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글로벌오토뉴스 채영석 국장은 30년 동안 자동차 전문기자로 활동해 왔으며 인터내셔널 엔진 오브 더 이어, 월드 카 오브 더 이어의 심사위원이다. 골드만 삭스 등 투자은행들과 다른 시각으로 산업 분석을 해 오고 있다. 지금까지 3,000종 이상의 차를 타고 시승기를 쓰고 있으며 세계적인 모터쇼와 기술세미나 등에 참석해 글로벌 차원의 트렌드 분석에 힘을 쏟고 있다. 2013년 골드만 삭스가 유가 200달러 시대를 이야기했을 때 역으로 유가 폭락 가능성이 있다는 칼럼을 쓰기도 했다.

134. 탄소중립 위한 LCA규제, 자동차업체의 존폐를 좌우할 수 있다.

페이지 정보

글 : 채영석(charleychae@global-autonews.com)
승인 2021-02-01 11:24:53

본문

2021년의 가장 중요한 화두는 탄소 중립이다. 탈탄소화, CO2프리, CO2 중립 등 다양한 표현을 하고 있는데 궁극적으로는 2050년 기준 지구의 기온 상승을 1.5도 이하로 낮추는 것을 목표로 온실가스를 줄여야 한다는 것을 의미한다. 코로나19로 지구촌이 휘청이는 상황에서 배운 것은 우리가 그동안 경제발전이라는 명목 하에 파괴해 온 인류의 삶터가 더 이상 안전한 곳이 아니라는 점이다. 그래서 코로나19 이후 세계의 흐름은 경제 회복도 기후 위기를 극복하는 방안을 중심으로 추진되고 있다. 자동차업계에서는 폭스바겐이 선행하고 GM이 바이든 정권 출범과 더불어 탄소를 배출하지 않는 제로 에미션 차량으로 전면 이행을 목표로 설정하는 등 CO2프리를 향한 행보에 속도가 붙고 있다. 하지만 현실은 그렇게 녹록치 않다. LCA (Life Cycle Assessment) 규제 시행 움직임을 배경으로 전동화의 흐름과 에너지 전환에 관해 짚어 본다.


글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)

지금까지 자동차 배기가스 규제는 CAFÉ(Corporate Average Fuel Economy, 기업평균연비)로 이루어져왔다. 다시 말해 자동차의 주행 과정에서의 연비와 배기가스를 규제해 온 것이다. 그것도 실험실의 다이나모 위에서 정해진 패턴으로 산출해낸 것이라서 실제 주행 상황에서의 연비와 배출가스와는 거리가 있었다.

그런 문제점을 극적으로 보여 준 것이 2015년 폭스바겐 디젤 스캔들이었다. 그래서 RDE(Real Driving Emission) 개념이 등장했고 2017년부터는 WLTP(국제표준시험방식, Worldwide Harmonized Light Vehicle Test Procedure)가 도입됐다. 유럽은 NEDC 기준으로 2021년까지 이산화탄소 배출량을 95g/km로 낮추도록 하고 있고 2030년까지는 그보다 훨씬 엄격한 WLTP기준으로 2021년 대비 37.5%로 낮추어야 한다. 수치상으로 따지면 59g/km으로 아주 엄격한 규제다.

이 CAFE규제만 시행하면 배터리 전기차가 절대적으로 우위에 있다. 하지만 아무리 엄격해도 그것은 자동차를 운행하는 과정에서의 배출가스를 규제하는 데 지나지 않는다.

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오늘날은 그 자동차가 운행하는데 필요한 연료인 1차 에너지의 생산과정부터 발전, 저장, 그리고 사용 후의 폐기과정까지 모든 경로에서의 탄소 발자국을 계산해야 한다는 쪽의 의견이 모아지고 있다. 물론 거기에는 자동차와 부품을 생산하는 공장의 탄소 중립도 포함된다. 그것을 LCA(Life Cycle Assessment), 또는 WTW(Well to wheel), TCO(Total Cost of Ownership)이라고도 한다.

LCA개념이 본격적으로 부상한 것은 2019년 3월 유럽의회(EP)와 유럽위원회(EC)가 자동차의 생산과 에너지 생산, 주행, 폐기, 재이용 등의 CO2배출량의 총합을 평가하는 LCA에 관해 검토할 것을 당국에 요청하면서부터다. 이와 관련 2023년까지 결론을 낼 예정이고 2025년 이후가 될 것으로 보이는 유로7 에서부터 LCA에서 CO2배출량을 평가할 가능성이 있다. 일본의 경우도 2030년 시행을 염두에 두고 대응을 마련해야 한다는 목소리가 강해지고 있다. 

