지난 1년여 동안 전 세계가 팬데믹에서 벗어나기 위해 고군분투하면서 전기차에 대한 소비자 인식과 그에 따른 판매량이 급격히 증가하기 시작했습니다. 이는 일반적으로 기후를 걱정하는 사람들에게 희소식이며, 자동차 산업 전체에 전환점이 될 것입니다. 내연기관은 기후 목표를 따라잡을 수 없기 때문입니다. 하지만 배터리 전기 자동차(BEV)만이 기후 중립을 유지할 수 있는 유일한 길일까요?
수소연료전지차(FCV)와 eFuel 기술 모두 대체 경로에 대한 설득력 있는 논거를 제시합니다. 9월 뮌헨에서 열린 IAA 모빌리티 컨퍼런스에서 업계 전문가들은 각 기술의 장단점과 업계의 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있는 가능성에 대해 토론했습니다. 이러한 전문가들과 전체 행사에서 나온 압도적인 결론은 BEV는 앞으로 나아갈 하나의 길일 뿐이며 다른 길을 무시할 수 없다는 것입니다. 3부로 구성된 이 기사 시리즈에서는 이러한 각 기술을 살펴보고 장단점을 비교하며 앞으로의 잠재적 경로에 대해 논의해 보겠습니다.
하지만 이미 상업적으로 성공한 친환경 기술로 입증된 BEV를 대체 기술에 집중해야 하는 이유는 무엇일까요? 아마도 가장 큰 문제는 안타깝게도 배터리 생산이 탄소 집약적이라는 점일 것입니다. 실제로 생산과 폐기 단계만 고려할 때 일반적인 BEV는 동급의 내연기관 차량보다 훨씬 더 큰 탄소 발자국을 남깁니다. '사용 단계'에서는 재생 가능한 전기로 충전하는 한 BEV의 탄소 발자국을 줄이는 방향으로 나아갈 수 있지만, 이는 몇 년이 걸릴 가능성이 높습니다. 어떤 경우에는 BEV가 내연기관 차량과 비교해도 결코 깨지지 않을 수도 있습니다. 희귀 물질 채굴은 대량의 저장된 탄소를 방출할 뿐만 아니라 오염, 자연 서식지 파괴, 비윤리적인 작업 관행, 근로자의 건강 손상 등의 문제를 야기할 수 있습니다. 이는 대부분의 신규 BEV 소유자가 '친환경' 옵션을 선택할 때 염두에 두었던 관점은 아닐 것입니다. 탄소 발자국 외에도 최신 리튬 이온 배터리는 같은 질량의 휘발유나 디젤 탱크에 비해 에너지가 극히 일부만 함유되어 있다는 점도 고려해야 합니다. 그렇기 때문에 대부분의 BEV는 놀라울 정도로 무겁지만 주행거리는 평범한 수준에 불과합니다. 더 많은 질량을 이동하려면 더 많은 에너지가 필요하므로 운송 효율이 떨어집니다. 평균적인 가솔린 차량의 경우 연료의 무게는 약 40kg이며, 이 무게는 운전할수록 줄어듭니다. 최신 고급 BEV의 경우 배터리(연료)의 무게가 500kg 이상인 것이 일반적입니다. 이 무게는 주행 중에는 줄어들지 않으며, 안타깝게도 물리학 법칙에 따라 가속, 감속, 코너링, 크루즈 주행 시 이 추가 질량에 추가 에너지가 가해집니다. 따라서 더 큰 배터리 팩을 선택하면 효율성이 떨어지는 차량을 선택하게 되는 것입니다. 이 문제는 대형 화물차(일명 세미)를 포함한 대형 차량의 경우 더욱 심각합니다. 최신 디젤 세미트럭과 동일한 장거리 주행 성능을 제공하려면 전기 트럭에 12,000kg의 배터리가 필요합니다. 이는 엄청난 비용일 뿐만 아니라 배터리 무게로 인해 총 적재량이 30% 감소하기 때문에 상업적 성공 가능성이 매우 낮습니다. 그렇기 때문에 일부 기업과 정부는 상대적으로 작은 배터리로 트럭이 장거리를 이동할 수 있도록 지상 트랙과 가공선을 포함한 전도성 충전 기술을 검토하고 있습니다.
