지구의 온실가스로 인한 기후변화로 기상이변이 속출하는 등 심각한 자연재해가 연이어 발생하면서 전 세계가 골머리를 앓고 있습니다. 세계 각국은 자동차산업을 포함한 산업전반에 대해 온실가스를 현재보다 절반이상 줄이는 등 온실가스를 발생을 최소화해 오는 2050년까지 완전한 탄소중립(Carbon Free 또는 Net Zero)을 실현하려는 움직임이 일고 있습니다.
온실가스(GHG : Green House Gas)란 이산화탄소와 메탄가스와 같이 지구의 기후변화를 일으키는 주범이 되는 유해배출가스를 의미하는데요. Net Zero(순수제로)는 이러한 온실가스를 사용하고 남은 배출량을 없애는 등 온실가스 배출을 최소화함으로써 전체적인 온실가스의 발생량과 사용량을 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다.
Net Zero가 기후변화 대응을 위한 글로벌 목표로 제시됨에 따라 세계 각국의 정부와 기업 등을 이를 달성하기 위한 계획과 약속을 수립하고 다양한 대안을 제시하고 있는데요, 대부분 2050년까지 목표를 설정하고 있지만 일부 국가나 기업의 경우 이보다 빠른 2035년까지 목표를 달성할 것이라고 밝히고 있습니다.
최근 전기차와 수소전기차, 하이브리드차와 같은 친환경자동차 및 차량의 전동화가 급속하게 이뤄지고 있는 것도 이러한 이유입니다. 특히 전기차의 보급확대는 이제는 더 이상 미룰수 없는 대세가 되고 있는데요, 전기차는 운행중에 이산화탄소를 전혀 발생시키지 않기 때문입니다.
하지만 전기차가 모든 내연기관차를 대체하기에는 여전히 많은 숙제를 안고 있는 것이 사실입니다. 모든 전기차를 충전할 수 있는 충분한 전력공급을 포함한 충전인프라 등 전기차 외에도 갖춰야 할 사회적 기반이 필요하기 때문입니다.
최근에는 전기차가 탄소중립(Net Zero)을 실현할 수 있는 훌륭한 도구이지만 완벽한 대안이라고는 할 수 없다는 의견이 대두되고 있습니다.
미국에너지관리청(EIA, US Energy Information Administration)에 따르면, 오는 전 세계적으로 탄소중립 실현을 목표로 하고 있는 2050년 전세계 자동차대수는 22억 1천만대에 달할 것으로 예상되며, 이중 내연기관차가 여전히 70%를 차지할 것으로 전망되고 있습니다. 이에 따라 자동차의 전동화와 함께 기존 내연기관차의 온실가스를 줄이는 방안이 활발하게 진행되고 있습니다.
예를 들면 식물성 원료에서 추출한 바이오 연료나 e-Fuel과 같은 대체연료를 기존 내연기관차에 사용함으로써 온실가스를 줄이는 것이지요. 전기차로 대체할 경우 늘어나는 전기차 대수만큼 온실가스가 저감되지만 대체연료를 사용하면 기존 내연기관차의 온실가스를 줄일 수 있기 때문에 온실가스 감축효과가 전기차 판매량 확대보다 훨씬 높다는 것이 관련업계의 설명입니다.
이 때문에 오는 2030년 이후 내연기관차 판매를 전면중단하겠다고 나섰던 자동차제조사들이 내연기관차 판매중단 전략을 수정하고 있는 추세입니다. 유럽연합(EU)과 독일은 최근 2035년 이후 대체연료를 사용하는 내연기관차의 신차판매 및 등록을 조건부로 허용하기로 합의하고 후속 법안마련에 돌입했습니다.
한편 세계 각국은 환경보호를 위해 자동차산업에 대한 다양하고 엄격한 규제와 정책을 도입하고 있으며, 이러한 규제와 정책은 자동차 제조업체의 자동차의 개발 및 운영방식을 환경적 요구사항을 충족시키고, 온실가스 배출량을 감소시키며, 자원의 효율성을 향상시키는 방향으로 변화시키고 있습니다.
