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Nikkei X-TECH_2021.1.14

EV만으로는 CO₂가 줄지 않는다
엔진의 고효율화를 멈추지 마라

스가 수상은 2020년 10월 26일에 열린 임시국회 소신표명연설에서, 국내의 온난화가스 배출을 2050년까지 ‘실질적 제로’로 한다는 방침을 표명했다. 이른바 ‘2050년 카본 뉴트럴 선언’이다. 닛케이 크로스테크에서는 카본 뉴트럴 선언의 추진을 앞두고, 20년을 뒤돌아보고 21년에 주목해야 하는 첨단기술을 픽업한다.

이산화탄소(CO₂)의 배출량과 흡수량이 같아지는 카본 뉴트럴(탄소중립). 그 실현 과정에서 불가피한 것이 실은 열효율이 높은 엔진이다. 엔진은 CO₂를 배출하는 ‘악역’으로 보기 쉽지만 열효율이 높은 엔진을 사용한 전동차량은 후술하는 것처럼 발전이나 차량 제조를 포함한 라이프사이클에서 보면, 전기자동차(EV)보다도 CO₂ 배출량이 적은 경우가 현시점에서는 많다. EV는 주행 시에는 CO₂를 배출하지 않는다. 그러나 재생가능에너지와 같은 CO₂를 배출하지 않는 발전 비율이 높아지지 않으면 발전이나 차량(특히 배터리) 제조에서 많은 CO₂를 배출한다.

게다가 발전원을 재생가능에너지로 단번에 교체해 나가는 것은 어렵다. 열효율이 높은 엔진은 그러한 과도기에서 CO₂ 배출량을 줄여나가는 포텐셜을 갖는다. 또한 재생가능에너지로의 전환이 진행된다면, 전력의 안정 공급을 위한 버퍼로서 발전하고 있는 잉여 전력으로 수소를 만들고, 그 수소에서 CO₂ 뉴트럴 연료를 제조하는 과정도 가시화된다. 고효율 엔진과 CO₂ 뉴트럴 연료를 조합하면 연비가 뛰어난 카본 뉴트럴 엔진을 실현할 수 있는 가능성이 있다. 인류는 엔진을 또 하나의 선택지로서 계속 사용하는 것이 가능해진다.

2020년에는 영국, 미국 캘리포니아주, 캐나다 퀘벡주 등이 30년 또는 35년까지 엔진차의 신차 판매를 금지한다고 발표했다. 중국도 35년을 목표로 신차 판매를 환경 대응차로 제한한다고 표명했다. 탈 엔진차를 위한 움직임이 세계적으로 가속되고 있다.

그러한 가운데 엔진 개발을 멈춰서는 안되다고 경종을 울리는 사람이 있다. 엔지니어링 서비스 프로바이더(ESP)인 독일 IAV의 Marc Sens 씨다. Marc Sens 씨는 35년까지 자동차가 배출하는 CO₂ 상당량을 줄여나가기 위해서는 고효율 엔진이 필수라고 단언한다. EV의 보급만으로는 배출하는 CO₂ 상당량의 저감 효과에 한계가 있기 때문이다.

그 근거가 되는 것이 IAV에서 실시한, 자동차에서 배출되는 CO₂ 상당량에 관한 해석 결과다. 20년부터 35년에 걸쳐 유럽에서 신차로서 판매되는 자동차의 파워트레인 구성비가 어떻게 추이할지는 여러 기업과 연구기관, 단체가 예측(시나리오)을 발표하고 있다. 그들 시나리오 중 몇 개에 대해, IAV는 라이프사이클평가(LCA)의 시점에서 해석했다.

이 해석에 따르면, 파워트레인의 내역은 디젤차를 베이스로 한 간이 하이브리드차(MHEV), 가솔린차를 베이스로 한 MHEV, CNG(압축천연가스)차, 하이브리드차(HEV), 플러그인하이브리드차(PHEV), EV, 연료전지차(FCV)와 같은 수소자동차로 하고 있다. 해석에서는 자동차에서 배출되는 CO₂ 상당량으로서 차량생산/연료생산/발전 시에 배출되는 것도 포함하고 있다.

-- EV의 보급만으로는 CO₂ 상당량은 줄지 않는다 --
이 해석에서 대상으로 한 시나리오는 전부 4개다. 하나는 EV가 급속하게 보급된다는, 유럽의 자동차업체가 그리고 있는 시나리오다(시나리오1). 이 시나리오에서는 유럽의 신차 판매 대수 중 EV의 점유율이 35년에 35% 가까이까지 상승한다고 한다.

시나리오2는 지금까지 공표된 다른 관점의 예측을 집약한 것이다. ESP나 비정부기구(NGO), 그 외의 연구기관의 예측을 베이스로 한 것으로, 유럽의 자동차업체의 시나리오와 비교해 EV의 보급 속도는 느리고 PHEV의 점유율이 높아졌다. 이 시나리오에서는 수소자동차의 도입은 고려하지 않는다.

시나리오3은 시나리오2에서 수증기 개질에 의한 수소자동차의 도입을 고려한 것이다. 수소자동차의 점유율이 30년에 5% 정도, 35년에 10% 정도가 된다고 상정한 시나리오다.

시나리오4는 EV나 PHEV와 같은 대형 배터리를 실은 차량은 존재하지 않고, MHEV나 HEV를 메인으로 CNG 차량이나 수소자동차가 도입되어 가는 것이다.

