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147. 파워트레인의 미래 45. 재생에너지로의 전환, 빛의 속도로 빨라지고 있다

글로벌오토뉴스
2021.06.17. 09:34:27
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배터리 전기차의 붐이 본격화되고 있다. 전통적인 미디어나 뉴 미디어 등에 등장하는 뉴스에 비하면 아직은 판매대수가 많지 않지만 이제는 돌이킬 수 없는 상황이 됐다. 이제는 그 실행을 위해 구체적인 안들이 도출되고 실행되어야 한다. 무엇보다 중요한 것은 에너지 대전환이다. 탈탄소화가 선행되어야 한다는 것이다. 화석연료에서 벗어나지 않은 상태에서의 전동화는 의미가 없다. 더불어 이산화탄소 배출량에 대한 정확한 데이터도 파악할 수 있어야 실질적인 넷 제로, 즉 탄소중립에 도달할 수 있다. 이번에는 이런 주제를 중심으로 최근 속도가 빨라지고 있는 자동차업체들의 재생에너지 전환에 관한 흐름에 대해 살펴 본다.

글 / 채영석 (글로벌오토뉴스 국장)


지난 4월, 화석연료인 석유로 융성한 나라 미국이 화석 연료 기업에 보조금을 폐지하는 대신 청정 에너지에 대한 세금 우대를 도입할 계획을 밝혔다는 점은 현 시대의 상황을 잘 반영하고 있다. 미 재무부는 화석 연료 산업에 보조금을 폐지하면 향후 10년간 350억 달러 이상의 세수가 증가한다고 전망하고 있다. 주요 세금 공제 가운데 하나인 시추 비용 공제는 새로운 유정을 시추할 때의 비용 대부분을 공제받아 왔다. 이 공제를 폐지하면 향후 10년 세수가 130억 달러 늘어날 것이라고 한다.


또한, 풍력과 태양광 등 청정 에너지 생산과 에너지 저장 기술에 대한 세금 공제 및 투자 세금 공제를 10년 연장하고, 청정 에너지의 보급을 촉진한다는 방침이. 유해 물질로 오염된 지역의 정화 비용을 오염원에 물리는 세금 제도를 부활시켜 화석 연료의 생산에 따른 피해에 대응한다는 계획도 눈길을 끈다.


다만 최종적으로 결정되기까지는 진통이 예상된다. 화석 연료 기업에 대한 세금 공제 폐지는 에너지 산업의 지지를 기반으로 성장한 공화당 측의 반대로 이어질 가능성이 높다. 또한 미국석유협회(API)는 바이든 대통령의 인프라 계획 발표에 대해 "특정 산업에 대해 새롭게 과세하는 것은 국가의 경제 회복을 방해할 뿐"이라고 반박하고 있다.




미 행정부가 전기차로의 전환을 위한 정책의 일환으로 광물 자원 재사용을 위한 전기차용 배터리 재활용 관련 정책을 강화한다는 것도 중요한 이슈다. 기후 변화에의 대응은 물론이고 중국과의 경쟁에서 우위를 점하기 위한 정책으로, 배터리 소재의 공급망을 전반적으로 검토할 예정이다. EV 배터리 뿐만 아니라 가전 제품에 사용되는 배터리의 재활용도 포함된다. 전고체 배터리의 개발도 모색하고 있다.


미국 민주당은 2030년까지 미국 내에서 생산되는 자동차의 절반 이상을 배터리 전기차가 차지하고, 2040년까지 주행하는 모든 자동차를 배터리 전기차화 하는 적극적인 기후 변화 대응 방안을 추진 중이다. 미국 내에서의 배터리 재활용을 촉진하기 위해 정부가 취할 수 있는 수단은 프로젝트 진행과 연구개발에 대한 직접투자 외에도 국회가 승인한 예산 편성이 있다.


GM은 이런 흐름에 앞서 이미 2020년 초 총 600 MW의 태양 에너지를 생산하는 두 개의 재생 가능 프로젝트를 발표했다. GM은 재생 에너지를 사용하여 전력 구매 계약, 관세 및 현장 재생 에너지 프로젝트를 결합하여 전력을 공급하는 데 있어 많은 진전을 이루고 있다. 같은 해 9월에는 180MWh 태양광 프로젝트에 대한 새로운 전력 구매 계약을 발표했다. 이는 미국의 1 년 동안 약 4만 7,882 개 가구의 전기 사용량에 해당하는 금액이다. 미국에서 100 % 재생 가능 에너지 목표를 달성하기 위해 노력함에 따라 GM이 운영하는 지역 사회 근처의 배출량을 줄이는 데 도움이 되는 시장 솔루션에 집중하는 전략을 구축한다는 방침이다.

