전기차에 대한 생각

전기차는 과연 친환경 자동차인가? 이런 생각이 갑자기 들어서... 주저리 주저리 써봅니다.

전기차는 주로 2차 전지를 이용하여 제작되고 있습니다. 2차 전지는 대부분 리튬을 사용한 리튬2차전지입니다. 그런데 의문점이 하나 듭니다? 왜 2차전지를 사용하는 전기차를 친환경이라 할까? 일단 대표적인 환경단체인 그린피스는 일단 내연차보다는 탄소배출량이 적다고 하는데.....

https://www.greenpeace.org/korea/update/13651/blog-ce-core-contents-ev/

자동차 전 과정 분석(LCA, Life Cycle Assessment)를 한 결과와 2019년 발표된 논문 'The Underestimated Potential of Battery Electric Vehicles to Reduce Emissions'과 2020년 4월 유럽 교통 전문 NGO인 Transport & Environment’s (T&E)가 전기차는 내연기관차보다 탄소배출량이 약 1/3 이하라는 발표와 폭스바겐 그룹이 발표한 자료 등을 근거로 하고 있습니다.

전기차는 좋은 대안이 맞습니다. 전기차가 내연기관차에 비해 탄소배출량 조절이 쉽기 때문입니다. 내연기관차는 개별 차량이 탄소 배출을 일으키고 자동차 운전 환경이나 조건에 따라서는 많은 탄소 배출을 유발하기 때문입니다. 이에 반해 전기차는 전력을 생산하는 발전소에서 탄소배출 관련 고도화 설비를 설치하여 탄소 배출량을 줄일 수 있고, 아예 태양광, 풍력, 수력, 조력 같은 재생에너지를 사용한다면 탄소배출은 거의 제로에 가까워질 수 있습니다. 즉, 오염 발생원을 제거하거나 단순화하여 집중관리할 수 있다는 것이죠. 이런 점에서 전기차의 장점은 매우 훌륭합니다. 

저는 좀 다른 관점에 전기차를 보려고 합니다. 결론부터 이야기하면 전기차는 아직 친환경적이지는 않으나, 충분히 친환경적일 수 있는 가능성을 가지고 있다. 그리고 내연기관차는 문제는 있지만 아직은 버리기엔 아까우니 연비 개선과 탄소배출 저감 기술 더 개발하자는 것입니다.

전기차의 핵심 소재는 현재까지는 리튬2차전지입니다. 저는 좀 다른 형태의 전지가 나오길 바라는데 아직은 시간이 더 필요한 거 같습니다. 성능은 많이 좋아졌는데, 여전히 위험하고 무겁습니다. 현재로서는 리튬2차전지가 가장 좋은 방안이기에 리튬2차전지에 대해 생각해보도록 하겠습니다.

리튬2차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막을 조합하여 만듭니다. 이 구조는 안정성 문제가 있어 향후에는 전고체 방식으로 전환될 것입니다. 전해질과 분리막이 통합되는 것이죠. 이와 관련해서는 각종 기사나 자료가 많으니까 자세한 내용은 생략하겠습니다. 전고체 방식으로 가더라도 양극과 음극은 그대로 활용합니다. 그러면 양극과 음극은 어떻게 만들어질까요? 양극과 음극은 각각의 활물질을 페이스트화 하여 제작합니다. 양극의 경우 양극활물질을 고분자 바인더, 유기 용매,각종 첨가제와 혼합하여 걸쭉한 반죽으로 만듭니다. 이 반죽을 극판(주로 구리 박막)에 바르고 건조하면 양극이 형성됩니다. 음극도 동일합니다.

양극, 음극 외에도 여기에 중요한 것이 또 하나 있습니다. 바로 리튬입니다. 리튬2차전지인 만큼 리튬은 아주 필수적인 재료입니다.

출처: 포스코 뉴스룸 <2차전지 소재, 인조흑연 음극재 국산화 첫발>

원료들을 보면 양극재 원료로는 니켈, 코발트, 알루미늄, 망간이 주로 알려져 있습니다. 익숙한 금속들이죠. 니켈은 스테인리스 스틸(SUS)에도 사용되는 익숙한 금속이고, 알루미늄, 망간도 그렇고 코발트는 정확히 무엇인지 모르겠지만 많이 들어본 거 같고.... 음....

음극재는 흑연이 독보적이죠. 그리고 마지막으로 리튬이 있습니다.

일단 광산 채굴, 정제 이런 부분은 제외하고 에너지 투입 측면을 보겠습니다. 공통적으로 양극재와 음극재 생산에는 전기가 아주 많이 소요됩니다. 그 이유는 고온의 열처리 공정이 필요하기 때문이죠. 먼저 음극재는 아무리 낮아도 1000℃, 일반적으로 1500~3000℃ 입니다. 그것도 상당한 시간이 소요됩니다. 양극재는 온도가 다소 낮으나 그래도 800℃ 정도라는 것만 제외하면 비슷한 상황입니다. 고온 처리는 뭘로 할까요? 주로 전기죠. 가스도 일부 사용합니다만.
게다가 고온이라 한번 설비가 멈추면 재가동하는데 시간과 비용이 아주 많이 듭니다. 그래서 고온로는 꺼지면 안 됩니다.계속 돌아야 합니다.