또한 이 해석에서는 (1) 유럽을 주행하고 있는 차량 대수는 20년의 약 2억 6,000만대에서 30년에는 약 2억 7,000만대로 약간 증가한다, (2) 매년 1,700만대의 신차가 거의 같은 수의 낡은 차량으로 대체된다, (3) 차량의 평균 주행 거리는 연간 약 1만 km, 수명은 20년, (4) 해석의 출발점에서 이용하는 파워트레인의 성능은 현재의 최고 수준의 것, (5) 엔진 개발을 계속한 경우, 엔진의 열효율(피크 효율)은 30년에 가솔린 엔진에서 약 45%, 디젤 엔진에서 약 46~47%가 된다는 것도 전제 조건으로 하고 있다. 차량에서 일생 동안 발생하는 CO₂ 상당량은, C세그먼트의 SUV를 대표하는 차종으로서 계산하고 있다.

이렇게 도출된 결과의 하나가 유럽의 자동차업체가 그리는 것처럼 EV가 급속하게 보급됐다고 해도 엔진의 열효율이 개선되지 않으면 35년까지 자동차에서 배출되는 CO₂ 상당량은 줄지 않는다는 것이다. 역으로 엔진의 열효율을 계속 개선해 나가면 EV의 보급이 완만한 시나리오2 쪽이 35년 시점에서의 CO₂ 상당량을 줄일 수 있다고 한다.

그리고 그것보다도 35년 시점에서의 CO₂ 상당량을 줄일 수 있는 것이 EV나 PHEV는 존재하지 않는다고 한 시나리오4에서 엔진 개발을 계속한 경우다. 또한 그것보다 더 많이 줄일 수 있는 것이 EV 보급은 완만하지만 수소자동차를 도입하는 시나리오3에서 엔진 개발을 계속한 경우다. 그러나 4개의 시나리오 중에서 가장 35년 시점에서의 CO₂ 상당량을 줄일 수 있는 것은 시나리오1에서 엔진 개발을 계속한 경우였다.

-- 필요한 것은 테크놀로지 믹스 --
이 결과가 말하는 것은 EV로의 이행을 적극적으로 추진하는 경우라도 엔진 개발을 멈춰서는 안 된다는 것이다. IAV의 Marc Sens 씨는 다음과 같이 지적한다. “EV의 수를 늘리는 것은 분명히 중요하다. 왜냐하면 재생 가능한 발전 점유율이 증가하면 EV는 직접 그 혜택을 받을 수 있기 때문이다. 그러나 동시에 엔진의 고효율화도 고려할 필요가 있다. 단순히 EV만 도입하는 것이 아니라 고효율 모빌리티 컨셉트를 복수 채용할 필요가 있다”

IAV의 이 해석에서는 엔진 효율화의 유무뿐 아니라 현재의 화석 베이스 연료를 CO₂ 뉴트럴 연료로 단계적으로 대체한 경우에 대해서도 계산하고 있다. 그 결과를 통해 확실해진 것은 유럽의 자동차업체가 그리고 있는 시나리오1에서 엔진 개발을 계속하며 CO₂ 뉴트럴 연료를 도입해 나가는 것이야말로 35년에 자동차에서 배출되는 CO₂ 상당량을 가장 많이 줄일 수 있는 수단이라는 것이다.

Sens 씨는 “자동차에서 배출되는 CO₂ 상당량을 줄이기 위해서는 무언가 ‘지렛대’가 될만한 것이 필요하다”라고 강조한다. 그리고 그 지렛대가 될 수 있는 것이 CO₂ 뉴트럴 연료라고 말한다. “유럽의 길 위에는 (20년 시점에서도) 약 2억 6,000만대의 차량이 존재한다. CO₂ 뉴트럴 연료를 공급하면 CO₂의 삭감에 아주 간단하게 공헌할 수 있다”(Sens 씨).

물론 바로 CO₂ 뉴트럴 연료로 100% 전환하는 것은 불가능하다. 그러나 IAV에서는 단계적인 전환은 가능하다고 보고 있다. 예를 들면, 25년까지 약 10%, 25년부터 30년 사이에 최대 20%, 30년부터 35년 사이에 최대 30%로, 화석 베이스 연료를 CO₂ 뉴트럴 연료로 대체해 나가는 것은 가능하다고 생각하고 있는 것 같다. Sens 씨는 “CO₂ 뉴트럴 연료의 도입을 위해 과감하게 활동할 필요가 있다. 적당히 신속하게 시장에서의 연료 전환에 대응하지 않으면 안 된다”라고 강조한다.

이번 해석 결과에서 Sens 씨가 강조한 것은 CO₂ 상당량의 저감을 위한 테크놀로지 믹스의 필요성이다. Sens 씨는 “하나의 특정 기술에만 의존하는 것이 아니라 기술을 가능한 빨리 시장에 투입하고, CO₂ 배출량과 플리트 연비를 삭감하는 것이 필요하다”라고 역설한다.

모두에서도 언급했듯이 엔진에 대한 저항이 강해지고 있다. 그러나 엔진 분야에서는 CO₂ 뉴트럴 연료의 개발도 포함해, 환경에 대한 제로 임팩트를 위한 대응이 추진되고 있다. 흡수한 대기보다도 깨끗한 배기가스를 배출하는 엔진의 실현도 목표가 되기 시작했다.

국가나 지역에 따라서는 순수한 엔진차뿐 아니라 HEV나 PHEV도 판매를 금지하려는 움직임이 있다. 그러나 제로 임팩트를 실현할 수 있다면 그러한 움직임에 제동을 걸 수 있는 가능성은 충분히 있다. 그리고 무엇보다도 35년까지 CO₂ 상당량을 줄이기 위해서는 엔진의 고효율화가 불가피하다. 일부에서는 신규 엔진 개발을 멈추는 움직임도 있지만 지금이야말로 엔진 개발에 주력할 때일지도 모른다.

 -- 끝 --

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