일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.2.9

탈 탄소에 대한 의문
'가솔린차에서 EV로 시프트'만이 정답일까？
공공교통기관으로의 시프트도 선택지

“전기자동차(EV)를 전제로 논의가 진행되고 있는 것 같다” “마치 EV가 탄소중립의 비장의 카드인 것 같은 여론이 조작되고 있지 않은가?”

닛케이 모노즈쿠리가 21년 12월부터 22년 1월에 걸쳐 실시한 'EV∙수소∙재생가능 에너지 등 탄소중립에 대한 의문점 조사'에서는 응답자로부터 이러한 의견이 다수 나왔다. ‘EV 보급이 탄소중립에 공헌한다고 생각하는가?’라는 물음에 대해, ‘공헌한다’는 응답은 61.5%, ‘공헌하지 않는다’는 응답도 33.0%였다. 30% 이상이 EV 편중에 대한 논의에 회의적인 견해를 보이고 있다.

전기만을 사용해 모터로 구동하는 EV는 주행 시에 이산화탄소(CO₂)를 배출하지 않는다. 이 이유만으로 일반적으로 EV가 CO₂를 배출하는 가솔린차를 대체하는 것을 무비판적으로 인정하는 풍조를 볼 수 있다. 그러나 앙케트 조사 결과에 따르면, 제조업 관련 엔지니어나 경영자들 사이에서는 그 논조가 반드시 받아들여지고 있지 않다는 것을 알 수 있다.

앙케트 조사 응답이나 전문가에 대한 취재를 통해 EV에 대한 ‘의문’은 크게 3개로 분류할 수 있다. (1) EV는 정말 탄소중립인가? (2) 가령 공헌할 수 있다고 해서 EV의 일반 보급이 현실적인가? (3) EV가 가솔린차를 대체하는 ‘탈∙가솔린차’가 정말로 유일한 해답인가?

EV의 보급이 탄소중립에 기여할 가능성은 높지만 EV 일변도가 좋은 것은 아니다. 또한 EV의 보급을 위해서는 해결해야 할 과제가 있고, 그 해결책을 찾아야 한다. 전문가 취재를 통해 이러한 실상이 드러났다.

-- 발전할 때 배출한 CO₂는? --
가열되고 있는 EV 붐에 파문을 일으킨 것은 일본자동차공업회(JAMA) 회장이자 도요타자동차의 사장인 도요타 아키오 씨였다. 2021년 3월에 열린 온라인 회견에서, 총 발전량의 약 75%를 화력발전이 차지하며, 재생가능 에너지의 비용이 화력발전보다 비싼 일본의 전력 사정에 대해 언급한 것이다. 이때 도요타 아키오 씨가 강조한 것은 ‘LCA(Life Cycle Assessment: 전(全) 과정 평가) 기반에서의 탄소중립 실현’이다.

LCA란 제품의 원재료 생산에서 폐기에 이르는 제품의 라이프 사이클 전체에서 환경 부하를 평가하는 방식이다. 유럽에서는 EV 등의 배터리에 대해 2024년부터 LCA에 의한 CO₂ 배출량 신고를 의무화하는 등 규제 강화의 논의를 본격화한다. 일본에서도 LCA의 개념이 침투하기 시작했다.

이 시기에 왜 도요타 사장은 ‘총 발전량의 약 75%를 화력발전이 차지하는 일본의 전력 사정’을 언급했을까? 그것은 일본의 계통전력(발전, 변전, 송전, 배전 등 일련의 전력 시스템)의 전원 구성이 EV의 CO₂ 배출량에 영향을 주기 때문이다.

EV 자체가 주행 시에 CO₂를 배출하지 않는 것에는 의문의 여지가 없다. 그러나 모터 가동에, 석탄화력 등 CO₂를 배출하는 화력발전소에서 발전된 전기를 사용한다면 주행 시에 CO₂를 배출하는 것과 마찬가지다. 특히 원자력발전소를 거의 가동하지 않는 일본에서는 전원에서 차지하는 화력발전소의 비율이 높다. “EV가 증가함에 따라 전기를 사용하면 사용할수록 CO₂ 배출량이 증대하지 않을까? 정말로 CO₂ 배출량이 가솔린차보다 적을까?”라는 의문이 고개를 든다.