자동차 평가 단체 유로 NCAP이 운영하는 자동차 환경평가 단체인 그린 NCAP은 CO2 배출량 규제 로드맵을 통해 2030 년 이후 LCA 규제를 시행할 것을 요구하고 있다.

이로 인해 파워트레인을 개발해야 하는 자동차회사의 입장은 더욱 복잡해 지고 있다. 코로나19를 계기로 유럽에서는 배터리 전기차의 판매가 급증하고 있고 중국에서는 국가적인 차원에서 배터리 전기차와 수소 연료전지차의 보급을 장려하고 있다. 미국은 바이든 정권이 들어서면서 65만대의 관공서 차량을 배터리 전기차로 교체한다는 뉴스에서도 알 수 있듯이 빠른 속도로 배터리 전기차 시대로 가고 있다.

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폭스바겐과 GM은 아예 전기차회사를 표방한다고 해도 과언이 아닐 정도로 대대적인 투자를 하고 있다. 폭스바겐의 배터리 전기차 판매대수는 2020년 9월부터 유럽시장에서 테슬라를 앞서고 있을 정도로 행보도 거침없다.

하지만 그럼에도 2020년 전 세계 전기차 판매매수는 플러그인 하이브리드 전기차를 포함해서 312만 7,000대에 불과하다. 시장 점유율로는 4%가량에 머물고 있다. 하지만 추세적으로는 2020년을 기점으로 큰 폭의 상승세를 보이고 있는 것은 분명하다.

문제는 이처럼 배터리 전기차의 판매가 급증하면서 배기가스에 대한 시각이 다른 차원에서의 접근을 요구하고 있고 더 빨리 구체화되고 있다는 점이다.

배터리 전기차는 발전시, 배터리 생산시 등의 이산화탄소 배출량이 많다. 나라와 지역에 따라 다르지만 현 시점에서 배터리 전기차의 CO2배출량은 하이브리드 전기차보다 많은 경우가 많다. 마쓰다는 시뮬레이션에서 총 주행거리 8만km~10만 km 정도가 되야 LCA차원에서 배터리 전기차가 디젤엔진을 탑재한 차보다 이산화탄소 배출량이 적은 것으로 나타났다고 밝히기도 했다. 

미국 골드만삭스의 2019 년 12 월 보고서에 따르면 배터리 전기차 생산시 CO2 배출량은 가솔린 차의 2 배이다. 그 원인은 주로 배 제조에 기인한다. 그 과정을 보면, 희토류를 중심으로 한 전극 재료의 생산에서 약 40 %, 셀 제조/알루미늄 제련에서 각 20 % 정도를 차지한다. 양극/음극 재료의 활물질의 제조 공정에서 1000 ℃ 이상의 소성 공정이 있는 것이 원인이다.


국가별 입장 다르지만 목표는 정해졌다
이런 점 때문에 유럽 메이커들은 LCA 규제 강화에 대비하기 시작했다. 유럽이 WLTP에 근거한 아주 엄격한 유로7의 초안을 마련하면서 LCA를 검토하기 시작한 것은 온난화 대책의 국제적 협약인 파리협정을 중시하기 때문이다. 온난화 가스인 CO2 배출량은 LCA차원에서 계산하지 않으면 실질적으로 줄지 않는다. 때문에 배터리 전기차의 비중을 늘리면서 하이브리드 전기차와 플러그인 하이브리드 전기차 등 내연기관을 사용하는 전동화차와 비용 면에서의 경쟁을 추구하면서 발전시킨다는 전략이다. 그리고 나서 LCA규제를 도입해 배터리 전기차를 진정한 에코카로 포지셔닝한다는 2단계 구상을 하고 있는 것이다.

예를 들면 폭스바겐은 2019년 5월, 파워트레인 국제회의 제40회 빈모터 심포지움에서 발전시와 배터리 생산시 등 전체적인 측면에서 배터리 전기차의 CO2 배출량을 대폭 낮추는 구상을 발표했다. 물론 거기에는 생산 공장 자체의 탄소중립도 포함된다. 그룹 내 아우디의 벨기에 브뤼셀 공장과 폴란드 기요르 공장은 2018년 탄소중립을 달성했고 나머지 세 개 공장도 2025년 달성을 목표로 하고 있다. 뿐만 아니라 배터리 셀을 비롯한 모든 부품업체들의 탄소중립도 추진하고 있다. 메르세데스 벤츠의 팩토리56와 GM의 팩토리 제로도 이런 움직임의 일환이다.