유럽도 2026년 이후 제로배출 차량 이외의 자동차를 지속가능한 투자 대상에서 제외하기로 했다. 지난 4월 환경적 지속가능성의 관점에서 합리적인 경제활동을 분류하는 EU 텍소노미(Texonomy)규칙을 근간으로 한 규칙에서 CO2배출량을 2025년까지 50%, 2026년 이후는 제로로 하고 있다. 이것은 내연기관차를 이용한 하이브리드와 플러그인 하이브리드도 투자 대상에서 제외된다는 것을 의미한다.


자동차업체들은 이런 흐름을 선도하고 있다. 폭스바겐 그룹은 지난 3월, 2020 년에 재생 가능 자원을 통한 전기 구매 비율은 1 년 이내에 EU 생산 현장에서 80 %에서 95 %로 증가했다고 밝혔다. 중국 이외의 다른 글로벌 공장에서도 마찬가지로 76 %에서 91 %로 크게 증가했다고 한다. 폭스바겐은 2023 년까지 모든 EU 사업장에, 2030년에는 중국 이외의 모든 사업장에 재생 가능 자원으로부터 100 % 전기를 공급할 예정이다.


전체적으로 EU 내 8 개 생산 현장과 EU 이외의 2 개 현장이 2020 년에 재생 가능 에너지로부터 전기를 공급하는 외부 공급으로 완전히 전환됐다. 관련 공장은 독일, 폴란드, 체코, 포르투갈, 오스트리아, 멕시코, 미국 등 7 개국에 있다.




2020 년에 폭스바겐 그룹의 전 세계 생산 에너지 소비량의 46 %가 재생 가능 전기로 충당됐다. 폭스바겐은 또한 자체 발전을 전환하는데 특별한 관심을 기울이고 있다. 예를 들어 볼프스부르크 생산 현장에 있는 두 개의 석탄 화력 발전소는 2022 년까지 완전히 천연 가스로 전환된다. 2023 년부터는 CO2 배출량을 60 %까지 줄일 수 있다.


BMW는 독일 라이프치히 공장에서 2014년부터 녹색 에너지를 생산 해온 네 개의 풍력 터빈이 2019 년에만 풍력으로 총 26.4 GWh의 전기를 생산했다. 이는 1 년 동안 3인이 거주하는 5,000 가구에 전력을 공급하기에 충분한 양이다.

풍력 터빈은 BMW 그룹 라이프치히 공장에서 사용되는 모든 전기의 약 1/5을 제공하고 있다. 또한 라이프치히의 현장에 있는 BMW 배터리 팜에 에너지를 공급한다. 라이프치히 공장의 생산은 2018 년부터 탄소 중립 에너지로만 전력을 공급 받았다.


아우디는 파트너들과 협력하여 2025 년까지 다양한 유럽 국가에 새로운 풍력 및 태양광 발전소를 건설하는 것이며, 함께 약 5TWh의 추가 녹색 전력을 생산할 것으로 예상된다고 밝혔다. 이것은 약 250 개의 새로운 풍력 터빈의 설치 용량에 해당한다. 목표는 전기 자동차의 비율이 증가함에 따라 협력 파트너가 재생 가능한 자원에서 생성하는 전기의 비율을 높이는 것이다.​


이 외에도 콘티넨탈은 중국 장자강 공장에서 태양광발전 프로젝트를 시작했으며 칠레 공장은 2019년 10월에 미미 100% 재생에너지로 전력을 조달하고 있다. 보쉬도 력과 태양광 등의 재생 가능한 에너지의 사용 확대를 위해 RWE, 슈타트크라프트(Statkraft), 바텐폴(Vattenfall) 등 세 개 업체와 장기 구매 계약을 체결했다. 또한 보쉬는 수력 및 바이오 매스를 통한 발전 프로젝트를 운영하고 있다. 수소의 열 및 전기와 같은 새로운 접근 방식도 에너지 공급의 일부이다.




지멘스 에너지와 지멘스 가메사(Gamesa)가 지난 2월 탈 탄소화를 위한 앞으로 10 년의 주요 과제 중 하나를 해결하기 위해 현재 진행 중인 풍력과 수소 개발을 결합하는데 힘을 모으고 있다고 발표한 것도 주목을 끈다. 지멘스는 녹색 수소를 직접 생산하기 위해 단일 동기화 시스템으로 전해질기를 해상 풍력 터빈에 완전히 통합하는 혁신적인 솔루션에 기여하고 있다고 한다. 2025/2026년까지 솔루션의 본격적인 역외 데모를 제공할 계획이다.


