대체연료의 연비 및 온실가스 배출 규제 대응 방안
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2010-12-10 12:42:59 |
본문
1. 서론
최근 자동차 업계의 가장 큰 이슈는 연비 및 온실가스 배출 규제이다. 유럽, 미국, 일본 등 세계 각국은 연비 및 온실가스 배출 기준을 강화하고 있으며 국내에도 연비 및 온실가스 배출 기준 강화에 대한 방안이 논의 중이다. 정부는 녹색성장을 정책기조로 국가 전체의 에너지 소비 절감과 온실가스 감축을 적극적으로 추진하고 있으며, 특히 산업생산에 영향을 미치지 않는 수송부분의 온실가스 감축을 적극적으로 추진하고 있다.
유럽은 2015년까지 자동차 온실가스(이하 CO2) 배출 기준을 130g/km로 단계적으로 강화하고 있으며, 기준 미달 시 매우 강력한 벌금 누진제를 적용하여 자동차 제작사의 적극적인 참여를 독려하고 있다. 미국은 차량의 연비를 기준으로 2016년까지 39MPG까지 단계적으로 강화하는 법안을 통과시켰으며, 유럽과 마찬가지로 기준 미달 제작사에게는 벌금을 부과하고 있다. 우리나라도 2006년부터 에너지이용합리화법에 근거한 CAFE 제도1)를 운영하고 있다. 작년에 녹색성장위원회에서 발표한 자동차 효율규제방안을 살펴보면 자동차 제작사는 2015년까지 평균연비(17km/L 이상) 또는 평균 CO2 배출량(140g/km) 중 어느한 기준을 선택하여 준수하도록 하고 있으며 2015년까지 단계적으로 기준을 높여갈 예정이다.
현재의 연비 및 온실가스 배출 기준은 휘발유∙경유 차량을 중심으로 그 규제안이 마련되어 있다. 그러나 LPG를 비롯한 다양한 대체연료는 기존의 휘발유∙경유와 그 성질이 매우 다르기 때문에 기존의 기준을 동일하게 적용하기엔 무리가 있다. 특히 국내는 LPG 차량의 보급비율이 매우 높고 차량용 LPG 연료의 사용이 많아 일괄적인 기준을 적용하는 것은 적절치 않으며, 연료의 특성을 고려한 적절한 보정 방안이 필요하다.
2. 본론
먼저 주요 국가의 연비 측정방법을 살펴보면, 미국은 도시 주행 모드(FTP-75 Mode)와 고속도로 주행 모드(HWFET Mode)로 구성되어 있다. FTP-75 Mode는 도심지 주행 상황을 가정한 것으로 차량의 가감속구간이 많고 정지 구간이 다수 존재한다. HWFET Mode는 고속도로 주행 상황을 가정한 것으로 차량의 가감속 구간이 적고 고속의 항속구간이 길게 존재하는 것을 볼 수 있다. 미국의 공인 연비로는 FTP-75 연비와 HWFET 연비를 적정 비율로 적용한 Combined 연비를 사용하고 있으며, 이를 CAFE 계산 시 사용한다.
Combined 연비는 주행모드 시험을 통한 배기가스 성분 분석 결과를 바탕으로 탄소균형법(Carbon Balance Method)을 적용하여 계산(Combined 연비 = FTP-75 연비 × 0.55 + HWFET 연비 × 0.45)하여 구한다. 차량에 부착하는 표시 연비는 실제 주행연비와 비슷하도록 표시해주기 위하여 시내 연비의 경우는 FTP-75 연비에 90%, 고속도로 연비의 경우는 HWFET 연비에 78%의 보정치를 적용하여 표시한다.
녹색성장위원회를 중심으로 자동차연비 측정 방식에 미국의 Combined 연비를 도입하려 하고 있어, 이럴 경우 국내 휘발유 차량의 경우 연비 25% 향상, CO2 배출 16% 감소 효과가 자동적으로 발생하게 된다. LPG 차량의 경우도 마찬가지로 연비 23% 향상, CO2 배출 15% 저감 효과가 자동적으로 발생하게 된다. 또한 LPG 차량의 CO2 배출량은 휘발유 차량에 비해 낮음에도 불구하고 연비는 오히려 불리하게 나타난 것을 볼 수 있다. 이는 연비(km/L)가 연료의 부피를 기준으로 정의됨에 따라 탄소함량이 적은 LPG의 경우 CO2 발생이 적음에도 불구하고 연비는 불리하게 나타나게 된다는 사실을 보여주고 있다.
