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이산화탄소 배출 저감이 21세기 자동차 전쟁의 실체

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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)
승인 2007-08-09 06:54:38

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이산화탄소 배출 저감이 21세기 자동차 전쟁의 실체

우리나라도 이제 이산화탄소 문제에 대해 관심을 갖기 시작했다. 작년까지만해도 환경론자들은 질소산화물과 매연 등만이 환경 오염의 주범인 것처럼 이야기해왔던 것에 비하면 한 걸음 발전한 것이다. 최근 우리나라에서 나타나고 있는 다양한 이상기온을 감안한다면 이는 늦은 감이 없지 않다. 그럼에도 불구하고 지구온난화의 해결이 지구촌의 공동 과제로 떠 오른 지금 그 시기를 따지기 보다는 과연 어떻게 하는 것이 최선책인지를 고민해야 할 시점에 있다. 이번에는 탈 석유화의 방안으로 추진되고 있는 다양한 대체 에너지 사용 현황에 대해 외지의 자료를 정리해 본다.

글/채영석(글로벌오토뉴스 국장)

자동차의 머플러로부터 이산화탄소의 배출을 줄이기 위한 노력은 이제 전방위적으로 펼쳐지고 있다. 가장 기본적인 것은 기존 내연기관 엔진의 연비를 향상시키는 것이고 다음으로 내연기관과 전기모터를 병용하는 하이브리드카가 있으며 한 걸음 더 나아가 멀티 퓨얼 자동차에 대한 관심도 지대하다. 물론 그전에도 내연기관을 아예 사용하지 않는 전기자동차가 오랫동안 연구되어 왔지만 여러가지 문제점에 봉착해 개발이 중지되기도 했었다.

현 시점에서 화석연료를 아예 사용하지 않는 수소 에너지를 활용하고자 하는 노력이 경주되고 있다. 하지만 이 역시 실현 가능성에 대해 아무도 확신할 수 없는 처지에 있다. 수소를 연료로 하는 자동차는 BMW가 1978년부터 개발을 시작한 수소엔진자동차가 있고 또 하나는 메르세데스 벤츠와 GM등 대부분의 메이커들이 심혈을 기울이고 있는 수소연료전지전기자동차가 있다.

BMW의 수소엔진자동차도 리스 형태로 판매가 시작되었고 수소연료전지자동차는 이미 수년 전 토요타와 혼다 등이 미국 등에 시험적으로 리스판매를 하고 있다. 그러나 그런 노력과는 달리 수소를 에너지로 하는 자동차의 실현은 쉽지 않은 것이 현실이다. 우선은 수소의 안전성이 확보되었음에도 그에 대한 일반인들의 인식을 전환하기가 쉽지 않다는 것이 가장 큰 문제이고 연료전지의 경우 영하 20℃ 이하에서는 시동이 걸리지 않는 등 기술적인 문제가 많아 현재로서는 제작비가 천문학적인 수준에 머물고 있다.

하지만 그런 기술적인 문제보다 더 중요한 것은 에너지인 수소를 생산하는 과정에서 이산화탄소를 다량 발생시키기 때문에 그 역시 궁극적인 친환경자동차라고 할 수 없다는 의견이 대두되고 있다. 그럼에도 불구하고 거의 모든 메이커들이 개발을 추진하고 있는 것은 현재로서는 다른 대안이 없다는 점과 환경 기술을 개발한다는 자세를 소비자들에게 보여 주기 위함일 수도 있다는 점이다.

어쨌거나 정리하자면 현재 실제로 자동차 메이커들이 투자하는 것은 사실 내연기관 엔진의 연비성능 향상과 또 다른 대체 에너지의 가능성을 타진 또는 실험하고 있다고 할 수 있다. 그것은 물론 자연환경 조건에 따라 그 지역의 조건을 최대한 활용할 수 있는 방안을 찾기 위한 쪽으로 진행되고 있다. 이런 것들을 통칭해서 바이오 매스(Biomass) 연료라고 한다.