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이에 대해 토요타의 아키오 도요타 사장은 최근 배터리 전기차의 가격이 보급에 걸림돌이라며 중소형차 위주의 저가형 전동화차, 즉 하이브리드 전기차와 플러그인 하이브리드 전기차의 필요성에 대해 역설했다. 무엇보다 가솔린 엔진의 최고 열효율을 50%이상으로 높여 배출가스를 거의 제로 수준으로 낮추면 2030년 이래 하이브리드 전기차가 진정한 대안이 될 수 있다는 생각을 피력하고 있다. 물론 2인승 소형 배터리 전기차를 출시한 것에서도 알 수 있듯이 배터리 전기차가 없이는 CAFÉ든 LCA규제든 충족할 수가 없다는 인식은 다르지 않다.

여기에는 내연기관의 열효율 증대라는 전제가 깔려 있다. 이는 전 세계 자동차업체들의 공통된 자세다. 열효율을 60%까지 끌어 올리는 것과 더불어 수소를 사용하는 내연기관 엔진을 개발하고 있는 것도 같은 맥락이다. 수소 연료전지는 100%에 가까운 고순도의 수소를 사용하는데 비해 저순도의 수소 엔진은 저순도로 가능하고 디젤 엔진을 개발하고 생산하는 인력과 설비를 활용할 수 있다는 현실적인 문제도 감안한 것이다.

중국은 당초 신에너지차 개발계획에 포함하지 않았던 하이브리드 전기차를 2020년 계획에서는 배터리 전기차 50%, 하이브리드 전기차 50%라는 목표치를 설정했다. 그것은 중국의 발전원별 전력 생산에서 화석연료가 70% 이상에 달한다는 현실이 작용한 것이라고 해석할 수 있다. 화석연료로 생산한 전력을 사용해 운행하는 배터리 전기차는 이산화탄소 배출량 저감에 오히려 해가 된다는 것을 인정한 결과라는 얘기이다. 때문에 당장에 하이브리드 전기차를 신에너지차에 포함시키지는 않았지만 하이브리드 전기차에 대한 혜택을 검토한 것도 그런 중국의 현실과 관계가 있다.

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2015년 기준으로 전 세계 발전원별 발전량에서 석탄이 40%였다. 그것이 2018년에는 38%로 줄었지만 석유 3%, 가스 23.2%까지 합하면 여전히 화석연료의 비율이 54.2%에 달한다. 한국도 40%의 전력을 석탄으로 생산하고 있다. 미국과 중국, 일본은 화석연료 발전비율이 모두 70%를 넘는다. 그에 비해 유럽은 재생에너지 비중이 높고 지금도 빠른 속도로 전환하고 있다. 기후 씽크탱크 엠버(Ember)는 지난 1월 25일, EU가 지난해 소비한 전력 중 재생에너지가 38%로, 37%를 공급한 화석 연료를 추월했다는 내용의 보고서를 발표했다. 그럼에도 2018년 기준 전 세계 재생에너지로 생산한 전력의 비율은 9.3%로 아직은 많은 시간을 필요로 한다.

노르웨이처럼 수력발전이 98%에 달하는 국가에서 사용되는 배터리 전기차는 무공해차의 범주로 분류할 수 있지만 전력생산의 70%를 화석연료에 의존하는 미국과 중국, 일본, 한국의 배터리 전기차는 오히려 환경을 파괴하는 것이다. 다시 말해 LCA규제의 대응에는 전동화차 못지 않게 재생에너지로의 전환이 필수라는 얘기이다.

결국은 당장에는 내연기관의 효율성을 극대화하고 그를 바탕으로 하는 전동화, 즉 하이브리드와 48볼트 마일드 하이브리드, 플러그인 하이브리드도 동시에 충분히 활용해야 한다는 것이다. 그 이야기는 각국 정부가 추진하는 내연기관 금지정책에 따라 2030년대 중반 이후에는 특수한 경우를 제외하고는 내연기관만으로 구동하는 차는 없어질 것이지만 내연기관 자체가 사라지는 것은 아니라는 얘기이다.


