전기차는 IAA Mobility 2021에서도 나오듯이 대세가 아닌 이제는 가야할 길이 되어 버렸습니다.
탄소배출에서 큰 비중을 차지하는 내연기관의 전기차의 대체는 어쩌면 OEM들의 살아남기 위한 몸부림이 될 수 있습니다. 이미 하이브리드에 집중했던 일본 자동차 업체들의 현재 처한 상황도 이런 맥락과 같다고 할 수 있습니다.
그런데 우리가 말하는 내연기관의 종류는 다양하죠. 단순히 자동차만으로 해도 다음과 같이 크게 나뉘어지죠.
- 경차
- 소형차
- 중형차
- 대형차
- SUV
- RV
- 버스
- 트럭
- 특장차
이렇게 다양한 분류 중에서 모든 차종을 전기차로 전화하는 것이 과연 가능할까? 아니... 합리적일까.
1. 전기차의 용량과 출력
이전 블로그에서 언급했듯이 현재 승용차 기준으로 나온 출력은 대략 50kWh 내외이고 100kWh의 용량을 탑재한 전기차도 속속 나오고 있습니다. 전기승용차의 경우 전비는 약 4~5km/1kWh이고 전기버스의 경우 1.2~1.4km/1kWh의 전비를 기록하고 있습니다.
버스 전비를 보면 효율이 엄청 떨어지는 것으로 알 수 있습니다. 그런데 전기버스의 확대는 의외로 빠르게 진행되고 있습니다. 이유는 바로 국고보조금.... 보조금이 워낙 많이 지원되다보니 지자체에서는 전기버스로의 전환이 빠르게 되고 있습니다. 전비가 낮아도 많이 팔리는 이유이기도 합니다.
또한, 버스는 순환형 교통수단으로 정해진 루트를 계속 운영하는 구조로 되어 있습니다. 그래서 충전 등의 스케줄이 일정하고 충전시설도 차고지에 설치하면 되기 때문에 충전소 운영도 보다 효율적이고, 충전을 위한 불편함을 최소화 할 수 있게 됩니다.
전비에서도 알 수 있듯이, 차량의 무게가 증가함에 따라서 전비는 급격하게 낮아지게 됩니다. 그렇다면 결국 용량의 증설로 그 부분을 커버해야 합니다. 표에서도 보듯 150kWh~300kWh의 배터리를 탑제하게 됩니다. 2020년 기준 1kWh 기준 137$ 입니다. 한국환율적용할 경우 1kWh당 16만원정도 됩니다. (단, 배터리 종류별로 차이가 날 수 있음)
버스에 이것을 적용하면 약 2400만원~4800만원이 버스 가격 중 배터리가 차지하는 비용이 됩니다. 아마도 현재 운행중인 전기버스의 배터리는 더 높을 것입니다. 대략 5000만원정도... 이렇듯 주행거리를 늘리기 위해서 대형차량의 배터리도 같이 증가하는 구조이고, 그에 따라서 중량이 증가하면 다시 그만큼의 전비가 낮아지므로 다시 배터리를 추가하는 악순환의 고리에 빠지게 됩니다.
이렇듯 대형차량의 전비의 하락이 과연 시장에서 용인될 수 있을까!!! 지금은 보조금에 버티고 있지만, 대용량의 배터리가 탑재되는 고가의 버스를 운영하면서 충전시간도 그만큼 오래 걸릴 수 밖에 없는 상황에서 마냥 배터리 용량을 증가시키는 것이 과연 현명한지는 고민되는 사항입니다.
2. 적재공간의 축소
자 전기버스는 사람을 수송하는 것에서 배터리를 배치하는 공간이 의외로 많습니다. 지금은 대부분 상부에 장착된 전기버스가 많이 운행되고 있는데 상부에 장착해도 운송에는 큰 영향이 없기 때문에 전기버스에 있어서 큰 문제가 되지 않습니다. 예를 들어 배터리가 탑재됨에 따라서 수송가능한 사람수가 축소된다면 문제가 될 것이지만, 그런 영향은 없습니다.
하지만, 트럭의 경우는 다릅니다. 현재 시중에 나오는 트럭의 경우 배터리 용량이 약 200kWh~300kWh이고 전비는 1km/1kWh정도입니다. 대략 완충에 200~300km정도 주행거리가 나올 수 있습니다. 사실 이정도 거리는 일반적인 화물운송개념에서는 굉장히 짧은 시간에 속하고 그에 따른 충전시간은 2시간 내외로 운송관점에서는 매력적이지 않은 상황입니다.
200km를 주행한다고 가정할 경우 약 2시간 주행 후 2시간 충전의 방식은 운송효율을 떨어뜨리게 되고, 결국 장거리 특히 미국처럼 대륙횡단을 해야 하는 경우는 전기트럭은 그리 매력적이지 않은 수단입니다. 1톤 트럭은 기존의 연료통 부분을 활용하는 구조가 가능하지만 대형 운송트럭 이를테면 컨테이너 운송의 경우는 전기트럭의 활용도는 낮아지게 됩니다.
표에서 보듯이 내연기관의 화물차 연비는 약 3~4km/L로 대략 400L의 연료통 기준으로 1200km의 주행거리를 가진다는 점에서 전기트럭의 1회 주행거리는 내연기관의 1/4 정도로 물류운송에 있어서 매력은 낮은 상황입니다.
