1. CO2 배출량
전기차가 늘어나면 CO2 배출량은 감소할지에 대해서 현실은 그렇게 단순하지 않습니다. Battery Electric Vehicle로 주행할 때 분명히 CO2 배출량은 제로입니다. 하지만 주행을 위해서 필요한 전력을 발전할 때, 현재는 여전히 화력발전에 의존하고 있습니다.
전 세계적으로 2050년 무렵 탄소 중립을 실현시키고자 하는 움직임이 가속되면서 자동차에서 엔진이 없어질 것이라는 의견이 만연해 있습니다. 이것은 탄소 중립을 실현하기 위해서는 배출가스를 배출하지 않는 Battery Electric Vehicle밖에 없다는 단편적인 사고에 기초한 것입니다. 이런 움직임은 Battery Electric Vehicle의 충전으로 인해 발전소에서 발생하는 CO2 배출량을 잊고 있다기보다 의도적으로 무시하고 있는 것처럼 보입니다. 사실은 환경친화를 내세우면서 자국 산업을 보호하기 위한 정책인 것입니다. 실제로는 발전소에서 Battery Electric Vehicle를 충전할 때 CO2가 배출되기 때문에 단순하게 Battery Electric Vehicle는 탄소중립이라고 말할 수는 없습니다. 최근에는 발전소에서 배출되는 CO2 외에 배터리를 제조할 때의 CO2 배출량을 포함한 Life Cycle Assessment 평가에 대한 검토가 시작되고 있습니다. 하지만 이 계산에는 일반적으로 계통전력 전원평가의 CO2 배출계수를 이용하기 때문에 Battery Electric Vehicle의 CO2 배출량이 HEV보다 적게 나온다는 지적도 있습니다.
2. 마지널 전원
Battery Electric Vehicle가 증가하면 CO2 배출량은 점점 출어들 것이라고 생각하는 사람이 많을지도 모르지만, 발전방법에 따라서는 반대로 증가할 수도 있습니다. 현실에 가깝게 평가하려면 발전 방법을 고려한 마지널 전원이라는 개념을 이해해야 합니다.
전기는 사용하는 현재에서는 CO2가 배출되지는 않지만, 전기를 생산하는 발전소에서는 CO2가 배출됩니다. 그 때문에 전기 사용에 따른 CO2 배출량은 일반적으로 발전소에서의 1 kWh 발전당 CO2 배출량 즉, CO2 발전계수를 구하고 전기 사용량을 곱해서 산정합니다. 그러나 발전 방법에 따라 CO2 배출량은 크게 다를 뿐만 아니라, 전기에는 색을 띠지 않기 때문에 조건에 맞춰서 전원평균계수와 마지널 전원계수 두 가지를 사용합니다. 전원평균계수라는 것은 가동하는 모든 전원의 CO2 총배출량을 총발전량으로 나눈 값으로, 단순해서 쉽게 이해할 수 있어서 일반적으로 전기기기의 CO2 배출량을 구할 때 많이 사용합니다. 다만 전력수요가 증감할 때 그 영향을 전원평균계수로 산출하면 화력발전과 원자력발전, 수력발전등 모든 전원이 평균적으로 발전량을 증감시킨다는 계산이 나옵니다. 경제 합리성 차원에서 모든 전원의 발전량을 평균적으로 증감시키는 일은 생각할 수 없으므로, 이것은 명백하게 실제와는 다릅니다. 반면에 마지널 전원은 이해하기가 쉽진 않습니다. 전력수요가 증가할 때는 운전비용이 저렴한 발전설비부터 발전량을 증가시킵니다. 수요가 감소할 때는 운전비용이 높은 발전설비부터 발전량을 낮춥니다. 그 결과 어느 시점에서 수요가 증감하면 그때 운전비용이 가장 높은 발전소가 발전량을 증감해 수요과 공급의 균형을 유지합니다. 그 전원을 마지널 전원이라고 합니다. 그리고 그 발전소에서 발생되는 CO2 배출량을 발전량으로 나눈 값을 마지널 전원계수로 정의하고, 수요변동에 따른 CO2 배출량의 변동량 산출에 사용합니다. 일반적으로 마지널 전원은 연료비가 필요한 화력발전입니다.
가까운 사례로, 전기난로와 석유 팬히터(실내에 배기를 배출하지 않는 방식)의 전원 평균과 마지널 전원의 CO2 배출계수를 사용했을 때의 CO2 배출량에 대해 알아보도록 합니다. 전기난로를 사용하기 위해서 발전소가 배출하는 CO2 배출량과 전기난로를 중지시켰을 경우에 감소하는 발전소에서의 CO2 배출량이 다릅니다. 그 때문에 상태파악과 활동평가를 통해 CO2 배출계수를 구분해서 사용하는 것이 CO2 배출량을 적절하게 평가하는 데 있어서는 필수입니다. 즉 Battery Electric Vehicle과 HEV 외에 다른 Powertrain을 공급할 때의 CO2 배출량 비교 같은 정책을 평가하기 위해서는 전원평균이 아니라 마지널 전원의 배출계수를 사용할 필요가 있다는 사실을 나타내는 것입니다.