-- ‘주행 시 CO₂ 배출량은 EV가 작다’ --
전력중앙연구소 그리드 이노베이션연구본부의 나가타(永田) 씨는 이 의문에 대해, “사용하는 전기의 전원을 고려해도, 주행 시로 한정하면 EV의 CO₂ 배출량은 가솔린차나 하이브리드차(HEV)보다 ‘적다’고 말할 수 있다. 가령 화력발전소밖에 없는 전원 구성에서도 거의 확실히 적어진다. 그 이유는 가솔린 엔진보다 모터의 효율이 좋기 때문이다”라고 말한다.

이 가설을 증명하는 데이터가 있다. 전력중앙연구소의 시산이다. 나가타 씨에 의하면, 일본의 화력발전의 약 절반은 CO₂ 배출원단위가 석탄화력의 절반 이하인 천연가스발전이고, 전원 구성에서 수력발전이 10% 정도를 차지한다. 최근에는 태양광발전도 증가하고 있다. “전력중앙연구소의 시산에서는 계통전력의 CO₂ 배출원단위가 (2017년도의 전(全) 전원 평균인) 496g/kWh를 넘는 케이스는 우선 없을 것이다”(나가타 씨).

전력중앙연구소에서는 닛산자동차의 EV ‘리프’나 도요타자동차의 ‘프리우스 PHV’등이 주행할 때의 CO₂ 배출량을 합계. 계통전력의 CO₂ 배출원단위의 증감에 따라 어떻게 변화하는가를 비교했다.

가령 석탄화력발전이 100%라고 하면, 닛산의 EV 리프의 주행 시 CO₂ 배출량은 닛산의 가솔린차 ‘노트’보다 많아지지만 2017년도의 전 전원 평균에서는 노트보다 적다. 도요타자동차의 PHEV인 프리우스를 EV 주행시켰을 때는 석탄화력발전이 100%여도 노트보다 적은 것으로 나타났다. 이에 따르면 계통전력의 배출원단위가 496g/kWh보다 적을 경우, EV 주행 시의 CO₂ 배출량은 적어도 가솔린차보다는 작다.

전력중앙연구소에는 또 다른 시산이 있다. 자원 채굴부터 재료나 부품, 차량제조, 생애 주행에 이르기까지의 CO₂ 배출량을, EV와 HEV, PHEV, 가솔린차에서 비교한 것이다. 이 시산에서도 EV의 배출량이 가장 낮다는 결과를 보이고 있다. 이 시산에서는, EV는 ‘소재∙부품∙차량제조, 물류’와 ‘연료∙전력제조’에서의 CO₂ 배출량의 합계는 가솔린차 등보다 많다. 그런데도 주행할 때 가솔린 연소에 의한 배출이 없는 만큼 전체적으로 HEV나 PHEV와 비교해도 적은 결과가 나온다.

전력중앙연구소의 시산에서는, 주행 시로 한정해도 재료나 부품, 차량제조까지 포함한 ‘토탈’ CO₂ 배출량도 EV의 우위성은 흔들리지 않는다고 한다. “연비가 좋은 HEV라면 (CO₂ 배출량에서) EV와의 차이가 줄어들 가능성은 있다.

다만 아무리 연비가 좋아져도 주행 시의 배출은 남기 때문에 탄소중립 실현을 위해서는 전원의 탈 탄소화와 함께 EV를 보급시키는 것이 중요해진다”(전력중앙연구소 마세(間瀬) 주임연구원).

다만 이 시산에는 폐기 시의 배출량은 포함되지 않는다는 점에 주의가 필요하다. 일반적인 LCA에서는 폐기 시까지 포함한다. 즉, 폐기까지 포함한 경우는 결과가 바뀔 가능성이 있다.

LCA의 관점에서 CO₂ 배출량을 생각하는 것은 중요하지만, 현시점에서는 아직 전세계에서 통일된 산출법은 확립되지 않았다. LCA의 어려움은 연비와 주행 방법 등의 전제 조건으로 결과가 바뀐다는 점이다.

일본자동차연구소 환경연구부 LCA그룹 스즈키(鈴木) 선임연구원은 "세계에서 평가 방법을 어느 정도 규정화한 후에 LCA로 평가하고, 그 방법으로 산출된 LCA 수치를 카탈로그에 싣는 구조가 필요하다"라고 지적했다.

-- 배터리 및 충전 문제 해결이 필요 --
가령 LCA의 평가 방법이 확립되어 EV의 CO₂ 배출량이 가솔린차나 HEV보다 작았다고 해도, 그것으로 EV에 대한 의문이 풀리는 것은 아니다. 보급에 기술적인 과제를 안고 있기 때문이다.