그렇다고 배터리 용량을 늘린다고 한다면, 1000km 주행이 가능하도록 배터리를 탑재하게 될 경우 1000kWh의 용량의 배터리를 장착해야 하는 것으로 약 1kWh 당 7Kg의 무게로 가정할 경우 배터리 무게만 7톤에 이르게 됩니다. 결국 주행거리를 늘리기 위해서 배터리용량을 늘리는 것은 거꾸로 차량 무게를 증가시키게 됩니다.
또한, 차량에 장착되는 배터리는 셀-모듈-팩으로 구성되어서 무게와 그에 따른 공간을 차지하게 되므로 물류운송에 있어서 적재량은 배터리가 차지하는 것을 제외한 나머지를 사용함에 따라서 실제 운송가능한 용량 자체도 내연기관에 견주어 효율은 떨어지게 됩니다.
비용과 적재효율에서 낮은 전기트럭은 매력이 떨어질 수 밖에 없고 경제성은 뒤떨어지게 됩니다. 결국 EV의 영역은 약 100kWh 이하의 용량에 1회 충전거리 400Km 수준의 1회 급속충전 시간 20분 내외의 차량으로 귀결되지 않을까 합니다.
3. 승용은 전기차, 트럭은 수소차
이렇듯 배터리 기반 자동차의 접근에는 제약이 따르게 됩니다. 그래서 일각에서는 운송의 대상에 따라서 전기차와 수소차로 나누어 질 수 있을 것으로 보고 있습니다. 사람일 경우는 전기차로 화물의 경우는 수소차로 분리해서 접근하는 방법입니다. 앞에서도 언급했지만, 사람의 이동수단의 전기차 활용은 공간적 문제나, 충전설비 등의 문제에 있어서 많이 개선되고 있는 상황이며, 시장에 다양하게 적용되고 있습니다.
하지만 화물의 경우 적재공간과 용량 그리고 연료충전의 시간에서 하루 운송가능한 총용량 기준으로 볼 경우 전기차보다는 수소차가 적합하다고 할 수 있습니다. 충전 등의 방식이 기존의 방식과 같이 짧고, 주행거리도 1회 충전에 1000km정도로 기존 내연기관과 비교했을 때 큰 차이가 없다는 점입니다.
하지만 아직 수소차의 연료전지 기반 출력에 대해서는 여전히 테스트 중이고, 현대자동차에서는 이와 관련하여 유럽에 10대를 수출해서 시범운영을 통한 데이터를 수집하고 있는 상황이므로 연료전지의 출력과 수명, 비용 등이 해결되는 시점까지는 어느정도 시간이 걸리 수 있으므로 이때까지는 사실상 트럭의 친환경 전환은 어려운 부분이라 할 수 있다.
4. 무조건 전기/수소?? e-fuel
지금은 전기나 수소 중심의 친환경 운송에너지를 고려하고 있지만, 기존의 내연기관을 유지하면서도 탄소배출을 줄일 수 있는 연구들이 진행중입니다. 이른바 탄소중립연료인 e-fuel로 경유를 대체하는 새로운 연료로 전기차나 수소차의 교체보다 기존의 내연기관을 활용한 탄소중립을 이루는 것입니다.
사실 친환경이라는 것은 새로운 것으로 대체하는 것이 아닌 기존것을 오래 재사용/재활용하는 것이 중요하고, 새로운 것을 구매하지 않고 공유하는 것이 가장 친환경 적이라 할 수 있습니다. 이전에도 언급했지만, 제품을 생산하는 것 자체만으로 탄소배출이 기본적으로 발생하게 되고, 새로운 것들을 더 많이 소비하게 될 경우 아무리 친환경적인 것으로 대체한다고 하더라도 결국 탄소배출을 줄일 수 없게 됩니다.
팬더믹 상황에서 락다운 된 상황에서도 실질적으로 줄어든 탄소량이 크지 않다는 점에서 가장 중요한 점은 소비를 축소하고 공유하며, 제조로 인해 발생되는 탄소량을 최소화 하는 것이 중요하다고 할 수 있습니다. 이렇듯 탄소제로를 위해서 전기차나 수소차로 2025~2030년 사이에 교체를 진행한다고 할 경우 결국 내연기관이 아닌 새로운 구매를 통해서 대체하는 것이 진정한 탄소경제를 바라보는 것에서 ESG Washing을 하는 것이 아닐까 하는 의구심을 갖게 됩니다.
그래서 이런 관점에서 굳이 내연기관을 폐기하기 보다는 기존의 시장에 풀려있는 내연기관을 탄소에서 자유롭게 할 수 있는 연료료 대체한다면 더 친환경적인 접근이 가능하지 않을까하는 접근입니다. 사실 배터리만 보더라도 이미 엄청난 환경파괴가 일어나고 있습니다. 니켈/코발트/구리/알루미늄 등 배터리 재료는 급등하고 있고, 채굴을 위해서 이미 일부 나라에서는 땅을 파해치고 환경을 훼손하고 있는 상황입니다.
진정한 친환경의 시대.. 전기차를 어떻게 효율적으로 접근할지... 고민이 필요한 상황입니다. 정리하면, 전기차의 친환경은 자동차의 활용과 효율의 접근에 따라서 전기차 영역과 다른 친환경 영역으로 구분될 수 있을 것이고, 이를 통해서 자연스럽게 산업간의 경계 즉 산업에너지의 경계가 만들어질 것으로 보여집니다.