시중에 나와 있는 가장 진보된 배터리는 약 260Wh/kg의 에너지 밀도를 달성할 수 있습니다. 반면, 가솔린의 에너지 밀도는 무려 50배에 달하며 디젤의 경우 이 수치는 훨씬 더 높습니다. 물론 이 에너지의 약 80%가 엔진의 열로 손실되지만, 그래도 최신 BEV 배터리의 에너지 밀도는 거의 10배에 달합니다. 또한 도로 주행 차량의 무게가 증가하면 더 가벼운 차량을 사용하는 운전자의 안전이 어떻게 감소하는지에 대해서도 이야기할 수 있습니다. 지난 20년 동안 대중이 '더 안전한' SUV를 사들인 것처럼, 충돌 사고에서 더 나은 생존 기회를 얻기 위해 무거운 BEV를 구입해야 할까요? 하지만 차량 안전과 경쟁적인 소비자 행동이라는 주제에 대해 길고 구불구불한 논의가 이어질 위험이 있으므로 당분간 이 논의는 다시 선반 위에 올려놓아야 할 것 같습니다.
의심할 여지 없이 전기화는 지속 가능한 교통수단을 위해 우리가 취할 수 있는 가장 큰 조치 중 하나입니다. 실제로 BEV의 장점 중 하나는 국지적인 대기 오염이 완전히 제거된다는 점입니다. 대도시에서 갑자기 전기차만 진입할 수 있도록 허용하면 하룻밤 사이에 공기가 눈에 띄게 깨끗해지고 호흡기 건강 문제가 개선되며 무엇보다도 도시가 훨씬 더 조용해질 것입니다. 그러나 지역적 효과에 그친다면 한국이나 노르웨이의 배터리 공장에서 발생하는 탄소 배출량 증가와 호주와 콩고의 리튬 및 코발트 광산에서 발생하는 탄소 배출량 증가를 무시하게 됩니다.
전기화를 수용해야 한다고 주장하기 때문에 이 모든 것이 상당히 부정적으로 들릴 수 있습니다. 그도 그럴 것이 새롭고 혁신적인 기술이 성공적으로 정착한 적이 없기 때문입니다. 성장통은 계속 있어왔고 앞으로도 계속 있을 것이며, 대부분은 극복할 수 있습니다. 채굴 환경은 공급업체의 감독과 정부의 조치를 통해 개선될 수 있습니다. 실제로 일부 대형 채굴 업체에서는 이미 많은 개선이 이루어졌습니다. 이는 전 세계가 이를 주목하고 변화를 요구했기 때문입니다. 하지만 여기서 멈추지 말자. 전기차를 충전하기 위해 오염 물질을 배출하는 석탄 발전소를 기억하시나요? 이것도 고칠 수 있습니다. 대부분의 진보적인 국가에서는 집, 자동차, 사무실이 모두 친환경 재생 가능한 전기로 운영될 수 있도록 친환경 에너지 요금을 선택할 수 있습니다. 물론 이것이 공공 충전 문제를 해결하지는 못하지만, 이미 많은 정부가 모든 공공 전기차 충전기가 친환경 에너지 요금을 사용하도록 하는 규정을 마련하고 있습니다. 만약 여러분이 운이 나빠서 친환경 요금을 구매할 수 없다면 언제든지 탄소 상쇄를 구매할 수 있지만, 대부분의 소비자는 가시적인 가치 증명이 없는 것을 구매하기를 꺼려할 것입니다. 마지막 개선의 기회는 배터리 자체입니다. LFP(리튬 철 [Fe] 인산염)와 같은 기술은 코발트를 완전히 제거하여 코발트 채굴에 대한 우려를 없애는 대신 에너지 밀도가 낮아지는 단점(즉, 주행 거리가 짧아짐)을 감수해야 합니다.