3. Battery Electric Vehicle과 HEV의 CO2 배출량비교
2030년 LCA를 통한 CO2 배출량을 비교했을 때, 전원평균의 배출계수로부터 산출한 Battery Electric Vehicle의 CO2 배출량은 고효율 엔진인 HEV의 CO2 배출량은 고효율 엔진의 HEV의 CO2 배출량보다 적습니다. 한편 화력발전의 평균 CO2 배출계수와 석탄화력의 배출계수를 사용해 산출하면 양상은 달라집니다. Battery Electric Vehicle를 보급하는 것보다 고효율 엔진의 HEV를 보급하는 편이 CO2 배출량이 적게 나타납니다. 여기서는 화력발전평균의 CO2 배출계수를 마지널 전원의 배출계수로 했지만, 현재는 화력 가운데서도 운전비용이 비싼 LNG발전이 마지널전원이 되는 경우가 많습니다. 향후 카본 가격이 비싸지면 석탄화력이 마지널 전원이 됩니다. 그럴 경우 Battery Electric Vehicle은 기존 차와 비슷한 수준의 CO2를 배출하게 됩니다. 한편 장기적으로 석탄화력을 폐지하는 정책을 실시하고자 한다면 Battery Electric Vehicle 보급을 억제해 전력 수요를 줄이면 석탄화력 폐지를 빠르게 진행할 수 있습니다. 그 결과 장기적으로 석탄화력이 마지널 전원이 될 가능성이 높습니다. 지금까지 살펴본 바와 같이 단순히 Battery Electric Vehicle를 보급하는 것만으로는 CO2 배출량 저감효과를 기대하기 어렵습니다. 반대로 CO2 배출량이 증가할 가능성조차도 있습니다.
4. 전기자동차를 보급함으로써 CO2 배출량을 줄이려면 어떻게 해야 할까?
전원이 모두 탄소 중립이 되면 Battery Electrci Vehicle도 탄소 중립이 되겠지만, 화력 발전이 남아 있더라고 Battery Electric Vehicle가 탄소 중립이 되는 경우가 있습니다. 잉여전력을 만들 수 있는 시간대에 Battery Electric Vehicle에 충전하면 탄소 중립 주행이 가능합니다. 또 이 시간대에 수소를 제조하면 탄소 중립 수소가 됩니다. 이 수소를 CO2와 합성하면 탄소 중립인 E-Gas나 E-Fuel을 제조할 수 있습니다.
날씨가 좋은 낮 시간 동안에 나오는 잉여전력과 현재 상태에서는 야간에 이루어진다고 보는 Battery Electric Vehicle의 충전수요는 통상적으로 일치하지 않지만, 잉여전력이 발생할 때 충전할 수 있도록 하는 구조가 보급되면, Battery Electric Vehicle가 탄소 중립으로 달릴 수 있습니다. 충전 시간을 유도해 Battery Electric Vehicle의 CO2 배출량을 감소하려는 시도는 Battery Electric Vehicle과 PHEV를 이용하는 스마트 그리드의 실증실험으로 BMW를 중심으로 2017년부터 미국 캘리포니아에서 실시되었습니다. 이 프로그램에서는 낮 시간 동안의 잉여 전력을 어느 시간대에 충전하도록 인센티브를 주고, 가전에서 야간에 충전하지 않고 직장등에서 낮에 충전하도록 유도함으로써 Battery Electric Vehicle 충전에 따른 CO2 배출량의 32%를 줄일 수 있었다고 합니다.
5. 자동차의 탄소 중립 주행을 실현하는 방법
Battery Electric Vehicle, FCEV, HEV 각각이 사용하는 연료의 1차 에너지가 재생 가능 에너지라면 어떤 Powertrain이든 탄소 중립 주행이 가능합니다. 화력발전이 상당수 남아돌 것으로 예산되는 2030년 무렵을 감안하면, Battery Electric Vehicle의 급속한 보급을 억제하고 HEV를 중심으로 보급하는 편이 종합적인 CO2 배출량을 줄일 수 있습니다. 특히 Battery Electric Vehicle의 급속한 보급을 억제해 충전수요 증가 억제분의 석탄화력을 없애 나가는 정채고가 조합하면 HEV 보급을 추진하는 것이 자동차의 CO2 배출량을 줄이는데 효과적일 뿐만 아니라 사회적 비용도 적게 드는 정책입니다. 한편 CO2를 줄이는 Powertrain이라 하더라고 사용자가 받아들여 대량으로 보급되지 않으면 자동차 전체의 CO2 배출량 절감에는 기여할 수 없습니다. 거기서 자동차의 매력과 가격이 중요합니다. 각각의 Powertrain을 적재적소에 잘 배치하면 도요타가 제시한 방법처럼 Powertrain이 공생할 수 있습니다.
급속한 Battery Electric Vehicle보급에는 Battery Electric Vehicle 보조금과 충전설비 등과 같은 인프라 정비에 막대한 투자가 단기간에 필요합니다. Battery Electric Vehicle의 급속한 보급을 늦추고 올바른 CO2 배출량 절감효과와 사회적 비용을 평가한 다음, HEV등과 같은 다른 수단까지 고려해서 종합적으로 CO2 배출량 절감으로 이어지는 Powertrain 보급을 지향할 필요가 있습니다. Battery Electric Vehicle를 늘린다고 해서 단순히 CO2 배출량이 감소하는 것이 아니라, 각각의 자동차 용도에 맞는 Powertrain을 보급하는 것이 CO2 배출량을 줄이는 현명한 길입니다. 이런 정책을 일본뿐만 아니라 2030년에도 석탄 화력 발전소가 상당수 남게 되는 독일 외에, 다수의 나라에서도 적용될 수 있습니다.
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