따라서 국가 에너지 소비 및 온실가스 배출 저감을 달성하면서 차종 및 사용연료 다변화에 유연하게 대응할 수 있는 명확한 규제 방안이 마련되어야 한다. 전기 기반의 자동차 및 대체연료 자동차에 기존의 휘발유∙경유 자동차의 연비 측정 방식을 그대로 적용하는 것은 무리가 있고, 적절한 대안이 마련될 필요가 있으므로 대체연료 차량의 연비 보정 방안을 제안하고자 한다.
대체연료 차량의 연비를 보정하기 위해서 여러 가지 방식이 적용될 수 있지만, 자동차는 연료의 화학적 에너지(발열량)를 이용하기 때문에 발열량을 기준으로 연비를 보정하는 것이 가장 보편 타당하다고 볼 수 있다. 예를 들면 연료의 국제 거래 및 통계 기준도 열량 단위로 이루어지고 있다. 발열량 기준의 연비 보정법은 사용연료의 특성을 고려한 연비 보정계수를 도입하여 휘발유∙경유 등가 연비를 산출하는 방식이다. 이 방
법은 기존의 연비 및 CO2 배출량 측정 방식을 그대로 사용할 수 있으며, 최종 에너지 소비량을 기준으로 연비를 보정하기 때문에 다양한 연료를 사용하는 차량의 연비 비교에 널리 사용될 수 있다는 장점이 있다. 또한 향후 전기자동차, 하이브리드자동차, 연료전지자동차의 연비 비교에도 널리 사용될 수 있다. 그러나 국내의 경우 아직 표준 연료에 대한 규정이 없어 정확한 연비 보정계수를 도출하는데 어려움이 따른다. 따라서 조만간 표준 연료에 대한 기준이 마련되어야 할 것이다.
자동차에서 배출되는 CO2 배출량을 줄이기 위해서는 차량의 연비를 개선시키는 방법이 가장 효과적이지만 이를 위해서는 많은 시간과 노력이 들어간다. 좀더 쉬운 방법으로는 저탄소 연료를 사용하는 방법이 있다. 연비를 개선시키는 것만큼의 획기적인 CO2 저감이 가능한 것은 아니지만 현실적으로 매우 유용한 방법이다. 또한 국가 에너지 안보 관점에서 보면 다양한 연료의 사용을 유도하는 측면도 있다. 그러나 현 제도와 같이 연비를 일괄적인 부피 기준 연비(km/L)로 규제한다면 LPG 차량과 같은 저탄소 연료 차량의 보급은 줄어들 것이 확실해 보인다.
LPG 연료의 사용이 50% 감소할 경우의 파급효과를 2009년 연료별 소비 실적과 도입단가를 기준으로 예상해 보았다. 2009년 LPG 소비는 약 48Mbbl로, LPG 소비의 50%가 휘발유로 대체될 경우 약 20Mbbl의 휘발유 소비가 증가하게 된다. 이는 약 675,000ton의 CO2 증가와 316,600k$의 추가 비용을 발생시켜, CO2 배출량이나 국가 경제에 부담을 가중시키는 측면이 있다.
3. 결론
전 세계 자동차 제작사는 연비 및 CO2 배출량 규제에 대응하기 위하여 다양한 방면으로 노력을 기울이고 있다. LPG를 비롯한 다양한 대체에너지 자동차 및 전기자동차와 하이브리드자동차 같은 전기기반자동차의 보급 확대가 예상됨에 따라 CAFE 연비 계산 방식의 변화가 필요한 시점이다. 배기가스 성분 분석을 이용한 연비 측정 방식은 사용 연료의 부피 기준으로 연비를 측정하므로 LPG 연료와 같은 대체연료에게 불리한 측
면이 있어 개선이 요구된다.