이미 잘 알려진 내용이지만 바이오 매스 연료란 식물성 물질을 원료로 만든 연료를 말한다. 바이오매스 연료에 주목하는 것은 원료인 식물이 이산화탄소를 흡수하기 때문에 배출되는 이산화탄소가 이론적으로는 제로라는 점 때문이다. 구체적으로 보면 나무와 식물 등의 당질로부터 에탄올과 메탄올을, 식용유 등에서 메틸에스텔 등을 만들고 그것을 그대로 엔진에서 연소하거나 가솔린과 경유에 혼합해 이용한다. 다만 이 바이오매스 연료는 재배 가능한 식물을 원료로하기 때문에 지속적으로 이용 가능한데 가솔린보다 발열량이 적기 때문에 연비가 나쁘고 비용이 소요된다는 단점이 있다.

현재 바이오 연료는 주로 가솔린과 경유에 혼합해 사용하고 있는데 우리나라에서도 바이오 디젤의 보급 확대를 위한 시도가 있었으나 자동차회사와 정유사들의 거센 저항에 밀려 실효를 거두지 못하고 있다.

그러나 다른 나라에서는 이미 여러가지 형태로 바이오 연료를 사용하기 위한 노력이 경주되고 있다. 가장 앞선 것은 에탄올 선진국인 브라질이다. 1970년부터 탈 석유를 목표로 해 온 브라질에서는 사탕수수를 원료로 한 에탄올과 가솔린의 혼합연료가 주류로 되어 있다. 브라질에서는 이 연료와 가솔린과 혼합비율을 가리지 않는 플렉스 타입의 자동차가 보급되고 있다. 2005년에는 브라질 신차 판매대수의 50% 가량인 약 86만대를 이 타입이 차지했으며 에탄올의 수출도 늘어나고 있다. 브라질에서는 20% 이상의 에탄올 사용이 의무화되어 있다. 뿐만 아니라 100% 에탄올만으로 주행하는 자동차도 많다.

브라질에서 에탄올을 사용하게 된 계기는 1970년대 두 차례의 석유파동을 겪으면서 광대한 아마존의 삼림으로부터 알코올을 추출해 자동차 연료로 사용하고자 한 연구가 있었기 때문이다. 물론 그것은 브라질에는 풍부한 식물자원이 있어 낮은 가격에 바이오 매스 연료를 생산할 수 있다는 이점이 배경에 있었다. 그런데 그동안은 그다지 주목을 끌지 못하다가 21세기 들어 연이어 터진 석유가격 급등으로 인해 새로운 대안으로 부상하기 시작한 것이다.

특히 2년 전 허리케인 카트리나의 미국 대륙 폭격으로 인해 미국인들은 비로소 석유문제의 심각성을 실감하기 시작했다.

그 때문에 최근 들어 미국은 바이오 연료의 보급을 정부차원에서 적극 장려하고 있다. 현 시점에서 미국 전체에 약 17만개의 가솔린 주유소에서 혼합연료를 보급할 수 있는 것은 중서부를 중심으로 약 600개소에 불과하다. 에탄올의 혼합비율이 85%인 대체연료 E85의 전미 평균 가격은 2005년 9월 시점으로 1갤런당 2.41 달러로 가솔린(1갤런당 2.77달러보다 약간 싸지만 에탄올은 휘발성이 높기 때문에 수송이 어렵고 연료효율도 가솔린에 비해 떨어진다.그럼에도 불구하고 미국은 ‘석유 중독’에서 벗어나기 위한 방안으로 E85등 바이오 연료의 보급 확대를 추진하고 있다. E85란 에탄올 85%와 가솔린 15%를 혼합한 연료를 말한다.

참고로 바이오매스 선진국인 브라질에서는 2004년 1,580만 ㎘, 미국에서는 1,400만㎘의 바이오매스를 생산했다.

