인공 석유 'e-퓨얼' 때문에 충전이 필요한 전기차 무너지나?

전기차의 운명은?

유럽연합의 내연기관 자동차에 대한 강력한 경고와 재합성연료(e-퓨얼)의 예외

2035년부터 유럽연합에서 이산화탄소를 배출하는 휘발유, 경유와 같은 화석연료의 사용을 줄이고자 내연기관차의 판매를 금지하는 법안에 합의하였습니다. 이 말은 신규 차량에 한해서 내연기관차를 더 이상 판매할 수 없다는 것입니다.

 

하지만, 독일의 요구를 반영하여 재합성연료인 e-퓨얼을 사용하는 내연기관차는 계속 판매할 수 있도록 허용하였습니다. 유럽연합 27개 회원국에서 2035년부터 탄소를 배출하지 않는 연료차량의 분류를 신규 등록하고 판매의 허용과 휘발유와 경유 등 화석연료를 사용하는 내연기관 차의 판매를 금지하기로 하였습니다.

 

유럽연합이 이와 같은 결정을 한 것에는 e-퓨얼이란 합성연료가 연소될 때 이산화탄소를 배출하긴 하지만 제조 시 이산화탄소를 활용하고 생산 과정에서 황성분이 전혀 포함되지 않기 때문에 대기 산성화도를 40% 이상 감소시킵니다 또한 완전연소의 비율이 높기 때문에 기존 화석연료보다 미세먼지와 온실가스 배출량이 20~40% 정도 수준이기 때문입니다.

인공 석유로 불리는 e-퓨얼이란?

전기 연료 또는 합성 연료라고도 하는 e-퓨얼은 PtL(Power-to-Liquid) 또는 PtG(Power-to-Gas)라는 프로세스를 사용하여 재생 가능 에너지원에서 생산되는 일종의 연료입니다. 여기에는 전기 에너지를 전통적인 화성 연료의 대안으로 사용할 수 있는 기체 또는 액체 형태의 연료로 변환하는 과정이 포함됩니다.

 

다음은 e-퓨얼 생산하는 과정입니다.

1. 재생 에너지 생성 : 전기는 풍력, 태양열 또는 수력 발전과 같은 재생 가능한 자원에서 생산됩니다. 이는 지속 가능하고 탄소 중립적인 에너지 생산을 합니다.

2. 전기분해 : 생성된 전기는 전류를 인가하여 물(H₂O)을 수소(H₂)와 산소(O₂)로 분리하는 전기분해 과정을 거쳐 수소를 생산합니다. 이를 물 전기분해라고 하며, 수소 공급원 역할을 합니다.

3. 탄소 포집 또는 직접 공기 포집 : 합성 가솔린, 디젤 또는 등유와 같은 액체 e-퓨얼을 생산하려면 이산화탄소(CO₂)가 필요합니다. 이산화탄소는 직접 공기 포집 또는 산업 공정에서 배출물을 포집하여 탄소 중립 또는 탄소 음성 연료 옵션으로 만들 수 있습니다.

4. 합성 연료 생산 : 전기 분해 단계에서 생산된 수소는 포집된 이산화탄소와 결합하여 Fischer-Tropsch 합성 또는 메탄올 합성과 같은 다양한 공정을 통해 e-퓨얼을 합성합니다. 이러한 공정은 수소와 이산화탄소를 전통적인 화석 연료와 매우 유사한 액체 또는 기체 탄화수소 화합물로 변환합니다.

5. 연료 정제 : 합성된 e-퓨얼은 특정 품질 및 성능 요구 사항을 충족하도록 더욱 정제됩니다. 여기에는 원하는 연료 특성을 달성하기 위한 추가 정제, 혼합 또는 화학적 처리가 포함됩니다.

 

e-퓨얼의 장점에 대하여 알아보겠습니다.

1. 탄소 중립성 : e-퓨얼은 재생 가능 에너지원과 포집된 이산화탄소를 사용하여 생산할 수 있으므로 순 탄소 배출량이 크게 줄거나 아예 없는 연료가 됩니다. 일반 내연기관차 대비 20~40% 수준의 탄소를 배출하는 정도입니다.

2. 기존 기반 시설과의 호환성 : e-퓨얼은 큰 수정 없이 기존 내연 기관에서 사용할 수 있으므로 기존 연료를 즉시 교체할 수 있습니다. 즉, 석유와 화학적 구성이 동일하여 자동차, 선박, 비행기 제트엔진 등 기존 장비에 대체하여 사용이 가능합니다.