국내 연비 측정방식이 미국과 같은 Combined 방식으로 변경되면 사용 연료에 관계없이 약 16% 정도의 연비 상승효과가 자동적으로 발생하지만, 실질적인 의미에서의 에너지 소비 절감과 CO2 배출 저감이 이루어지는 것은 아니다. 실질적인 에너지 소비 절감과 CO2 배출 저감은 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 기술의 개발과 저탄소 연료의 사용에 의해서 가능해진다. 기존의 연비 측정 방식은 연료의 물리화학적 특성을 고려하지 않고 일률적인 방법을 통해 이루어지기 때문에 대체연료 및 전기 기반의 자동차 기술에 그대로 적용하는 것은 적절치 않으며, 따라서 이를 보정하기 위한 논리적인 기준이 마련될 필요가 있다.
연비 보정 방법 중 현재의 연비 및 온실가스 규제 및 절차를 그대로 준수하면서 연료의 특성을 고려한 발열량 등가의 연비 보정 방식이 가장 적절하다고 볼 수 있으며, LPG 차량의 CAFE 연비 계산 시 점화방식이같아 기계적 특징이 비슷한 휘발유 차량과 발열량 등가(123~128%)를 통하여 보정하는 방안이 적절하다. 해외 사례를 검토해 보면, LPG 차량과 같은 대체에너지 차량에 대해서 연비 계산 시 인센티브를 부여(미국 : 인센티브 최대 1.2 MPG)하거나 휘발유와 발열량등가(인도 : 36% 상향 조정, 프로판 기준)로 보정한 사례가 있다.
국가 에너지 소비 절감과 CO2 배출량 저감의 목표를 달성하기 위해서는 수송 분야의 역할이 매우 중요하다. 특히 자동차 부문은 대체연료 자동차와 전기기반 자동차의 보급 확대가 예상되기 때문에 이러한 차량의연비 및 CO2 배출량을 측정 및 상호 비교할 수 있는 기준의 정립이 필수적이다. 가능한 가까운 시일 내에 정부의 명확한 기준 마련 및 시행, 제작사의 기술개발 및 보급, 소비자의 저탄소 연료 사용 확대 및 에너지 소비 절약이 어우러진 진정한 의미의 녹색성장이 추진되길 기대해 본다.
최근 자동차 업계의 가장 큰 이슈는 연비 및 온실가스 배출 규제이다. 유럽, 미국, 일본 등 세계 각국은 연비 및 온실가스 배출 기준을 강화하고 있으며 국내에도 연비 및 온실가스 배출 기준 강화에 대한 방안이 논의 중이다. 정부는 녹색성장을 정책기조로 국가 전체의 에너지 소비 절감과 온실가스 감축을 적극적으로 추진하고 있으며, 특히 산업생산에 영향을 미치지 않는 수송부분의 온실가스 감축을 적극적으로 추진하고 있다.
유럽은 2015년까지 자동차 온실가스(이하 CO2) 배출 기준을 130g/km로 단계적으로 강화하고 있으며, 기준 미달 시 매우 강력한 벌금 누진제를 적용하여 자동차 제작사의 적극적인 참여를 독려하고 있다. 미국은 차량의 연비를 기준으로 2016년까지 39MPG까지 단계적으로 강화하는 법안을 통과시켰으며, 유럽과 마찬가지로 기준 미달 제작사에게는 벌금을 부과하고 있다. 우리나라도 2006년부터 에너지이용합리화법에 근거한 CAFE 제도1)를 운영하고 있다. 작년에 녹색성장위원회에서 발표한 자동차 효율규제방안을 살펴보면 자동차 제작사는 2015년까지 평균연비(17km/L 이상) 또는 평균 CO2 배출량(140g/km) 중 어느한 기준을 선택하여 준수하도록 하고 있으며 2015년까지 단계적으로 기준을 높여갈 예정이다.
현재의 연비 및 온실가스 배출 기준은 휘발유∙경유 차량을 중심으로 그 규제안이 마련되어 있다. 그러나 LPG를 비롯한 다양한 대체연료는 기존의 휘발유∙경유와 그 성질이 매우 다르기 때문에 기존의 기준을 동일하게 적용하기엔 무리가 있다. 특히 국내는 LPG 차량의 보급비율이 매우 높고 차량용 LPG 연료의 사용이 많아 일괄적인 기준을 적용하는 것은 적절치 않으며, 연료의 특성을 고려한 적절한 보정 방안이 필요하다.
