외부에서 충전해 달리는 ECV(Electrically Chargable Vehicle)의 경우, 운송 부문에서 배출되는 CO2(이산화탄소)는 '주행단계'로만 한정한다면 크게 줄일 수 있습니다. 하지만 문제는 자동차에 충전하기 전 단계에서의 CO2 배출도 줄여야 한다는 점입니다.
일본의 자동차 전부를 Battery Electric Vehicle로 바꾸면
급유한 연료를 이용해 자동차를 사용하는 단계를 Tank to Wheel이라고 합니다. 그 연료를 채굴하고 정제한 다음 급유소까지 운송하는 단계까지 포함할 때는, 탱크가 아니라 Well(유전)이 되면서 Well to Wheel이라고 합니다. 현재 EU나 미국의 일부 주에서는 Tank to Wheel 과정에서의 자동차 배출 이산화탄소를 규제하고 있습니다. Well to Wheel가 아니라 단순히 주행 단계인 Tank to Wheel 규제입니다. 그 때문에 Battery Electric Vehicle은 CO2 배출이 제로여서 Zero Emission Vehicle로 불립니다. 자동차에 충전될 때까지의 단계, 충전이나 송전, 변전 같은 단계에서 발생하는 CO2는 계량되지 않는 것입니다. 그럼 자동차에 충전될 때까지의 단계, Well to Battery(발전 연료의 채굴 수송부터 발전까지), 몇 번의 변전, 송전 같은 과정을 CO2가 얼마나 발생할까. 그것을 알기 위해서 세상에 발표된 '발전수단마다.'의 CO2 발생을 발전수단 비율별로 계산해서 합산하면 됩니다. 하지만 일본에서 발전된 전기 가운데 어느 정도의 양이 자동차에 사용되고 있는지 알 수 있는 Data가 없습니다. 그래서 현재 일본의 도로를 달리는 모든 자동차가 Battery Electric Vehicle로 교체된 단계를 생각해 보았습니다. 결론부터 말하면, 연간 337.8 TWh나 되는 막대한 전력이 추가적으로 필요합니다. 현재도 일본은 전력이 모자라 허덕이고 있는데 영국 한 나라의 연각 사용량에 해당하는 전력량을 더 만들어야 합니다. 이 전도 양의 전력을 화력으로 만들어서 배보다 배꼽이 큰 결과를 초래합니다. 발전부터 자동차의 충전 구까지의 손실을 고려하면 자동차를 모두 ICE(내연기관) 차 또는 Hybrid Electric Vehicle로 가져가는 것이 훨씬 낫습니다. 탄소의 신규 발생이 완전히 중립, 즉 제로. 그런 발전 방법은 없습니다. 발전설비를 만드는 단계에서는 반드시 CO2가 발생합니다. 발전선비에서 신규 CO2 배출을 제로로 하는 방법이라면 존재합니다. 소위 말하는 재생 에너지 발전과 원자력 발전입니다. '원자력 발전은 문제'라는 견해도 있으므로 여기서는 태양광 발전과 풍력발전만으로 Wheel to Battery 단계에서의 CO2 제로화에 대해 생각해 보겠습니다.
태양광이 내리쬐는 시간과 그 강도는 그 나라 지역에 따라서 매우 다릅니다. 마찬가지로 바람이 부는 시간과 그 세기도 다릅니다. 일본은 태양광 발전에서는 별로 좋은 환경은 아닙니다. 미국 서해안이나 오스트레일리아 같은 지역은 태양관 발전에 적합하지만, 적설 한냉지인 데다가 매우 다습하기도 한 일본은 전국 평균 태양광 발전 연간 가동률이 13%에 지나지 않습니다. 바람도 1년 내내 불지 않습니다. 이런 점에서 편서풍이 항상 부는 유럽과 비교해서 불리합니다. 게다가 1년 가운데 약 절반은 태풍이나 폭풍이 불기 때문에 유럽이나 미국에서 사용하는 풍력발전기로는 도저히 견뎌낼 수 없습니다. 이런 상황을 고려해 계산해 보시면 태양광 발전은 222 GWh, 풍력발전은 41.0 GWh, 합쳐서 263.9 GWh의 발전 능력이 필요합니다. 최고 성능 등급의 T풍차는 12 MWh의 발전능력을 갖추지만 날개가 거대해서 기둥 높이만 해도 약 250m나 됩니다. 이런 풍차가 일본 근해에 여기저기에 3,000개나 필요하다는 뜻입니다.