그런데 바이오매스가 이산화탄소 배출에 있어서는 큰 장점을 갖고 있지만 식물 재배에 필요한 화학비료를 생산할 때와 수확 및 탈곡, 수송 등의 과정에서 이산화탄소를 배출하고 에탄올 열분해 과정에서 화석연료가 사용되기 때문에 실제 이산화탄소 저감 효과는 55~87% 정도라고 한다. 이론적인 것과는 또 다른 면이 수소 에너지와 마찬가지로 장벽이 될 수도 있다는 것이다.

또한 에탄올은 가솔린엔진보다 칼로리가 낮기 때문에 연비는 15~20% 정도 낮다는 점도 장해요소다. 다시 말해 종합적인 측면에서 본다면 반드시 좋은 연료라고만은 할 수 없다는 것이다.

게다가 최근에는 바이오연료의 사용은 식량문제를 위협할 수도 있다는 의견이 재기되고 있다. 이미 글로벌오토뉴스를 통해 언급한 적이 있지만 미국이 정부 차원에서 에탄올 혼합연료의 사용 확대를 추진하면서 대체 연료에 대한 또 다른 인식이 대두되고 있다. 다시 말해 에탄올의 사용이 증가하게 되면 그 주 에너지원인 사탕수수와 옥수수의 수요가 증가하게 된다. 그만큼 이들 곡물의 가격은 상승하게 되고 농업계에서는 이 분야에 투자를 늘리게 된다. 더불어 오렌지 제배를 포기하고 사탕수수와 옥수수의 생산으로 전환하게 되며 그 결과 사탕수수와 옥수수 가격은 물론이고 오렌지 가격까지 올려 놓게 된다는 것이다.

에탄올은 알코올이다. 알코올은 물론 술의 원료다. 다시 말해 메탄올과는 달리 사람이 마시는 술의 원료인 에탄올을 마시는데가 아닌 자동차를 달리게 하는데 사용하게 되었다는 것이다. 그렇게 본다면 앞서 사탕수수와 오렌지의 가격 인상에서 한 걸음 더 나아가 자동차 연료와 술의 싸움이 시작된 셈이다. 술값도 더불어 비싸진다는 유추가 가능하다는 얘기이다.

그럼에도 불구하고 바이오매스에 대한 관심이 높아지고 있는 이유는 있다. 다시 말해 생산지에서 사용하면 수송과정에서 발생하는 이산화탄소 배출을 걱정하지 않아도 된다는 것이다. 더불어 식용식물이 아닌 식물군과 기타 건축 폐자재 등에서도 추출할 수 있다는 점 등이 작용하고 있다.

여기에서 우리가 알 수 있는 것은 에너지 문제는 지구차원에서 종합적인 효율을 고려하지 않으면 안된다는 것이다. 그것을 전문 용어로 Well to Wheel이라고 칭하고 있다.

미주를 중심으로 한 이런 바이오 연료 열풍과는 달리 유럽에서는 다양한 에너지 원을 개발하는 쪽으로 에너지 문제 해결을 추구하고 있다. 에를 들면 쉘 석유는 천연가스에서 인공액체연료를 만드는 개발을 하고 있다. 이것을 GTL(Gas to Liquid)라고 한다. 한편 바이오매스에서 인공액체연료를 만드는 BTL(Bio t Liquid)로 주목되고 있다.

여기에서 최근 메르세데스 벤츠가 개발 완료를 선언한 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition), 즉 균질 예압축자기착화 기술을 이용한 차세대 엔진이 부상하고 있다. 이는 기존 개념으로 가솔린 엔진도 디젤엔진도 아닌 전혀 새로운 개념의 엔진이다.

또 한가지는 100% 순수 바이오 매스도 있다. 상온액체연료가 그것으로 원료는 폐자재, 대나무, 옥수수 등 다양하며 선 디젤(Sun Diesl)이라고 하는 이름으로 연구가 진행되고 있다.

21세기 자동차 전쟁의 실체는 에너지에 있고 그 바탕에는 이산화탄소 저감이라는 지구촌 차원의 과제가 있다. 누가 그 기술을 선점하느냐에 따라 전쟁의 양상은 달라질 수도 있는 것이다.
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