이에 따라 최근 자동차업계는 자동차의 전주기평가(LCA, Life Cycle Assessment) 개념을 도입해 자동차산업에서의 환경적 영향을 평가하고 개선하기 위한 중요한 도구이자 지속적인 탄소중립 실현을 위한 광범위한 온실가스 감축목표를 설정하데 활용하고 있습니다.
LCA는 기존 자동차의 운행과정에서 발생되는 온실가스 저감목표 뿐 아니라 자동차의 생산과정부터, 운행, 유지보수, 폐차 및 재활용에 이르기까지 자동차의 모든 라이프 사이클(생애주기)을 고려해 온실가스 발생량을 측정하고 감축하는 것을 의미합니다.
자동차는 운행 때 발생되는 온실가스는 물론 생산과정부터 폐차할 때까지 온실가스 배출은 물론, 대기오염과 자원소비 등 다양한 환경적 영향을 초래할 수 있기 때문입니다.
현재까지의 자동차 온실가스 배출저감 정책은 Tank to Wheel 방식 즉, 운행과정에서의 온실가스 발생을 기준으로 해 왔습니다. 그러나 LCA 개념이 도입되면서 자동차의 생산과정뿐 아니라 유전에서 석유의 생산 및 정제, 운송, 공급에 이르는 모든 과정에서 발생되는 온실가스까지 고려하는 Well to Wheel 방식이 적용되기 시작했습니다.
따라서 일반적으로 온실가스를 전혀 배출하지 않는 것으로 알고 있는 전기차의 경우 LCA 개념을 도입할 경우 오히려 가솔린차보다 온실가스 배출량이 더 많이 발생되기도 합니다. 오히려 하이브리드차가 LCA를 고려할 경우 전기차보다 온실가스 배출량이 더 적은 경우 차량도 있습니다.
전기차의 경우 운행과정에서 온실가스를 배출하지 않지만 핵심부품인 고전압 배터리의 생산과정에서 많은 온실가스가 발생할 뿐 아니라 충전을 위한 전력생산에서도 많은 온실가스가 발생하기 때문입니다. 특히 우리나라의 경우 석탄 등을 사용하는 화력발전의 비중이 상대적으로 높기 때문에 전기차 판매량이 늘수록 화력발전용량이 증가할 수밖에 없는 것이 현실이지요.
실제로 한양대학교의 연구결과에 따르면, 순수전기차인 테슬라 모델 X의 경우 운행중에는 온실가스가 전혀 배출하지 않지만 LCA를 고려할 경우 온실가스 배출량이 1킬로미터(km)당 약 270그램(g)으로 내연기관차인 현대 아반떼(225g/km, 가솔린 기준)보다 약 45그램을 더 배출하는 것으로 나타났습니다. 또한 현대 코나 전기차는 현대 아이오닉 하이브리드 모델보다 약 10그램 더 많은 온실가스를 배출하는 것으로 조사되었습니다.
또 다른 연구결과로는 현재 20~30%에 불과한 내연기관의 엔진효율을 50%까지 향상시킬 경우 전기차와 비슷한 온실가스 감축효과를 얻을 수 있는 것으로 나타나기도 했습니다.
이에 따라 현재 내연기관차들은 고압축비와 고압 직접분사, 텀블강화 및 롱스트로크 엔진, 초희박연소 및 대체연료 엔진, 고효율의 터보차저, 마찰감소 및 기계효율 향상, 배기가스 재순환 효율향상, 배기열 회수 및 단열, 수소엔진 개발 등 다양한 기술을 적용해 연소효율을 향상시키는 연구가 진행되고 있기도 합니다. 특히 공연비가 낮은 초희박연소와 e-퓨얼, 에탄올 등 바이오연료 등을 사용할 경우 보다 효율적으로 온실가스를 줄일 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.