2. 본론
먼저 주요 국가의 연비 측정방법을 살펴보면, 미국은 도시 주행 모드(FTP-75 Mode)와 고속도로 주행 모드(HWFET Mode)로 구성되어 있다. FTP-75 Mode는 도심지 주행 상황을 가정한 것으로 차량의 가감속구간이 많고 정지 구간이 다수 존재한다. HWFET Mode는 고속도로 주행 상황을 가정한 것으로 차량의 가감속 구간이 적고 고속의 항속구간이 길게 존재하는 것을 볼 수 있다. 미국의 공인 연비로는 FTP-75 연비와 HWFET 연비를 적정 비율로 적용한 Combined 연비를 사용하고 있으며, 이를 CAFE 계산 시 사용한다.
Combined 연비는 주행모드 시험을 통한 배기가스 성분 분석 결과를 바탕으로 탄소균형법(Carbon Balance Method)을 적용하여 계산(Combined 연비 = FTP-75 연비 × 0.55 + HWFET 연비 × 0.45)하여 구한다. 차량에 부착하는 표시 연비는 실제 주행연비와 비슷하도록 표시해주기 위하여 시내 연비의 경우는 FTP-75 연비에 90%, 고속도로 연비의 경우는 HWFET 연비에 78%의 보정치를 적용하여 표시한다.
녹색성장위원회를 중심으로 자동차연비 측정 방식에 미국의 Combined 연비를 도입하려 하고 있어, 이럴 경우 국내 휘발유 차량의 경우 연비 25% 향상, CO2 배출 16% 감소 효과가 자동적으로 발생하게 된다. LPG 차량의 경우도 마찬가지로 연비 23% 향상, CO2 배출 15% 저감 효과가 자동적으로 발생하게 된다. 또한 LPG 차량의 CO2 배출량은 휘발유 차량에 비해 낮음에도 불구하고 연비는 오히려 불리하게 나타난 것을 볼 수 있다. 이는 연비(km/L)가 연료의 부피를 기준으로 정의됨에 따라 탄소함량이 적은 LPG의 경우 CO2 발생이 적음에도 불구하고 연비는 불리하게 나타나게 된다는 사실을 보여주고 있다.
따라서 국가 에너지 소비 및 온실가스 배출 저감을 달성하면서 차종 및 사용연료 다변화에 유연하게 대응할 수 있는 명확한 규제 방안이 마련되어야 한다. 전기 기반의 자동차 및 대체연료 자동차에 기존의 휘발유∙경유 자동차의 연비 측정 방식을 그대로 적용하는 것은 무리가 있고, 적절한 대안이 마련될 필요가 있으므로 대체연료 차량의 연비 보정 방안을 제안하고자 한다.
대체연료 차량의 연비를 보정하기 위해서 여러 가지 방식이 적용될 수 있지만, 자동차는 연료의 화학적 에너지(발열량)를 이용하기 때문에 발열량을 기준으로 연비를 보정하는 것이 가장 보편 타당하다고 볼 수 있다. 예를 들면 연료의 국제 거래 및 통계 기준도 열량 단위로 이루어지고 있다. 발열량 기준의 연비 보정법은 사용연료의 특성을 고려한 연비 보정계수를 도입하여 휘발유∙경유 등가 연비를 산출하는 방식이다. 이 방
법은 기존의 연비 및 CO2 배출량 측정 방식을 그대로 사용할 수 있으며, 최종 에너지 소비량을 기준으로 연비를 보정하기 때문에 다양한 연료를 사용하는 차량의 연비 비교에 널리 사용될 수 있다는 장점이 있다. 또한 향후 전기자동차, 하이브리드자동차, 연료전지자동차의 연비 비교에도 널리 사용될 수 있다. 그러나 국내의 경우 아직 표준 연료에 대한 규정이 없어 정확한 연비 보정계수를 도출하는데 어려움이 따른다. 따라서 조만간 표준 연료에 대한 기준이 마련되어야 할 것이다.
