[가스신문=최인영 기자] 지난 2015년 채택된 파리협정(제21차 유엔기후변화협약)에 따라 195개국은 지구온도 2℃ 상승을 막기 위한 신기후체제에 동의했다. 이어 2018년 IPCC(기후변화에 관한 정부간 협의체)는 1.5℃특별보고서를 발표하면서 기온상승을 1.5℃까지 억제하고, 2050년까지 탄소배출 제로(Zero)를 실현해야 한다고 지적했다.

지난 2019년 6월 영국이 2050 탄소중립 실현을 세계 최초로 법제화 한 이후 현재 120여개국이 동참하고 있다. EU(유럽연합)는 2023년까지 탄소국경세를 도입하기 위해 적극 나서고 있다.

전세계 온실가스배출량의 14%를 차지하는 수송부문. 그 중심에 선 내연기관차를 퇴출하기 위한 움직임이 활발하다.

탄소중립 실현뿐 아니라 에너지패권 장악의 핵심수단으로 떠오르는 수소에너지. 환경성과 고용창출 두 가지 효과를 누릴 수 있는 자동차산업에 탄소중립 열풍이 불고 있다.

글로벌 규제에 내연기관차 잇따라 중단

친환경차 시장은 환경 및 연비규제 강화와 대형 완성차 업체들의 본격적인 시장진출로 인해 전기차(BEV)를 중심으로 지난 2019년부터 매년 22% 넘게 고성장을 이어오고 있다.

이산화탄소 배출과 연비규제 강화는 친환경차 수요와 생산증대를 견인하고 있다.

글로벌 자동차 시장은 지금 ▲연비규제 강화 ▲EV 의무판매제 ▲내연기관 차량 운행 제한 조치 등 환경규제에 대응하고 있다.

연비규제는 지난 2015년부터 해마다 4~5%p씩 상향되고 있을 뿐 아니라 이를 충족하지 못할 경우 전체 자동차 판매량에 비례한 벌금부과 또는 판매금지 조치를 받게 된다.

EV의무판매제는 미국이 처음 실시한 제도로 중국 등 일부 국가가 도입하는 추세다. 미국은 지난 2018년 4.5%에서 매년 2.5%p씩 의무판매규제치를 늘려가고 있다. 중국은 2019년 10%에서 2020년 12%로 의무판매비율을 상향했다. [표1][표2] 참조

내연기관차 퇴출을 가장 먼저 선언한 곳은 유럽이다. EU집행위원회는 지난해 9월 17일 발표한 2030 온실가스 감축목표를 통해 도로수송 차량에 대한 이산화탄소(CO₂) 배출규제를 강화했다. 올해부터 EU 내에서 판매되는 모든 차량은 주행거리(㎞)당 이산화탄소(CO₂) 배출량을 95g 이내로 낮춰야 한다.

중국은 자동차 산업이 주력인 국가 중 처음으로 오는 2035년부터 내연기관차량 생산을 중단한다고 선언했다. 전기차 비율을 점진적으로 늘려 2050년에는 전기차 50%, 하이브리드차 50%로 전환한다는 목표다.

시진핑 국가주석은 지난해 10월 열린 유엔총회를 통해 오는 2030년까지 탄소배출량 정점을 찍고, 2060년 완벽한 탄소중립을 실현한다고 선언했다.

미국은 캘리포니아주가 50개 주 가운데 처음으로 2035년부터 내연기관차 판매를 금지한다고 발표했다. 캘리포니아 주는 미국 내 최대 자동차 시장이다.

조 바이든 대통령은 파리협정 재가입과 더불어 자동차 연비규제, 친환경차 도입 확대를 강조하고 나섰다.

테슬라를 비롯한 전기차 제조업체 28곳은 ‘배기가스 제로 운송 협회(ZETA)’를 결성하면서 2030년까지 전기차 체제로 완벽히 전환한다고 발표했다. 전기차 업계를 대변하는 대형 로비단체를 출범한 셈이다.

영국은 오는 2030년부터 휘발유 등 내연기관차 신차판매를 금지한다. 당초 계획인 2040년보다 10년 앞당긴 것이다. 하이브리드 차량도 2035년부터 판매할 수 없게 된다.

캐나다는 퀘벡주가 2035년부터 내연기관차 판매를 금지한다. 아일랜드는 2030년부터 내연기관차를 등록할 수 없도록 시행한다.

프랑스는 2040년부터 내연기관차를 생산‧판매할 수 없도록 법으로 명문화하고 있다. 노르웨이는 2025년부터 내연기관차 판매를 금지한다. 네덜란드도 2025년부터 내연기관차 판매를 금지한다.

다만 독일은 2030년부터 내연기관차 판매를 금지하는 결의안을 지난 2016년 10월 발의했지만 연방하의원을 통과하지 못해 현재 법안 계류 중이다.

