내연기관차 시대, 돌아오지 않는다
상태바
내연기관차 시대, 돌아오지 않는다
  • 김지석
  • 승인 2021.03.18 12:19
  • 댓글 1
이 기사를 공유합니다

[김지석의 에너지체크] "내연기관차 앞으로도 경쟁력" 주장에 대한 팩트체크

최근 세계 자동차 시장에 변화가 있었다. 예를 들어 영국은 2030년부터 내연기관차 판매를 금지하겠다고 발표했고 미국 캘리포니아주도 2035년에 내연기관차 판매를 금지하겠다고 발표했다. 제너럴 모터스는 2035년부터, 볼보는 2030년부터는 전기차만 판매하겠다고 발표했다. 투자자들도 석유를 태워서 온실가스와 유해 배기가스를 배출하는 내연기관 자동차 업체 대신 전기차 업체에 투자하면서 전기차 업체인 테슬라, 니오 같은 업체들의 시가 총액이 급등했다. 전기차 전문 제조사인 테슬라의 경우 최근 주가가 크게 하락했음에도 불구하고 여전히 세계 최대 자동차 업체인 도요타 대비 3배가 넘는 기업 가치를 유지하고 있다.

 

자동차 기업 시가 총액 순위 – 테슬라가 단연 1위인 가운데 현대 자동차는 14위, 기아자동차는 19위에 랭크 되어 있다. (2021년 3월 2일 기준) 출처: 컴파니마켓캡닷컴
자동차 기업 시가 총액 순위 – 테슬라가 단연 1위인 가운데 현대 자동차는 14위, 기아자동차는 19위에 랭크 되어 있다. (2021년 3월 2일 기준) 출처: 컴파니마켓캡닷컴 
https://companiesmarketcap.com/automakers/largest-automakers-by-market-cap/

 

세계 자동차 시장은 이렇게 바뀌어 가는데 한국에서는 여전히 내연기관차의 역할이 크게 줄어들지 않을 거라는 주장 들린다. 주로 내연기관차 생태계에서 활동하는 사람들을 중심으로 이런 주장이 나오는데 이런 주장은 과연 타당할까? 여러 가지 주장 중에서 대표적인 가지를 한번 검증해 봤다.

 

주장 1. 자동차 환경규제가 LCA(전과정평가) 관점으로 바뀌면서 앞으로 전기차를 지금처럼 무공해 차량으로 우대하지 않을 것이다.

→전과정평가로 계산해도 전기차-재생에너지 조합이 탄소를 월등히 덜 배출한다  

먼저 한마디 하자면 필자는 2000년에 LCA(Life Cycle Assessment; 전과정평가) 논문을 쓰고 석사 학위를 받고 졸업했고 자동차 기업에서 기후변화 대응 관련 업무를 했었다. 한마디로 LCA 자료를 수도 없이 읽어보고 학습했다. 일단 점은 분명히 하고 싶다.

자동차 기술을 비교하는데 있어서 자동차 생산-사용-폐기의 전과정 동안 얼마만큼의 온실가스가 얼마나 나오는지 평가하는 LCA 수십 년간 실행되어 연구이며 그리 새로운 아니다. 내연기관차 판매 금지를 결정한 미국이나 영국의 규제기관들도 당연히 LCA 관점에서 보면 전기차의 온실가스 배출량이 제로가 아니라는 것을 알고 있다. 전기차의 배터리 생산 과정에서 상당한 온실가스가 배출되며 전기를 충전할 사용되는 전력원에 따라 간접적으로 온실가스를 배출하기 때문이다. 하지만 전기차는 석탄 화력발전 비중이 전력 생산의 80%가량을 차지하는 폴란드에서도 승용차나 디젤차 대비 온실가스 배출이 29% 적으며 재생에너지 비중이 높은 스웨덴에서는 무려 79% 적다.

전과정 평가로 산정한 평균적인 휘발유, 디젤차 대비 전기차의 CO2 배출량. 전력생산 방식에 따라 전기차의 CO2 배출량의 차이가 있다. 유럽연합 평균 전기차의 CO2 배출량은 휘발유, 디젤차 대비 63% 적다. 출처: How clean are electric cars? T&E’s analysis of electric car lifecycle CO2 emission
전과정 평가로 산정한 평균적인 휘발유, 디젤차 대비 전기차의 CO2 배출량. 전력생산 방식에 따라 전기차의 CO2 배출량의 차이가 있다. 유럽연합 평균 전기차의 CO2 배출량은 휘발유, 디젤차 대비 63% 적다. 출처: How clean are electric cars? T&E’s analysis of electric car lifecycle CO2 emission
https://www.transportenvironment.org/sites/te/files/T%26E%E2%80%99s%20EV%20life%20cycle%20analysis%20LCA.pdf