궁극적으로 완전히 통합된 해상 풍력-수소 솔루션은 해상 풍력 터빈 타워 기술로 녹색 수소를 생성해 해상 수소를 생산한다는 것이다. 이 솔루션은 수소 비용을 낮추고 점점 더 나은 풍력 현장을 열어줄 것으로 전망하고 있다. 지멘스는 대규모의 비용 효율적인 수소 생산을 실현하기 위한 테스트 베드 역할을 할 것이며 재생 에너지에서 수소를 생산하기 위한 시스템에서 풍력 터빈의 신뢰할 수 있고 효과적인 구현의 타당성을 입증한다는 계획이다.

이는 독일 연방 교육부의 "독일 수소 공화국"에 의해 지원되는 프로젝트인 H2Mare 이니셔티브의 일부이다. 지멘스 에너지의 컨소시엄을 이끄는 H2mare 이니셔티브는 산업, 기관 및 학계의 30 개 이상의 파트너가 기여하는 여러 하위 프로젝트로 구성된 모듈형 프로젝트다. 지멘스 에너지와 지멘스 게임사는 별도의 모듈형 빌딩 블록에서 자체 개발을 통해 H2Mare 이니셔티브에 기여하게 된다.

현재 매년 8,000만 톤의 수소가 생산되고 있으며, 2030년까지 생산량이 약 2,000만톤 증가할 것으로 예상된다. 그 수소의 1%만 현재 녹색 에너지원에서 생성된다. 대부분은 천연 가스와 석탄에서 얻어지며, 연간 8억 3,000만 톤의 CO2를 방출하며, 이는 독일 전체 국가 또는 글로벌 해운 산업보다 더 많은 수치이다. 이 현재의 오염 소비를 대체하려면 820GW의 풍력 발생 용량이 필요하며, 현재 전 세계적으로 설치된 풍력 용량보다 26% 더 많은 용량을 필요로 한다. 연구결과에 따르면 2050년까지 생산량이 약 5억 톤으로 증가해 녹색 수소로 크게 전환될 것으로 보인다. 예상 성장은 수요를 충족하기 위해 2050년까지 1,000GW에서 4,000GW 사이의 재생 가능 용량이 필요하며, 이는 풍력 발전의 엄청난 잠재력을 의미한다.


일본도 토요타자동차와 닛산, 혼다, 마쓰다, 스바루, 미쓰비시 등 자동차 6사의 2021년 연구 개발비가 전년 대비 7 % 증가한 총 2 조 8,870 억엔에 달하는데 주로 탄소중립을 위한 탈 엔진 기술, 배터리 전기차의 개발 및 연료전지 전기차 개발을 위한 것이다.






가장 많이 투자하는 것은 토요타와 혼다다. 토요타는 6 % 증가한 1 조 1,600 억엔을 투자해 2030 년 BEV 나 FCEV 200 만대 판매 목표를 설정하고 있다. 토요타는 환경챌린지 2050을 기반으로 환경 부담을 제로로 한다는 목표 아래 파트너들과 공동으로 토요타 클린 에너지회사를 설립했다.


토요타자동차는 2020년 5월 벨기에 브뤼셀 본사에 풍력 터빈과 태양 전지 패널을 설치하고 재생 가능 전력을 생산하기 시작했다. 풍력 터빈의 총 용량은 10kW로 연간 최대 24MWh의 전력을 생산할 수 있다. 토요타의 재생가능 전력의 공급량은 최대 460kWh의 전력을 생산할 수 있는 1400매의 태양광 발전 패널을 설치함으로써 더욱 강화된다. 이 태양전지는 연간 360MWh의 전력을 생산할 것으로 예상하고 있다. 풍력터빈과 합하면 연간 최대 384MWh의 전력을 생산할 수 있게 된다.

토요타 모터 유럽은 이미 2019년 1년간 유럽 사업의 모든 전력을 신 재생에너지로 전환했다. 이는 당초 목표를 1년 앞 당긴 것이다.


한국은 2018년 재생에너지 3020 정책을 통해 원자력과 석탄화력발전을 줄이고 재생에너지를 늘리고자 하고 있다. 2030년까지 재생에너지 비율을 20%로 늘린다는 것으로 2017년 태양광 5.7GW, 풍력 1.2GW를 2030년까지 각각 36.5GW, 17.7GW로 늘린다는 목표를 설정했다. 지난 5월에는 소셜벤처인 인진이 파력 발전 시스템을 개발해 주목을 끌고 있지만 태양광 발전의 난맥상에서 보듯이 아직은 체계적이지 않다.


현대차그룹은 2014년에 아산공장에 10MW의 지붕형 태양광발전 시스템을 완공했다. 이를 통해 총 4만 여개의 태양광 모듈로 연간 1,150만 KW의 전력을 생산하고 있다.




