테슬라의 핵심 부품, '옥토밸브'

열의 사령탑, 소프트웨어 시대의 하드웨어의 모습’

미국 테슬라의 일론 머스크 CEO가 ‘모델Y’에서 가장 중요한 부품 중 하나로 꼽는 부품이 있다. 그것은 자율주행 기능을 관장하는 차량탑재 컴퓨터도, 고용량 리튬이온 배터리도 아니다.

머스크 CEO가 “특별히 굉장하다”라고 자찬하는 것은 ‘옥토밸브(Octovalve)’라고 이름 붙인 전기자동차(EV)의 열 매니지먼트시스템의 ‘사령탑’이다. 복잡한 기구에 눈길을 빼앗기기 쉽지만 옥토밸브의 진가는 자동차를 구입한 후의 진화에 있다. “소프트웨어 시대”를 외치는 가운데 하드웨어의 존재 방식을 시사하는 중요 부품의 전체상이 가시화되었다.

-- 중앙집중형 열 매니지먼트 시스템 --
“이런 부품은 본 적이 없다”. 연간 약 80대의 신형차를 분해∙조사하는 벤치마킹 회사인 프랑스 A2Mac1의 일본법인에서 매니징 디렉터를 맡고 있는 니나가와 씨는 놀라움을 감추지 않는다.

1997년에 창업한 A2Mac1. 유럽의 자동차뿐 아니라 일본 차나 중국업체의 EV 등 900대 이상의 차량을 분해한 실적을 갖고 있다. 2020년에 분해한 차량에서 나온 부품 가운데 특히 이채로웠던 것이 테슬라의 옥토밸브였다고 한다.

OKI데이터, 태국 공장에서 주력 프린터 양산으로 3억엔 규모의 효과

OKI데이터는 컬러 LED 프린터의 새로운 전략 기종 생산 시스템을 자사의 태국 공장에서 원격으로 구축했다. 코로나19의 영향으로 국내 기술자의 현지 출장이 사실상 불가능해진 가운데, 온라인 회의 시스템을 활용하여 현지 스태프의 과제 추출 및 해결을 지원해 양산 라인을 구축하는 방법을 모색하였다.

시행 착오 끝에 일본 기술진을 출장 보냈을 때와 동등한 수준의 제품 품질과 작업 효율을 실현했다. 당초 예정되었던 대로 2020년 11월에는 현지 스태프만으로 신규 생산 라인을 통한 최종 양산 시작을 실시. 올 2월에는 본격적인 양산에 들어갔다.

OKI데이터가 태국 공장 ‘OKI Data Manu-facturing (Thailand), 아유타야 현 로자나 공업단지’에서 생산을 개시한 것은 2020년 10월 22일에 발표한 컬러 LED 프린터 ‘COREFIDO C650dnw’. ‘이 기종의 확대 판매가 사운을 좌우한다’라며 공격적으로 추진하고 있는 전략 기종이다.

COREFIDO C650dnw의 제품 사양은 2019년 말에 결정되어 2020년 2월부터 태국 공장에서 생산을 준비해 제 1단계 시작을 개시했다.

구글의 Switch Transformer, 엄청난 전기를 필요로 하는 AI의 남용은 비도덕적

인간 뇌가 소비하는 에너지는 전력으로 환산하면 불과 20와트 정도로, 소비전력 수 백 와트의 GPU 수 백~수 천 개를 학습에 사용하는 최첨단 AI(인공지능)에 비하면 훨씬 에너지 효율이 뛰어나다. 이에 뇌의 움직임을 모방해 AI의 에너지효율을 도모하려는 움직임이 시작되고 있다. 그 대표적인 예가 구글의 언어 모델 Switch Transformer이다.

언어 모델은 최근 크게 주목 받고 있는 자연어 처리용 AI이다. 미국의 Open AI 재단이 2020년 6월에 발표한 언어 모델인 GPT-3는 마치 인간이 쓴 듯한 자연스러운 문장을 만들어 큰 화제가 되었다. 그러나 GPT-3는 엄청난 에너지를 소비한다.

GPT-3가 고성능인 것은 1,750억 개의 파라미터를 갖춘 기계학습모델에 45테라바이트(TB), 4,100억 단어로 이루어진 거대한 문서를 학습시켰기 때문이다. 이 학습에는 마이크로소프트가 개발한 세계 톱 5 안에 들어가는 규모의 슈퍼컴퓨터가 사용된다. 슈퍼컴퓨터에 탑재된 CPU 코어 수는 28만5,000개, GPU는 1만 개이며, GPT-3의 학습에 필요한 전력은 1,287MWh에 달한다.

스가(菅) 총리는 4월, 이산화탄소 등 온실가스 배출량을 2030년도까지 2013년 대비 46% 삭감하겠다는 목표를 공표했다. 일본을 포함한 전세계 국가들이 이산화탄소 배출량 감축을 목표로 하고 있는 상황에서 엄청난 전기를 소모하는 AI를 잇달아 만들어 남용하는 것은 비도덕적인 행위라고까지 말할 수 있을 것이다. 

교토대, 재료비 1/10로 높은 내구성 실현

제로 카본 시대를 대비해 수소 활용에 이목이 집중되고 있다. 제로 카본 시대에서 중요한 기술은 재생 가능 에너지 전력으로 물에서 수소를 추출하는 수전해다. 그러나 현재는 수전해의 핵심인 촉매에 과제가 있다. 그것은 촉매가 고비용인데다 애노드 (산소 발생 전극)가 용출하면서 성능 저하를 초래하는 등의 내구성 문제다. 이러한 과제를 해결하는 가능성 있는 촉매를 발견했다.