 

전기차의 온실가스 배출량은 태양광, 풍력 등의 재생에너지를 림으로써 줄일 있다. 예를 들어 2015년에 판매된 전기차의 연간 온실가스 배출량은 운행되는 국가의 전력망에 태양광풍력으로 만든 전기 공급이 늘어날수록 매년 줄어들게 된다. 유럽의 경우 실제로 1kWh 전기 생산에 따른 온실가스 배출량이 1990 524그램에서 2019년에 275그램대로 대폭 낮아졌다. 충전하는 전기가 깨끗해지면서 같은 거리를 주행할 간접적으로 배출되는 온실가스 배출량도 절반으로 줄어들었고 앞으로도 줄어들게 된다. 유럽연합은 2030년에 전기 1kWh 온실가스 배출량을 97~75그램으로 낮출 계획이다. 이렇게 되면 LCA 기준 내연기관차 1대의 배출량이 전기차 5대의 배출량과 맞먹게 된다.

 

유럽 전력 1KWh 생산당 CO2 배출량 변화 추이 및 전망. 석탄 발전이 줄어들고 태양광-풍력 발전이 늘어나면서 전력 1kWh 당 CO2 배출량은 500g 이상에서 2020년 약 200g 대 중반까지 줄어들었다. 유럽연합은 1kWh 당 CO2 배출량을 100g 까지 줄일 계획이다. 1kWh 당 CO2 배출량이 줄어들수록 내연기관차 대비 전기차의 친환경성은 더욱 개선된다.  출처: Europe Environmental Agency
유럽 전력 1KWh 생산당 CO2 배출량 변화 추이 및 전망. 석탄 발전이 줄어들고 태양광-풍력 발전이 늘어나면서 전력 1kWh 당 CO2 배출량은 500g 이상에서 2020년 약 200g 대 중반까지 줄어들었다. 유럽연합은 1kWh 당 CO2 배출량을 100g 까지 줄일 계획이다. 1kWh 당 CO2 배출량이 줄어들수록 내연기관차 대비 전기차의 친환경성은 더욱 개선된다.  출처: Europe Environmental Agency
https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/daviz/co2-emission-intensity-6#tab-googlechartid_googlechartid_googlechartid_googlechartid_chart_11111

 

결론적으로 LCA 기준으로 규제가 바뀌어서 내연기관차가 힘을 받을 거라는 주장은 전혀 논리적이지 않다. 실제로는 LCA 기준으로 비교한 결과, 전기차와 재생에너지 전력 공급의 조합이 월등히 온실가스 배출이 적다는 확인됐기 때문에 이미 여러 나라에서 내연기관차 퇴출이 결정된 것이다.

 

주장 2. 기술 개선으로 엔진의 효율 향상과 배출가스 저감이 급진전되고 있고 R&D 통해 개선할 있는 여지가 많다.

→내연기관차 연비개선으론 전기차 효율을 따라잡지 못한다

내연기관차는 태생적으로 석유를 태워서 동력을 얻는다. 이론적으로는 연비를 , 높이는 방식으로 온실가스 배출량을 줄이는 가능하다. 문제는 기술적으로 연비를 , 높이는 불가능하다는 것이다.

실상은 내연기관차 연비를 10% 높이는 것도 어려운 것이 현실이다. 하이브리드 기술을 적용하면 상당한 연비 개선을 있다. 그런데 한번 적용해 하이브리드차가 되면 거기가 다시 한계가 된다. 하이브리드 자동차의 대명사인 도요타 프리우스는 1997년에 1세대가 출시된 이후 무려 24 흐르는 동안 연비 개선은 26% 정도에 그쳤다. 매년 1% 정도 개선된 것이다. 이게 내연기관차의 한계다.

