기업들
이제, 맥킨지의 2024년 10월 분석에 따르면 자금 공개가 둔화되고 있는 분야에서 활발히 활동하고 있는 주요 기업들을 살펴보겠습니다.
자금은 2021년 68억 유로의 정점을 찍은 이후 감소하고 있습니다. 2023년에는 39억 유로로 감소했으며, 올해도 비슷한 수준이 될 것으로 예상됩니다. 이 감소는 대부분의 기업이 여전히 “개발, 프로토타입 제작 및 유형 인증에 필요한 10억~20억 유로”를 충당해야 하는 시점에 “특히 안 좋은 시기”에 해당합니다.
이러한 환경은 이미 기업들에 영향을 미치고 있습니다. 따라서 이 기업들을 더 자세히 살펴보겠습니다;
1. Joby Aviation
$37.8억 달러 시가총액을 가진 이 회사는 상업용 승객 서비스를 위한 전기 공중 택시를 개발합니다. 이 항공기는 조종사 1명과 최대 4명의 승객을 수용할 수 있으며, 최대 약 100마일(160km)의 항속 거리와 시속 200마일(322km)의 속도를 자랑합니다. Joby는 이미 30,000마일 이상의 광범위한 비행 테스트를 수행했으며, 현재 오하이오 주 데이턴에 이 항공기를 생산할 제조 시설을 구축 중입니다.
JOBY 가격 차트
작성 시점에서 해당 주식은 주당 5.27달러에 거래되고 있으며 연초 대비 2.75% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -0.49, P/E(TTM)는 -10.85입니다. 2분기에는 순손실 1억 2300만 달러를 기록했으며 현금 및 단기 투자액은 8억 2500만 달러였습니다. 회사는 내년 말까지 유형 인증을 목표로 하고 있으며, 이는 FAA 인증 4단계 중 37% 진행된 상태입니다.
우버와 델타와 파트너십을 맺은 이 회사는 최근 일반 주식 최대 2억 달러를 매각하는 공개 공모를 진행했습니다. 이번 달 초, Joby Aviation (JOBY ) 의 최대 외부 주주인 토요타는 전기 택시 인증 및 상업 생산 지원을 위해 추가로 5억 달러를 투자한다고 발표했습니다.
2. Archer Aviation
$12억 달러 시가총액을 가진 Archer는 도시 항공 모빌리티에 집중하고 있으며, 전기 구동 공중 택시인 Maker를 개발 중입니다. 현재 조지아 주에 Midnight eVTOL 생산을 지원하는 시설을 건설하고 있습니다.
현재 주가는 주당 3.41달러이며 연초 대비 44.45% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -1.2, P/E(TTM)는 -2.78입니다.
ACHR 가격 차트
2024년 2분기에 CEO Adam Goldstein은 언급했듯이 주문서 규모가 거의 60억 달러에 달하고, 영업비용은 1억 2120만 달러, 순손실은 1억 690만 달러였습니다. 해당 분기의 현금 및 현금성 자산은 3억 6040만 달러였습니다. 2024년 하반기 초에, 스텔란티스(Chrysler 모기업)는 Archer Aviation에 추가로 5,500만 달러를 투자한다고 발표했습니다.
3. Lilium
$8,800만 달러 시가총액을 가진 이 회사는 혁신적인 덕트 전기 벡터 추력 기술을 활용한 eVTOL 제트를 개발하고 있습니다. 전기 추진 시스템 조립을 포함한 상당한 진전을 이루었으며, 초기 비행이 몇 년 내에 상업적으로 배치될 것으로 목표하고 있습니다.
현재 주가는 주당 0.1391달러이며 연초 대비 88.41% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -0.16, P/E(TTM)는 -0.88입니다. 2024년 1분기 주주 서한에서 Lilium은 첫 번째 Lilium Jet 생산을 진행하고, 배터리 팩 생산을 시작했으며, 780대 이상의 상업 주문 파이프라인이 성장하고 있다고 언급했습니다.
최근 독일 정부는 이 회사의 5천만 달러 규모 대출 보증을 거부했습니다. 그 후, 공중 택시 업체는 지난 주 제출한 서류에서 주요 자회사인 Lilium GmbH와 Lilium eAircraft GmbH가 추가 자금 조달에 실패해 운영을 지속할 수 없게 되면서 파산 신청을 할 것이라고 밝혔습니다.
4. Vertical Aerospace
시가총액 1억 966만 7천 달러인 Vertical Aerospace (EVTL ) 는 공중 택시 서비스를 위해 설계된 VA-X4 eVTOL 항공기를 개발하고 있습니다. 이 회사는 인증 획득에 집중하고 있으며, 시험 프로그램에서도 진전을 이루었습니다.
작성 시점에서 주가는 주당 5.74달러이며 연초 대비 16.57% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -4.23, P/E(TTM)는 -1.36입니다. 지난 달, 회사는 주당 거래 가격을 높이기 위해 1대당 10주 역분할을 발표했습니다.
EVTL 가격 차트
2024년 6월 30일 기준, 회사는 현금 및 현금성 자산 8,400만 달러를 보유하고 있다고 보고했습니다. 연도 전반기에 Vertical은 2,500만 달러의 영업 손실을 기록했으며, 차세대 프로펠러 개발을 위해 영국 항공우주 기술 연구소(ATI)로부터 1,000만 달러의 정부 보조금을 받았습니다.
5. Surf Air Mobility
이 회사는 2,453만 달러 규모의 기업으로, 전통적인 항공 서비스를 운영함과 동시에 Cessna Grand Caravan의 전기 버전을 개발하고, 전기 및 하이브리드 전기 파워트레인을 자체 함대에 도입할 계획입니다.
주가는 연초 대비 83.96% 하락한 1.74달러에 거래되고 있습니다. EPS(TTM)는 -88.16, P/E(TTM)는 -0.02입니다. 8월에 Surf Air Mobility (SRFM ) 는 1대당 7주 역분할을 발표했습니다.
SRFM 가격 차트
2024년 2분기에, 이 회사는 매출 3,240만 달러와 조정 EBITDA 손실 1,180만 달러를 기록했습니다. 순손실은 2,700만 달러였으며, 여기에는 전동화 및 소프트웨어 기술을 위한 연구개발 투자, 주식 기반 보상, 거래 비용 등이 포함되었습니다.
결론
보시다시피, 공중 전기차(EV)는 빠르게 발전하고 있어 보다 깨끗하고 조용하며 효율적인 항공 시대에 가까워지고 있습니다. eVTOL에서 실험적인 전기 여객기에 이르기까지, 이러한 발전은 하늘 전동화의 잠재력을 보여줍니다.
배터리 밀도와 항공기 설계와 같은 과제가 남아 있지만, 연구자와 기업들의 혁신은 전기 항공이 곧 교통의 필수적인 부분이 될 수 있음을 시사합니다. 또한 정부와 산업계가 기후 문제 해결을 위해 협력함에 따라, 공중 전기차는 탄소 배출 감소와 보다 지속 가능한 미래를 위한 항공 여행 변혁에 중요한 역할을 할 수 있습니다.