특히 중요한 것이 배터리를 둘러싼 이슈다. 현행의 리튬이온 2차전지의 상당수는, 지금 이상의 에너지 밀도의 대폭적인 향상을 전망할 수 없다. 질량에너지 밀도에서 280Wh/kg 정도, 부피에너지 밀도에서는 800Wh/L 정도가 상한으로 보인다.

이 때문에 장거리 이동이 요구되는 운수 트럭 등에서는 배터리 부피가 크고 무거워진다. 자동차가 대형이 될수록 전비가 나빠지면서 한층 더 큰 배터리가 필요해진다는 딜레마에 빠질 가능성이 높다.

양극 재료로 코발트, 니켈 등 희귀금속을 사용하고 있어 비용 절감도 어렵다. 제조할 때의 CO₂ 배출량도 많다. EV의 '소재∙부품∙차량제조, 물류'가 가솔린차나 HEV보다 많은 것은 배터리 제조 시의 배출량의 영향이 크다. “EV 제조 시에 나오는 배출량의 40% 정도는 배터리가 차지한다”(전력중앙연구소 마세 주임연구원).

또한 현행 리튬이온 2차전지의 상당수는 가연성의 유기 전해액을 사용하고 있다. 그 때문에 충전 중에 발화하거나 충돌 사고의 충격 등으로 양극과 음극이 단락되면서 발화하는 사고가 세계 각지에서 발생하고 있다. 에너지 밀도가 높아질수록 위험성도 높아진다. 이러한 과제를 해결하기 위해서는 에너지 밀도를 높이는 한편, 안전성을 확보하고 비용을 억제하는 차세대 배터리를 개발해야 한다.

긴 충전 시간도 과제다. 일반 가정 등에 설치할 수 있는 EV용 일반 충전 설비는 차종이나 충전 설비에 따라 다소 차이는 있지만, 일반 충전(200V)의 경우 30분에 10km 정도 주행할 수 있다고 한다. 급속 충전 설비를 사용해도 30분에 10km 정도 주행하려면 1~2분이 소요된다. 30L 정도의 가솔린 탱크를 가득 채우는 데 5분도 걸리지 않고, 항속거리가 수백 km인 가솔린차에 비해 너무 길다.

충전 스테이션과 같은 도시 기반의 설치도 필요하지만 충전에 이렇게까지 시간이 걸리면 EV의 판매∙보유 대수가 증가했을 경우에 스테이션수가 따라잡지 못할 가능성도 있다.

국토교통성에 따르면 일본 국내의 CO₂ 배출량(약 11억 800만 톤, 19년도) 중, 자동차 전체의 배출량은 16.0%(1억 888만 톤)로 20% 남짓이다. 이를 EV화로 저감할 수 있으면 물론 탄소중립에 공헌한다.

무엇보다 일본 내에서의 2020년도 시점의 EV 보유 대수는 약 12만 3,700대(승용차)로, 경자동차나 승합차 등을 더해도 약 13만대에 지나지 않는다. 20년 시점의 승용차의 보유 대수는 약 6,180만대(경자동차 포함)이기 때문에 EV는 그 0.2%에 불과하다. 기술적인 과제를 해결해 보유율을 향상시키지 않으면, EV가 탄소중립에 공헌한다고는 말할 수 없을 것이다.

-- 탈 가솔린차가 유일한 해답일까? --
마지막 의문은 ‘탈 가솔린 차량이 유일한 해답일까?’이다. 일본종합연구소 이쿠마(井熊) 씨는 “모빌리티의 범위에 한해서 말하면, EV 보급에 의한 탄소중립뿐만 아니라 오히려 공공교통기관으로 시프트하는 것이 유효하지 않을까?”라고 지적한다.

화물이나 여객 당 CO₂ 배출량은 버스나 철도, 선박 등이 훨씬 적기 때문이다. “철도나 버스, 승차공유 등을 연계시키는 MaaS(Mobility as a Service) 등을 활용하면 일본만의 탄소중립 대책을 세울 수 있다”라고 제안한다.

가솔린차에서 EV로 전면 시프트하기 위해서는 해결해야 할 과제도 많고, 그것만이 유일한 해답은 아니다. EV의 보급은 모빌리티의 유효한 수단 중 하나라고 재차 인식하고, 사회 전체를 부감하며 폭넓은 시점에서 탄소중립을 파악해 나가야 한다. 그 자세야말로 현시점에서 취할 수 있는 해답일 것이다.

 -- 끝 --

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