 

하이브리드 자동차의 대명사인 도요타 프리우스의 연비는 약 20년 동안 26% 정도 개선되는데 그쳤다. 수소차의 경우 연비환산 기준 현대 넥쏘와 도요타의 2세대 미라이도 프리우스 하이브리드 대비 혁신적인 차이를 보이지는 않는다. 반면 테슬라 모델 3 전기차는 고성능 차임에도 불구하고 에너지효율 141MPGe (Mile per Gallon equivalent) 로 프리우스의 3배, 2세대 미라이 수소차의 두배 수준이다. 출처: 미국 환경청 (https://www.fueleconomy.gov/) 
하이브리드 자동차의 대명사인 도요타 프리우스의 연비는 약 20년 동안 26% 정도 개선되는데 그쳤다. 수소차의 경우 연비환산 기준 현대 넥쏘와 도요타의 2세대 미라이도 프리우스 하이브리드 대비 혁신적인 차이를 보이지는 않는다. 반면 테슬라 모델 3 전기차는 고성능 차임에도 불구하고 에너지효율 141MPGe (Mile per Gallon equivalent) 로 프리우스의 3배, 2세대 미라이 수소차의 두배 수준이다. 출처: 미국 환경청 (https://www.fueleconomy.gov/) 

 

만약 내연기관 자동차의 연비 효율을 폭으로 개선하는 가능하다면 100 넘게 내연기관차를 만들어온 GM, 세계 판매량 1위를 달성한 폭스바겐 그룹, 볼보 등이 전기차 올인하겠는가?

소위뻥연비문제도 있다. 과거에 정한 연비 테스트상으로는 상당한 개선이 있었지만, 실제 주행에서는 개선이 그리 크지 않았다. 그래서 최근 WLTP 이전보다 실제 주행 조건과 가까운 새로운 연비 테스트 방법을 적용한 결과, 많은 내연기관차와 하이브리드 자동차의 공인 연비가 상당히 후퇴하기도 했다.

유해 배출가스는 어떤가? 일단 유해 배출가스에서 내연기관차가 전기차를 능가하는 것은 불가능하다. 전기차의 유해 배출가스 배기량은 그야말로 제로다. 국내 연구진이 전기차가 무거워서 브레이크 패드가 빨리 닳아 분진이 많이 나오고 차가 무거워서 타이어가 빨리 마모되어 분진이 많이 나온다는 보고서를 발표했는데 매우 잘못된 연구다. 전기차는 기본적으로 모터를 이용해 제동을 하기 때문에 브레이크 패드 마모가 매우 적다. 세단과 SUV 비교이기는 하지만 2020년에 국내에서 가장 많이 팔린 테슬라 모델 3 롱레인지 모델의 중량이 1,800킬로그램이고 국내에서 베스트 셀러인 싼타페의 중량이 1,680킬로그램 에서 1,720킬로그램이다. 무게 차이가 별로 없다. 해외에서는 전기차 타이어 마모로 대기오염이 생긴다는 것에 대한 논란은 전혀 없다.

많은 사람들이 생활하고 쉬는 곳에서 기름을 태우는 내연기관 자동차는 필연적으로 대기오염 물질을 배출한다. 최신 연구 결과에 의하면 자동차 매연을 포함한 대기오염으로 조기 사망하는 사람만 매년 70 명에 달한다. 전기차를 충전할 어차피 석탄화력발전을 하기 때문에 공해가 나온다거나 원자력을 사용하기 때문에 방사능 폐기물이 나온다는 주장이 있는데 아무도 전기차와 석탄화력 발전소와 원자력 발전소를 패키지로 팔지 않는다. 그리고 전기차를 보급하며 석탄화력발전소를 짓자고 하거나 원자력 발전소를 짓자고 하는 사람은 없다. 대신 유럽 전기차 보급 확대를 추진하는 곳은 태양광 풍력 보급 확대를 동시에 추진한다. 조합은 유해 배출가스 저감에서 완성판이다.

내연기관의 효율 향상은 상당히 더디게 진행되어 왔으며 전기차를 따라잡거나 뛰어넘는 수준의 개선은 불가능하다. 온실가스 배출 면에서나 유해 배출가스 저감 면에서나. 그래서 GM, 폭스바겐 같은 전통의 내연기관 강자들이 내연기관을 버리고 전기차 올인하고 있다.

 

주장 3. 여러 국가에서 내연기관차 판매 금지 조치가 내려지고 있지만 이것이 내연기관차의 종말을 의미하는 것은 아니다.

→전기차와 가격 역전되는 2023년 전후로 내연기관차 가파른 하향세 예상

세계 자동차 판매량(트럭, 버스 제외) 최근 년간 9,000만대 수준을 유지했는데 6,000만대의 자동차가 내연기관차 퇴출 논의가 활발하게 벌어지고 있는 유럽, 미국, 일본, 중국에서 판매되었다. 결국 4개의 시장에서 내연기관차 신차 판매가 금지되고, 다른 시장에서 자동차 판매가 크게 늘어나지 않는다고 가정하면 내연기관차 판매 규모는 9,000만대에서 3,000만대로 대폭 줄어들게 된다.