태양광 발전 패널로 따지면 면적을 계산하기 힘들 정도의 양이 필요해서, 일본 각지의 산골이나 유휴경작지까지 동원해 태양광 패널을 설치하지 않으면 안 됩니다. 전국 각지의 숲을 갈아엎고 산을 깎아야 하며, 계곡을 메워야 합니다. 또 하나 까다로운 문제는 태양광과 풍력 같은 경우 언제 발전할 수 있는지에 대한 예측이 어렵다는 점입니다. 태양광은 확실히 야가나에는 안됩니다. 전력은 발전량과 사용량이 거의 비슷하지 않으면 전원 주파수가 바뀌는 등의 문제가 일어나기 때문에 전력 수급의 균형을 맞출 필요가 있습니다. 이 균형 저 정에 중요한 것이 화력발전인데, 탄소 중립이라는 목표하에서는 아직 실용화 직전의 수소 화력밖에 사용하지 못합니다. 태양광과 풍력에서 남은 전력은 축전설비(Battery)에 저작해 둘 필요가 있습니다. 10 GWh, 20 GWh 수준의 전력을 저장할 고정형 축전설비를 건설하려면 상당한 비용이 소요됩니다. 현재 일본의 도로를 달리는 약 7,800만 대의 자동차를 모두 Battery Electric Vehicle로 바꾸기 위해서는 대충 계산해도 약 200개의 원자력 발전이 필요합니다. 일본보다 조금이나마 자연조건이 좋은 유럽과 미국도 재생 에너지 발전만 갖고는 전체 보유 차량에 급속충전하기가 도저히 불가능합니다. Tank to Wheel 이 아니라 Well to Battery로 시각을 바꾸는 순간, 우리는 이런 문제에 직면하게 되는 것입니다.
5분 만에 급속충전을
독일 설문조사에서 급속 충전 시 '참을 수 있는 시간'은 5분이었습니다. 이것을 실현하기 위해서 충전 중에 차량의 2차 전지를 강제로 냉각하는 방법을 각사마다 개발 중입니다. 위 그림은 일본 도메이고속도로로 휴게소 내의 충전설비. '5분 이상은 충전하지 말 것'이라고 한다면 충전 대기는 상당히 해소됩니다. 단, 짧은 시간에 충전되고 급속충전에서도 열화가 적은 타입의 전지가 필요합니다. 일본 같은 경우 대부분, 가두 당 자동차 1대만 보우하는 상황이라, 유럽과 미국처럼 '1대는 Battery Electric Vehicle로 보유'하는 경우는 거의 없을 것으로 보입니다.
Well to Battery
메가 솔라 : 태양광 발전 패널을 한 곳에 대량으로 설치해 큰 전력을 얻는 설비, 메가와트급 발전량 설비를 메가 솔라라로 합니다. 국립환경연구소 조사에 따르면 산림이나 밭, 호수에 설치하는 사례가 많아서 '어떤 식으로든 규제가 필요'하다고 의견을 제시하였습니다. 1kW당 설치비용은 약 600만 원입니다.
빌딩 벽면 발전 : 빌딩 벽면으로 쏟아지는 태양광을 외벽 또는 실내에 설치한 발전 패널로 받아서 발전하는 설비. 이미 도입이 시작되고 있습니다 옥상은 정원으로 만들고 벽면을 발전에 사용하는 방법은 당분간 트렌드가 될 것 같습니다.
주택용 태양광 발전 패널 : 변환효율을 약 20%. 지역에 따라 일조시간이 다르기 때문에 설비가동률도 지역마다 차이가 납니다. 가정에서 쓰다 남은 전력을 지역 전력회사가 사주기도 하지만, 전력수습 균현이 유지되고 있을 때는 당연히 잉여전력이라 하더라고 전력회사에서 매입하지 않습니다.
해상풍력발전 : 유럽에서는 육상풍력이 여러 소송 문제로 인해 설치가 어려워지면서 해상으로 진출했습니다. 일본은 태풍이 지나가는 길목이라 2019년에 국제 전기전자 표준위원회가 신설할 클래스 기준에 적합한 풍차가 아니면 설치가 어렵습니다. 게다가 1 기당 설치비용이 비쌉니다.
지열발전 : 화산의 나라인 일본은 지열 자원이 풍부한 편이지만 대부분이 온천 관광지로만 이용할 뿐 발전 에너지로서는 정치적인 냉대를 받아 왔습니다. 원래 일본이 활용해야 할 에너지원인데도 말입니다
댓글