교토대학 대학원이학연구과 기타가와 교수 연구팀이 개발한 Ru-Ir(Ruthenium-Iridium) 합금 촉매가 그것이다. 상당히 고가인 기존의 Ir 단체의 애노드 촉매와 비교해 재료비를 약 1/10로 억제할 수 있다. 내구성도 기존 촉매를 웃돌기 때문에 촉매를 교환하는 빈도가 줄어 러닝 코스트 저감도 기대할 수 있다고 한다. 또한 수소의 제조 효율도 기존 촉매보다 높다.

이 합금은 수전해 방식의 하나인 고체고분자막(PEM：Polymer Electrolyte Membrane) 수전해의 촉매로서 사용한다. PEM 수전해의 촉매는 지금까지 일반적으로 캐소드에 Pt(백금), 애노드에 Ir을 사용해 왔다. 신 촉매는 캐소드에도 사용할 수 있다고 한다.

경제산업성이 책정한 ‘수소기본전략’에서 수소 비용(플랜트 인도 비용)의 달성 목표는 2030년에서 30엔/N㎥(N㎥는 표준상태(0℃, 1기압)로 환산한 1㎥의 기체). 현재 수소 비용은 약 100엔/N㎥이다. 이번 신 촉매의 발견은 목표 달성에 공헌하는 기술이라고 할 수 있다.

다이세이로텍크, 아이자와고압콘크리트 공동연구

다이세이 로텍크와 아이자와 고압콘크리트는 공동연구 중인 자가치유형 아스팔트 포장을 차량통행용으로 제공하는 것을 전제로 한 장소에서 올해 시험 시공을 추진한다고 밝혔다.

자가치유형 포장은 네덜란드 델프트 공과대학의 슐랑겐 교수가 개발했다. 아이자와고압콘크리트는 이 기술의 독점 사용권을 가진 네덜란드 벤처기업 에피온(Epyon)과 2018년 프랜차이즈 계약을 체결. 이후 일본의 아스팔트 혼합물에 적절한 배합 등을 연구하기 위해 다이세이로테크과 아이자와고압콘크리트가 2019년 12월, 공동 개발 계약을 체결했다.

자가치유형 아스팔트 포장은 일반 가열 아스팔트 혼합물에 2가지 재료, 직경 1.5 mm정도의 공 형태의 ‘재활성화 캡슐’과 다양한 길이의 강섬유(Steel Fiber)를 혼합한 것이다. 이 두 가지로 2단계의 복원 기능이 발휘된다.

초기에는 재활성화 캡슐을 통해 자가복구가 이루어진다. 포장 표층에 균열이 생기고 차량 하중 등으로 인해 캡슐이 깨지면 캡슐 안의 오일이 스며 나와 균열을 메우거나 열화(劣化)된 아스팔트를 연화시켜 골재 간 접착이 쉽게 이루어지게 된다.

전지 삼형제(태양전지, 축전지, 연료전지)가 ‘전력의 산업혁명’을 만든다

일본의 전기요금은 가정용으로 25~30엔/kWh, 계약 전력이 500kWh 이상의 대량수요가용이 15엔/kWh전후이다. 이 것이 1/10인 2~3엔/kWh로 된다면 그 임팩트는 매우 클 것이다.

실제로 해외의 몇 개의 국가와 지역, 예를 들면 미국과 호주에서는 전기요금의 대폭 저간을 위한 대책을 실행에 옮기고 있다. 이러한 방향성에 민감한 기업의 경영자, 구체적으로는 일론 머스크씨가 이끄는 테슬라가 변혁의 선두에 있다. 일본에서도 도요타자동차와 NTT가 함께 새로운 도시를 만들고자 하고 있다. 이러한 움직임의 배경에는 전력 사업과 에너지 사업의 커다란 지각변동이 있을 것이다.

에너지 코스트의 대폭적인 저감을 실현하는 2개의 기둥은, 태양광 발전과 풍력발전으로 대표되는 재생가능 에너지와 축전 시스템(축전지와 연료전지)이지만, 본서에서는 현재의 재생에너지 도입의 원동력의 하나인 지구온난화 대책에 대해서는 거론하지 않고, 지금까지 일본에서는 지적하는 사람이 적은 재생에너지와 축전 시스템의 대량 도입에 의한 큰 메리트, 즉 ‘전력의 산업혁명’을 주로 전달하도록 한다

Research & Development for Global Value Creation

Experts’ Insights; 사회 이노베이션을 둘러싼 고찰
팬데믹, 탄소중립(카본 뉴트럴)은 일본 변혁의 호기(好機)
-- 위기의 시대에 세계를 리드하는 사회 이노베이션을

GLOBAL Foresights; 글로벌 트렌드와 히타치의 활동
기업의 가치를 추구한다

COVER STORY
1. MESSAGE
새로운 가치를 창조하는 히타치의 연구개발
-- 글로벌 이노베이션을 위한 개혁 추진
2. TRENDS
뉴노멀한 세계의 이노베이션
-- 불확실한 시대에 요구되는 ‘심화’와 ‘탐색’
3. CONCEPT