내연기관차 판매가 연간 3,000 수준에 머물러도 여전히 규모가 상당하다고 수는 있다. 하지만 연간 9,000만대 규모의 산업이 3,000만대까지 줄어들게 되면 규모의 경제 효과가 줄어들게 된다. 일반적으로 공업생산품은 통상 생산량이 늘어날수록 생산 가격이 낮아지게 되는데 내연기관차 산업 줄어들게 되면 비용이 상승하고 연구 투자도 줄어들게 된다. 반대로 전기차 시장은 판매량이 늘어나면서 산업이 성장하고 규모의 경제로 인해 전기차 생산 가격은 더욱 낮아지고 관련 산업은 성장하는 선순환 효과를 얻게 된다.

물론 선진국에서 전기차만 100% 판매되는 시점에도 상당수의 내연기관차가 도로 위를 주행하고 있을 것이며 이런 차들을 수리하기 위한 부품 수요나 정비 수요는 여전히 상당할 것이다. 따라서 선진국의 내연기관차 신차 판매 금지 조치는 내연기관의 즉각적인 종말을 의미하지는 않는다. 하지만 선진국에서 전면적으로 내연기관차 판매를 금지하는 시점에는 내연기관차 산업이 가파른 하향세를 경험하고 있을 것은 분명하다. 내연기관차의종말 아니라는 표현이건재 의미하는 또한 아니라는 얘기다.

한가지 추가하자면 전기차 산업이 성장하면서 전기차 가격이 꾸준히 하락해 2023년 전후로 내연기관 자동차와 전기차 가격이 역전된다는 점이다. 이렇게 되면 동남 아시아 같은 중진국 시장에서 내연기관차가 전기차 대비 선호될 가능성은 매우 낮다. 선진국은 전기차 100% 가더라도 동남아시아 등에서는 내연기관차가 꾸준히 팔릴 거라는 전망은 전기차 가격이 낮아지는 순간 무너진다.

 

지금은 전기차 전환에 집중해

전기차 시장조사 전문기관인 EV-volumes.com 집계한 통계에 의하면 2020 세계 전기차 판매량은 전년 대비 43% 증가한 320만대였다. EV-volumes.com 2021년에 전기차 150(플러그인 하이브리드 포함) 시장에서 판매될 것이며 판매량은 43% 늘어난 460만대를 기록할 것으로 전망했다.

앞으로 전기차 판매량이 지금과 같은 속도( 43% 증가) 늘어나게 된다면 전기차 판매량은 2025년에 1,910만대, 2030년에 11,442만대가 된다. 다시 말해 지금과 같은 속도로 전기차 시장이 성장한다면 세계 신규 판매 자동차는 모두 전기차가 있다는 계산이 나온다. 전기차 판매 증가율을 30% 정도로 낮춰 계산해도 2025년에 1,310만대, 2030년에 4,870만대로 전체 자동차 판매 시장의 절반을 넘어서게 된다.

이렇게 빠르게 성장하는 전기차 산업은 얼마나 많은 인재를 끌어모으고 얼마나 많은 투자를 유치할 있을까? 반대로 전기차 판매 증가량 만큼 해마다 시장이 축소되는 기존 내연기관차 산업은 얼마나 타격을 입게 될까? 여기에 더해 기후변화 문제가 악화되면서 온실가스 규제가 더욱 강화된다면 내연기관차 판매를 금지하는 국가는 얼마나 빠르게 늘어나게 될까?

이런 요소들을 두루 감안해 보면 자동차 산업이 어느 방향으로 나아가야 할지 답이 나온다. 내연기관차의 시대는 다시 돌아오지 않는다. 지금은 전기차 전환에 집중할 때다.

김지석    contact@newstof.com  최근글보기
그린피스 서울사무소에서 에너지 전문가로 활동중이다. 태양광발전소장이다. 미국 브라운대학교와 예일환경대학원에서 공부했다. 현대자동차 기획실에서 기후변화 대응업무를 담당했고 주한영국대사관에서 기후변화에너지담당과 및 에너지혁신 담당관으로 근무했다.


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 1 (뉴스톱 댓글달기는 회원으로 가입한 분만 가능합니다)
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.
수박와구와구 2021-03-30 03:08:58
와. 항상 이게 궁금했어요. 아무도 의미 있는 대답을 못해주던데. 그냥 막연히 전기차가 친환경 아니냐는 반응에 지쳐가는 와중이었는데. 전과정을 평가하는게 있군요. 너무 잘 읽었습니다.

주요기사