인도는 2030년부터 전기차만 판매하는 정책을 추진키로 발표했으며, 현재 생산된 지 10년이 넘은 경유차는 수도 뉴델리에 등록할 수 없도록 시행하고 있다.

일본은 2035년부터 내연기관차 신차판매를 금지한다. 지난해 12월 발표한 2050년 탄소 순배출 제로 실현을 위한 그린성장전략을 통해서다. [표3] 참조

한국은 지난해 11월 23일 출범한 대통령 직속 자문기구인 국가기후환경회의를 통해 오는 2035년 또는 2040년부터 수소전기차나 전기차 등 무공해차나 하이브리드차만 판매허용하는 방안을 제안하고 있다.

환경부는 올해 3월 탄소중립 이행계획을 통해 2050년 무공해차 100% 전환 목표를 발표했다. 향후 15~20년 안에 내연기관차 판매를 금지하는 내용도 담고 있다.

산업부는 자동차업계와 함께 지난 3월31일 자동차 탄소중립협의회를 출범했다. 내연기관차의 고효율화와 하이브리드화를 통한 탄소중립 기반을 마련한 후 세계 수준의 수소전기차와 전기차를 양산한다는 목표다. 여기에 e-fuel 등 탄소중립 연료적용도 함께 추진한다.

기후변화에 대응하는 차량제조사들

화석연료 사용을 줄이기 위해 완성차 제조업체들이 지난해부터 전기차와 수소전기차를 경쟁적으로 출시하고 있다. 전 세계 주도권을 잡기 위해 완성차제조사들이 수억 달러를 들여 공장을 재정비할 뿐 아니라 기존과 다른 시장세분화 전략을 취하고 있다.

전문가들은 올해 글로벌 전기차 판매량 400만대, 수소전기차 시장은 국내 판매 1만5185대를 포함 전세계에서 2만대 이상 팔릴 것으로 예측하고 있다.

전기차는 전기동력을 기반으로 기존 내연기관차보다 연비를 개선하는 동시에 CO₂ 등 배기가스 배출량을 줄인 차량을 뜻한다. 연료종류에 따라 ▲하이브리드(HEV) ▲플러그인 하이브리드(PHEV) ▲전기차(EV) ▲수소연료전지차(FCEV)로 나뉜다. [표4] 참조

하이브리드차는 내연기관과 엔진출력을 보조하는 모터를 함께 적용한 차량으로 모터 구동에 필요한 전기는 외부충전 없이 주행 과정에서 생기는 전기를 이용하고 있다. 세계 시장점유율은 감소세인 반면 중국, 브라질, 인도 등 신흥시장에서는 성장세를 보이고 있다.

플러그인 하이브리드차는 외부에서 충전한 배터리를 이용한 전기모터를 주동력원으로 하고 있다. 배터리가 방전되면 일반 하이브리드차처럼 내연기관과 전기동력을 동시에 사용해 운행한다.

전기차 대중화 이전에 시장경쟁력을 지니던 차량이다. 주요 모델에는 ▲쏘렌토PHEV(현대차) ▲니로PHEV(현대차) ▲그랜저HEV(현대차) ▲PRIUS Prime(도요타) ▲Explorer(Ford) ▲330e(BMW) 등이 있다. 현대차는 일본업체인 도요타, 혼다와 달리 고유의 하이브리드시스템을 적용해 해외시장을 공략하고 있다.

전기차는 내연기관인 엔진을 없애고, 전기모터와 배터리로 구성된 차량이다. 차량구조가 비교적 단순할 뿐 아니라 오염물질과 소음도 거의 배출하지 않는다.

주요 승용 모델은 ▲코나(현대차) ▲아이오닉5(현대차) ▲EV6(현대차) ▲모델S(테슬라) ▲모델3(테슬라) ▲EQS세단EV(Benz) ▲ID.3(폭스바겐) ▲iX(BMW) ▲es6(NIO) 등이다. 이와 함께 Semi TRUCK(테슬라)과 e-Actros(벤츠) 등 전기트럭도 생산되고 있다. [표5] 참조

수소연료전지차는 외부 전기 공급 없이 차량 내 연료스택에서 수소와 산소의 반응으로 자체 생산되는 전기로 모터를 움직여 주행하는 차량이다. 온실가스뿐 아니라 미세먼지도 저감한다. 또 물 이외에는 다른 오염물질은 배출하지 않는다.

현재 세계 수소전기차 시장은 현대차의 넥쏘가 압도적 1위를 점하고 있다. 지난해 글로벌 넥쏘 판매량은 6781대로 세계 시장점유율 75.1%를 차지하면서 선두로 올라선 것이다. [그래프1] 참조

현대차는 지난 2013년 투산ix를 세계 최초로 선보인데 이어 2018년 넥쏘(NEXO)를 출시하면서 승용차 부문에서 강세를 보이고 있다. 지난해 7월에는 세계 최초로 양산한 수소전기 대형트럭 엑시언트(XCIENT Fuel Cell)를 스위스로 수출하면서 상용차 시장 선점에도 박차를 가하고 있다. 북미 시장 공략을 위해 현대차는 수소전용 대형트럭 콘셉트카 넵튠(HDC-6 Neptune)도 선보였다.