전례없는 변화, 막대한 투자 및 명확한 초점이 필요하다
다만 앞서 언급했듯이 2030년에는 그것을 국제기준인 WLTP 모드로 환산해 2021년 대비 37.5%로 낮추어야 한다. 수치상으로 따지면 59g/km으로 아주 엄격한 규제다.

이 단계까지 목표 달성을 위해서는 배터리 전기차와 수소 연료전지 전기차의 공급도 더 늘려야 한다. 물론 이를 위해서는 화석연료 경제에서 재생에너지 경제로의 대 전환 등 선행되어야 할 과제가 많다.   

기존 내연기관 차량들을 전동화차로 전환하는 것도 해결해야 할 과제다. 유럽자동차공업협회(ACEA)는 현재 유럽연합에는 620 만대의 중형 또는 대형 상용차가 등록되어 있으며 평균 운행 연수는 13 년이라고 한다. 전체 트럭의 97.8 %가 디젤 엔진을 탑재하고 있으며, 배터리 전기 트럭은 불과 2,300대로 전체 차량의 0.04 %에 불과했다. 

트럭 제조 업체들이 유럽의 2030 년 대형 차용 CO 2 배출량 감축 목표인 '2019 년 대비 30 % 감소'를 달성하려면 약 20 만대의 전기 트럭을 가동시킬 필요가 있다고 추정했다. 이를 위해 향후 10 년간 전기 트럭의 보급 대수를 현재의 100 배까지 늘려야 한다고 분석했다. 그러나 유럽위원회 (EC)가 최근 발표 한 모빌리티 전략은 2030 년까지 불과 8 만대의 전기 트럭을 도입한다는 목표를 설정하고 있다. 이 정도로는 CO 2 배출량 목표까지 줄일 수 없다고 ACEA는 주장한다. 이는 유럽만의 문제가 아니다.

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또한 재생 에너지로의 전환도 좀 더 적극적인 자세로 추진해야 한다. 그를 위해 날씨 변동에 따라 전력을 안정적으로 공급하기 위해서는 축전기술이 필요하다. 또한 사용 후 배터리 재 사용 및 전고체 배터리의 개발, 배터리를 이동하는 축전지로 보는 이용 방법도 확대되어야 한다. 다시 말해 전동화와 재생 에너지로의 전환이 동시에 추구되어야 한다는 것이다.

오늘날 고효율의 내연기관을 개발하는 것도 결국은 전동화를 전제로 한 것이다. 하이브리드 전기차도 결국은 외부의 힘을 빌어 내연기관 자동차의 효율을 높이는 것이라는 점을 감안하면 앞으로 상당 기간 동안 내연기관은 파워트레인의 중심으로 존재감을 잃지 않을 것으로 보인다. 다만 5리터와 6리터 등 대 배기량들은 거의 사라졌고 지금은 4리터 엔진도 점차 그 자리를 내 저 배기량 엔진에 밀려나고 있다. 크게는 2리터와 3리터로 수렴되어가고 있다. 기술 발전으로 인해 이것만으로도 충분한 파워를 발휘할 수 있고 배기가스 저감도 이루어 내고 있다.

내연기관 엔진의 존재감이 여전한 배경에는 이산화탄소 배출량 외에도 배터리 전기차의 가장 중요한 요소인 배터리 셀의 가격이 좀처럼 내려가지 않고 있고 배터리 셀에 사용되는 원자재 문제 등의 해결이 만만치 않다는 것도 있다. 2020년 말부터 반도체 부족으로 생산에 차질이 빚어지고 있는데 배터리 전기차는 이미 2020년 초 배터리 셀 부족으로 생산 조정이 있었다. 앞으로는 더 심각해질 것으로 보인다. 진정한 의미의 탄소중립을 위해 LCA규제를 시행해야 한다는 목소리가 커지고 있기 때문이다. 그리고 그 과정에서 기준을 충족하지 못하는 업체는 설 자리를 잃게 될 수도 있다. GM이 지난 주 2040 탄소중립을 선언한 이유다.

그레타 툰베리의 말처럼 지금은 희망을 얘기할 때가 아니다. 행동에 옮겨야 할 때다.

유럽자동차제조사협회 상용차 이사회의장 마틴 다음의 말이 지금의 상황을 잘 보여 주고 있다.

“도로화물 운송의 탈 탄소화를 추진하려면 전례없는 변화, 막대한 투자 및 명확한 초점이 필요하다. (Driving the decarbonisation of road freight transport requires an unprecedented transformation, massive investments and a clear focus. )“​

 

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