최근에는 수소와 이산화탄소로 생산한 그린 수소를 사용하는 수소 엔진이 다시 부상하고 있으며 미세조류 바이오 연료와 셀룰로오스 바이오 연료 등 다양한 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이 부문에서는 아우디가 2012년부터 다양한 시도를 해 오고 있으며 최근에는 e퓨얼로 상당한 성과를 내고 있다.




2015년 e-벤진이라는 명칭으로 이 퓨얼의 생산을 시작한 아우디는 원유를 전혀 사용하지 않는 합성 연료에 대해 많은 공을 들이고 있다. 황이나 벤젠이 없고 옥탄가는 100까지 가능하다. 이로 인해 압축비를 높일 수 있고 연비에도 도움이 된다. 아우디는 이미 e-에탄올과 e-디젤, e-가스(합성 메탄) 같은 연료를 선보인바 있다. 아우디는 바이오 매스를 사용하지 않는 이소 옥탄도 개발하고 있다.


아우디는 2017 년 이퓨얼 연구 시설을 독일에 설립했다. 2030 년부터 더욱 엄격 해지는 유럽의 환경 규제에 대응하기 위함이다. 유럽이 2030 년에 도입하는 CO2 배출량 규제는 21 년 대비 37.5 % 감소라고 하는 지극히 어려운 목표다.


특히 LCA규제가 도입되면 지역의 전원 구성에 따라 배터리 전기차와 하이브리드 전기차의 큰 차이가 없어진다. 그것은 배터리 전기차에 의존해 규제를 충족시키기 어려워진다는 얘기이다. 이런 상황에서 하이브리드 등 엔진 탑재 차량의 배출량을 줄이기 위한 e-퓨얼이 주목을 끌고 있다.


이 때문에 일본의 토요타와 닛산, 혼다도 e퓨얼 연구개발에 힘을 쏟고 있다. e-퓨얼의 개발은 연구를 시작하고 대량 생산까지 10년 정도의 시간이 필요한 것으로 보고 있다. 때문에 이는 2030년의 규제충족을 위한 노력의 일환이라고 할 수 있다.


지멘스 에너지도 포르쉐와 공동으로 2020년 칠레에서 세계 최초의 통합된 상업용 산업 규모의 합성 기후 중립 연료 (e-퓨얼)를 생산할 수 있는 파일럿 프로젝트를 개발하고 있다. 파일럿 단계에서는 빠르면 2022 년에 약 13만 리터의 e-퓨얼이 생산 될 것이라고 한다. 이후 두 단계의 추가 단계에서 용량은 2024 년까지 연간 약 5,500만 리터로, 2026년까지 약 5 억 5 천만 리터로 증가할 것이라고 한다.

주요 고객은 포르쉐가 될 것이며 이 프로젝트의 다른 파트너로는 에너지 회사 AME와 칠레의 석유 회사 ENAP, 이탈리아 에너지 회사 Enel등이라고 밝혔다.





당장에 e-퓨얼의 과제는 높은 비용이다. 일본의 경우 1리터탕 500엔 전후로 세금을 제외한 가솔린 가격 50~60엔의 10배에 가깝다. 지금 수준으로는 가격 경쟁력이 없다는 것이다. e-퓨얼의 개발은 연구를 시작하고 대량 생산까지 10년 정도의 시간이 필요한 것으로 보고 있다. 때문에 이는 2030년의 규제충족을 위한 노력의 일환이라고 할 수 있다.


지금 세계는 재생에너지로의 전환이 빛의 속도로 이루어지고 있다. 그에 대해 지난 1월 탄소중립, 전동화 시대 예상보다 앞 당긴다 라는 칼럼을 통해 글로벌 친환경에너지 기업들의 시가 총액이 전통적인 석유회사들과 비슷해졌다고 언급한 바 있다. 기존 화석연료 기업들도 재생에너지 사업으로 전환하고 있다는 내용이 골자다. 자본주의적인 관점에서 이야기하지만 돈을 쫓는 투자자들이 지금 재생 에너지쪽으로 대거 이동하고 있다는 것이다.


2015년 기준으로 전 세계 발전원 별 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.


그 이야기는 전기차의 당위성이 아무리 강해도 에너지 대전환이 선행되어야 하고 그것은 인류의 공통 과제로 추진되어야 한다는 것이다.


<관련 기사>
1. 탄소중립, 전동화시대 예상보다 앞당긴다.
2. 탄소중립 위한 LCA규제, 자동차업체의 존폐를 좌우할 수 있다.
3. 바이든 시대, 전동화로의 가속 페달
4. 유럽, 디젤 대신 수소 엔진으로 간다.
5. 항속거리 연장형 전기차와 수소 엔진이 부상한다.


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