수소전기차 모델에는 ▲도요타의 2세대 미라이(Mirai) ▲혼다의 클래리티(Clarity) ▲BMW의 I Hydrogen NEXT 등도 있다.

수소 상용차에는 ▲현대차의 수소전기버스 일렉시티 FCEV ▲현대차의 수소전기 대형트럭 엑시언트 ▲다임러의 수소트럭(GenH2) ▲상하이자동차의 수소미니버스(EUNIQ7) 등이 있다. [그래프2] 참조

경쟁구도 뛰어넘은 친환경차 양대산맥

친환경차로 불리는 전기차와 수소연료전지차의 미래는 어떠할까.

기술 특성을 고려한 전문가들은 주행거리와 지역별 특색에 맞춰 전기차와 수소차가 각각의 영역을 구축할 것으로 전망하고 있다. 단거리를 이동하는 승용차는 전기차를, 장거리를 이동하는 대형 상용차는 수소전기차를 비교우위에 놓고 있다.

전기트럭의 용량에 맞는 배터리 무게보다 수소차의 연료전지와 수소탱크를 합한 무게가 더 가볍기 때문이다. 충전시간은 전기트럭의 경우 최소 15분에서 최대 4시간 소요되는 반면 수소트럭은 5~10분 정도다.

일반 개인의 경우 매일 주차장에서도 충전 가능한 전기차가 유리하다. 이에 반해 무거운 짐을 싣고 먼 거리를 이동하는 운송사업자라면 수소차가 유리하다.

친환경차 구매 시 필요한 ▲연료비 ▲연비 ▲안전성 ▲환경성 등을 기준으로 보면 상황별로 다른 결론이 나오는 것을 알 수 있다.

연료비 기준으로 볼 때 전기차가 우세하다. 환경부에 따르면 연간 2만㎞ 주행 시 전기차(아이오닉 기준) 충전비는 약 30만원 수준이다. 수소차(넥쏘 기준)는 약 180만원 정도다.

전기차는 완속충전 시 평균 300㎞ 중후반 거리를 달리는 반면 수소차는 연료 1㎏당(충전요금 8800원 가정) 약 96.2㎞를 주행할 수 있기 때문이다. 연료비만 놓고 보면 전기차가 수소차보다 6배 저렴한 셈이다.

다만 연비로 따지면 수소차가 우세하다. 수소차는 1㎏ 충전 시 96.2㎞를 주행할 수 있다. 전기차는 1㎞/h의 전기로 6.3km 달릴 수 있다. [표6] 참조

내연기관차에 비해 비교적 단순한 구조를 갖는 친환경차는 교체부품수도 적을 뿐 아니라 안전성도 지속 개선되고 있다. 전기차 배터리의 경우 충격과 열에 강해졌고, 수소저장용기도 강화된 안전기준에 따라 고온‧고압에서도 내구성을 인정받고 있다.

전기차와 수소전기차는 모두 주행 시 이산화탄소나 질소산화물(NOx)을 배출하지 않기 때문에 친환경적이다.

전기차의 모든 과정을 고려해도 평균 이산화탄소 배출량은 90g으로 디젤차와 휘발유차보다 각각 2.6배, 2.8배 적은 수치다. 배터리 생산부터 차량제조, 수송, 운송을 거쳐 폐기과정에 이르기까지 전 과정에서의 이산화탄소 배출량을 평균 낸 수치다.

수소차는 현재 에너지원으로 쓰이는 추출수소가 대기오염물질을 배출하고 있다. 화석연료인 천연가스를 고온‧고압에서 개질해 수소를 추출하기 때문이다. 여기에 수소를 충전소까지 운송하는 과정에서도 탄소 등 오염물질 배출을 간과할 수 없다. 운반 시 쓰이는 탱크로리 차량이 현재 내연기관차량이기 때문이다.

하지만 내연기관차량은 차체에서 대기오염물질을 배출하는 점을 미뤄 볼 때 전기차화 수소차는 모두 친환경차라 할 수 있다. [표8] 참조

우리 정부는 지난해 7월 한국판 뉴딜 종합계획을 발표하면서 오는 2025년까지 사업비 총 20조3000억원을 들여 전기‧수소 중심 그린모빌리티 시장을 형성한다고 밝혔다.

승용, 버스, 화물 등 전기차는 113만대를, 수소차는 20만대를 누적보급하는 한편 사업용 수소차연료보조금을 단게적으로 도입해 오염물질 감축과 미래 모빌리티 시장 선점을 꾀한다. [표9] 참조