원래 전기를 활용하는 방안 중에 효율이 가장 낮은 방법이 전기로 가열하는 것입니다. 전기차의 경우도 겨울에 난방하면 주행거리가 쭉쭉 줄어듭니다. 언제인지 기억나지 않지만, 한 세미나에서 재외 한인 엔지니어가 한국에서 전기장판,전기요를 쓰는 것 보고 놀랐다고 하더라구요. 왜냐면 전기로 가열, 난방하는 것은 가장 비효율적이고 전기를 낭비하는 가장 좋은 방법이라고.... ㅋ

그래서 음극재, 양극재 제조하는 업체들이 입지 조건 중에 값싼 전기료를 우선하는 이유가 여기에 있습니다. 우리나라 전기 요금 비싸다 하지만, 해외를 참고해 보면 전기 요금 정말 싼 편입니다. 특히 기업에게는 더 싸게 주니까요. 중국은 뭐 말할 것도 없죠. 설령 비싸다 하더라도 중국 정부가 보조금을 뿌려버리니....

국내 2차 전지 소재 업체들이 해외 진출하는 국가나 지역을 확인해 보시면 전기 요금이 상상 이상으로 싸던지, 해당 국가나 지방정부에서 엄청난 보조금을 주는 지역일 겁니다. 동유럽 국가들이나, 미국은 조지아 주는 기업들에게 파격적인 조건을 내걸고 있습니다. 전기 요금은 기업의 영업이익과 관련된 부분이다 보니 이런 혜택에 기업들이 많이 몰려갈 수 밖에 없죠.
그리고 고온 공정이다 보니 열배기 문제도 있습니다. 폐열 재활용 방안이 있을거라 생각할 수 있겠지만 아직은 석유정제 플랜트 수준의 폐열 재활용은 못하고 있습니다. 사실상 대부분 열을 배출하고 있죠. 대부분 미세 분말을 다루다 보니 분진 문제가 심각합니다. 심하게 말하면 현대판 탄광입니다. 고온의 공기에 분진마저 함유하고 있어 대기 정화설비 시설에 상당히 신경써야 합니다. 배출 공기가 고온이다 보니 다시 냉각해서 배출해야 하고, 고온로 배출 관련 공정에 또 어마어마한 냉각 용량이 필요하죠. 완전 열배출 대잔치죠....

그리고 요즘 배터리 재활용 이야기도 많이 나오는데, 하아.....!
이게 말이 재활용이지 실제는 황산, 질산 같은 강산, 강염기를 대량으로 사용하여 금속을 회수하는 공정이라 어마어마하게 위험한 공정입니다. 아무리 재활용해도 유독성 폐액은 발생할 수밖에 없고, 만약에 한 번이라도 누출된다면 그건 아마도 지옥이 될 겁니다. 그만큼 안전 설비와 관리에 어마어마하게 투자를 해야 할 겁니다. 최근에는 이런 유독한 공정을 피하려고 전기 분해 같은 방법을 활용하려고 하는데, 이런 공법도 일단 전기가 싸다는 전제로 시작하는 것이라서 어떻게 될지는 모르겠네요.

이에 비해 내연기관에 들어가는 원료인 휘발유와 경유를 생산하는 석유 정제 공정은 대규모에 상당히 고도화되어 에너지 재활용, 부산물 재활용도가 매우 높습니다. 그래서 원료 생산에 들어가는 비용도 낮다는 강점이 있죠. 그래도 여전히 에너지 소모가 많고, 탄소 배출이 많은 것은 사실이죠.

그리고 내연기관차의 연비가 나날이 발전하고 있죠. 현대차의 경우 추가적인 내연기관 엔진 개발은 없다고 했지만.... 내연기관차의 연비는 정말 엄청나게 발전했죠. 이 연비를 이기려면 전기 요금이 더 싸져야 하는데.... 그리고 내연기관차의 장점 중에 관성 운행이 있죠. 전기차는 모터 구동이라 전력이 공급되지 않으면 즉시 감속되지만, 내연기관차는 연료 공급이 없어도 일정 거리 운행이 가능하죠. 그게 내리막 길이라면 연료 소모 거의 없이 갈 수 있죠. 전기차도 이런 문제는 곧 해결하겠죠.

두서 없이 나열했는데, 어찌되었든 전기차가 친환경차가 될 확률은 높지만, 지금은 내연기관차와 탄소배출량은 별반 차이 없어 보인다는 것입니다. 전기차 생산에 전기차 핵심 부품인 이차전지 소재 생산에 아직은 생각보다 많은 전력을 사용하기 때문이죠.
그럼 전기차가 말 그대로 친환경차가 되려면 필요한 것은 무엇일까 생각해봤습니다. 먼저 전기차는 물론 핵심 소재인 배터리 제조 공정에 재생에너지 사용을 확대해야 하지만 비싸죠. 그래서 무엇보다 탄소배출이 적은 값싼 전기를 대량으로 공급해야 한다는 것이죠. 당장은 원자력 발전 밖에 생각나진 않지만, 이것도 부족할 겁니다. 전기차 보급 늘어나면, 전기 수요는 상상이상으로 폭증할 겁니다. 석유 원료가 쓰이던 부분까지 감당해야 하니까요. 부족한 전기 생산을 위해 화석연료 발전소를 짓는다면, 이건 그냥 조삼모사인 거죠. 그래도 탄소 배출원이 집중되어 있으니 관리는 그나마 쉽겠죠. 당장은 이걸로 위안을 삼아야겠죠. 핵융합 같은 획기적인 방법이 나오지 않는 이상 쉽지 않겠죠.

그래서 적어도 반세기 정도는 내연기관차도 함께 가야 한다는 것이죠. 전기차로 억지로 몰아가기 보다는 서로 선의의 경쟁을 통해서 대안을 찾아 나가는 것입니다. 물론 지금 전기차는 주된 흐름이 아니기에 어느 정도 육성이 필요한 것은 사실입니다만, 어느 정도 궤도에 오르면 시장에 맡기자는 거죠.