자동차에서 배출되는 CO2 배출량을 줄이기 위해서는 차량의 연비를 개선시키는 방법이 가장 효과적이지만 이를 위해서는 많은 시간과 노력이 들어간다. 좀더 쉬운 방법으로는 저탄소 연료를 사용하는 방법이 있다. 연비를 개선시키는 것만큼의 획기적인 CO2 저감이 가능한 것은 아니지만 현실적으로 매우 유용한 방법이다. 또한 국가 에너지 안보 관점에서 보면 다양한 연료의 사용을 유도하는 측면도 있다. 그러나 현 제도와 같이 연비를 일괄적인 부피 기준 연비(km/L)로 규제한다면 LPG 차량과 같은 저탄소 연료 차량의 보급은 줄어들 것이 확실해 보인다.
LPG 연료의 사용이 50% 감소할 경우의 파급효과를 2009년 연료별 소비 실적과 도입단가를 기준으로 예상해 보았다. 2009년 LPG 소비는 약 48Mbbl로, LPG 소비의 50%가 휘발유로 대체될 경우 약 20Mbbl의 휘발유 소비가 증가하게 된다. 이는 약 675,000ton의 CO2 증가와 316,600k$의 추가 비용을 발생시켜, CO2 배출량이나 국가 경제에 부담을 가중시키는 측면이 있다.
3. 결론
전 세계 자동차 제작사는 연비 및 CO2 배출량 규제에 대응하기 위하여 다양한 방면으로 노력을 기울이고 있다. LPG를 비롯한 다양한 대체에너지 자동차 및 전기자동차와 하이브리드자동차 같은 전기기반자동차의 보급 확대가 예상됨에 따라 CAFE 연비 계산 방식의 변화가 필요한 시점이다. 배기가스 성분 분석을 이용한 연비 측정 방식은 사용 연료의 부피 기준으로 연비를 측정하므로 LPG 연료와 같은 대체연료에게 불리한 측
면이 있어 개선이 요구된다.
국내 연비 측정방식이 미국과 같은 Combined 방식으로 변경되면 사용 연료에 관계없이 약 16% 정도의 연비 상승효과가 자동적으로 발생하지만, 실질적인 의미에서의 에너지 소비 절감과 CO2 배출 저감이 이루어지는 것은 아니다. 실질적인 에너지 소비 절감과 CO2 배출 저감은 차량의 연비를 향상시킬 수 있는 기술의 개발과 저탄소 연료의 사용에 의해서 가능해진다. 기존의 연비 측정 방식은 연료의 물리화학적 특성을 고려하지 않고 일률적인 방법을 통해 이루어지기 때문에 대체연료 및 전기 기반의 자동차 기술에 그대로 적용하는 것은 적절치 않으며, 따라서 이를 보정하기 위한 논리적인 기준이 마련될 필요가 있다.
연비 보정 방법 중 현재의 연비 및 온실가스 규제 및 절차를 그대로 준수하면서 연료의 특성을 고려한 발열량 등가의 연비 보정 방식이 가장 적절하다고 볼 수 있으며, LPG 차량의 CAFE 연비 계산 시 점화방식이같아 기계적 특징이 비슷한 휘발유 차량과 발열량 등가(123~128%)를 통하여 보정하는 방안이 적절하다. 해외 사례를 검토해 보면, LPG 차량과 같은 대체에너지 차량에 대해서 연비 계산 시 인센티브를 부여(미국 : 인센티브 최대 1.2 MPG)하거나 휘발유와 발열량등가(인도 : 36% 상향 조정, 프로판 기준)로 보정한 사례가 있다.
국가 에너지 소비 절감과 CO2 배출량 저감의 목표를 달성하기 위해서는 수송 분야의 역할이 매우 중요하다. 특히 자동차 부문은 대체연료 자동차와 전기기반 자동차의 보급 확대가 예상되기 때문에 이러한 차량의연비 및 CO2 배출량을 측정 및 상호 비교할 수 있는 기준의 정립이 필수적이다. 가능한 가까운 시일 내에 정부의 명확한 기준 마련 및 시행, 제작사의 기술개발 및 보급, 소비자의 저탄소 연료 사용 확대 및 에너지 소비 절약이 어우러진 진정한 의미의 녹색성장이 추진되길 기대해 본다.