환경 영향에 대한 논의는 차량의 수명을 고려하지 않고는 완성될 수 없습니다. 차량이 폐기될 때가 되면 이 대형 배터리를 어떻게 처리할까요? 2025년까지 폐기되는 배터리의 양은 190GWh에 달할 것으로 추정됩니다. 다행히도 업계에서는 재사용과 물질 회수라는 두 가지 개념에 대해 열심히 연구하고 있습니다. 재사용 전략은 폐기된 전기차 배터리를 에너지 밀도가 그다지 중요하지 않은 고정된 애플리케이션에 사용하는 것을 목표로 합니다. 일부 애플리케이션에는 가정 및 사무실 전력 백업, 전력망 지원으로 수요 증가 및 감소를 완화하고 독립형 발전소를 지원하는 용도가 포함됩니다. 중고 배터리에 대한 수요가 공급을 충족하기에 충분하지 않을 수 있으며, 이 경우 물질 회수가 최선의 선택일 수 있습니다. 이는 기본적으로 배터리의 모든 재료를 분리하여 새 배터리 제조에 사용할 수 있도록 원재료로 가공하는 복잡한 재활용 프로세스입니다. 상업적으로 가장 중요한 재료로는 구리, 알루미늄, 강철, 리튬, 코발트, 망간 등이 있습니다. 어떤 공정도 원료를 100% 회수할 수 없고 현재로서는 노동 집약적이기 때문에 회수된 원재료가 채굴된 광물보다 더 비쌀 가능성이 높으며, 회수된 원재료의 순도에 대한 우려는 말할 것도 없고 재활용 원료를 사용하는 데 일종의 인센티브를 제공하지 못합니다. 원자재 가격의 상승과 정부의 의무화는 보다 효과적인 순환 경제를 만드는 데 도움이 될 것입니다.
리튬 이온 배터리는 지속적으로 개선되고 있지만, BEV를 진정으로 효율적인 이동 수단으로 만들려면 획기적인 변화가 필요합니다. 이러한 변화는 많은 찬사를 받고 있는 전고체 배터리의 형태가 될 수도 있고, 새로운 화학 물질이 등장할 수도 있습니다. 현재로서는 이러한 기술이 언제쯤 시장에 출시될 수 있을지에 대해 명확하게 예측할 수 없습니다. 우리는 140년에 걸쳐 내연기관을 개선해왔고, 그 힘과 효율성은 엄청나게 향상되었습니다. 배터리 연구에 계속 집중한다면 상당한 진전을 이룰 수 있을 것이라는 데는 의심의 여지가 없습니다. 여기에 위에서 언급한 책임감 있는 차량 외부의 개선이 더해지면, BEV는 지금까지의 BEV가 가져왔던 '양동이 효과'를 넘어 환경에 혁명적인 영향을 미칠 수 있는 가능성이 높습니다.
BEV와 그 생태계가 진정한 탄소 중립 기술이라고 할 수 있을 정도로 개선되더라도 소비자들이 내연기관 차량을 전기차로 바꾸어야 실질적인 영향을 미칠 수 있습니다. 6,000명 이상의 차량 소유자를 대상으로 한 SBD Automotive의 2021년 설문조사에서 유럽인의 76%, 미국인의 60%만이 다음 차량으로 전기차를 고려할 의향이 있다고 답했습니다.. 이 두 지역에 걸쳐 5억 대 이상의 연료 연소 차량이 도로를 달리고 있으므로, 현재 차량을 교체할 시기가 되면 더 많은 소비자가 전기 자동차로 전환하는 것이 중요합니다. 지난 18개월 동안 전기차에 대한 엄청난 홍보에도 불구하고 유럽과 미국의 도로에서 전기차가 차지하는 비율은 여전히 1% 미만입니다. 전기차가 우리의 미래를 형성하는 데 중요한 역할을 하려면 생산 능력의 증가와 함께 소비자의 지속적인 관심이 필요합니다.
따라서 BEV가 환경적 약속을 지키기 위해서는 앞으로 해야 할 일이 많으며, 이를 위해서는 전 세계 정부, 연구자, 자동차 제조업체의 공동 노력이 필요합니다. 그러나 BEV만이 이 경쟁의 유일한 주자는 아닙니다. 수소 연료 전지와 합성 연료도 친환경 미래를 위한 잠재적인 옵션이지만, 아직은 초기 단계의 기술입니다.