3. 에너지 저장 : e-퓨얼은 잉여 전력이 있을 때 생산하고 재생 에너지 발전이 부족할 때 사용할 수 있기 때문에 잉여 재생 에너지를 저장하는 수단의 역할을 할 수 있습니다.

4. 분산 생산 : 다양한 위치에서 생산될 수 있어 화석 연료 수입에 대한 의존도를 줄이고 지역 에너지 독립을 촉진합니다.

 

하지만, 가격이 비싸다는 큰 단점이 있습니다. 2030년 상용화 단계까지 가도, 리터당 가격이 휘발유보다 4배 이상 비쌀 것이라는 계산 때문입니다. 그렇기 때문에 상용화가 힘들 것이라는 예측이 나오기도 하였습니다.

전기차와 e-퓨얼 내연기관차의 미래 전망

전기차의 문제점과 미래 전망

1. 제한된 주행 범위 : 전기차의 우려 사항 중 하나는 기존 내연기관 차량에 비해 제한된 주행범위입니다. 배터리 기술이 지속적으로 개선되고 있지만 많은 전기 모델은 여전히 기존 차량보다 주행거리가 짧습니다. 이는 장거리 여행이나 충전 인프라가 제한된 지역에서 문제가 될 수 있습니다.

2. 충전 인프라 : 충전소의 가용성과 접근성은 전기차의 해결해야 할 문제입니다. 충전 네트워크가 확장되고 있지만 여전히 충전 인프라가 제한된 지역이 있고 전기차 소유 및 장거리 여행에 장벽이 될 수 있습니다. 포괄적이고 편리한 충전 네트워를 개발하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아있습니다.

3. 충전 시간 : 전기차 충전은 기존 차량에 휘발유나 경유를 주유하는 것보다 시간이 더 오래 걸립니다. 고속 충전 스테이션은 충전 시간을 크게 단축할 수 있지만 저속 충전 옵션만큼 널리 사용되지는 않습니다. 전기차를 충전하는 데 걸리는 시간은 장거리 여행하는 운전자나 급속 충전소를 이용할 수 없는 사람들에게는 여전히 불편함을 제공합니다.

4. 배터리 수명 및 성능 저하 : 전기차 배터리의 수명과 성능은 고려해야 할 중요한 요소입니다. 시간이 지남에 따라 배터리의 용량이 저하되어 전체 범위와 효율성이 감소할 수 있습니다. 배터리 교체는 비용이 많이 들고 배터리 수명 및 성능 저하에 대한 우려는 전기차에 대한 소비자의 신뢰에 영향을 미칠 수 있습니다.

5. 제한된 모델 다양성 : 전기차 모델 선택이 확대되고 있지만 시장은 여전히 기존 차량에 비해 선택지가 적습니다. 대형 SUV 또는 트럭과 같은 일부 차량 세그먼트는 출력, 장거리, 가격적인 측면에서 내연기관에 비해 많이 부족한 실정입니다.

그래서 아직까지는 소형 승용차 운행 정도의 실효성이 있으며, 대형 트레일러나 선박, 항공기와 같은 대형장비들에 적용하기에는 배터리의 한계가 분명히 존재합니다.

6. 배터리 원재료 수급의 불균형 : 중국을 제외한 전 세계에서 이차전지 수요와 공급의 불균형을 초래할 것으로 전망하고 있습니다. 배터리에 들어가는 광물 매장량의 한계와 공급량이 한정적인 반면 수요는 급증하고 있기 때문에 전기차 보급량이 수요를 못 따라가게 될 것이라는 것입니다. 또한 원자재 품귀현상으로 제조단가의 상승으로 이어질 수 있습니다.

 

e-퓨얼 내연기관차의 미래전망

상당히 발전한 내연기관차를 그대로 사용하고 기존 연료만 e퓨얼로 바꾸는 것이기 때문에 e퓨얼 생산량 와 연료가격만 낮추게 된다면 기존 화석연료보다 환경적으로 매우 우수하며, 미래의 에너지원으로 각광받을 수 있는 큰 장점을 가졌습니다. 전기차의 배터리 기술을 발전시켜야 한다면  e-퓨얼은 생산성과 가격적인 측면에서 개발이 이루어져야 합니다.

 

이미 포르쉐는 2022년 12월 칠레 하루 오니 공장에서 e-퓨얼 생산에 돌입하였고 2023 서울모빌리티쇼에서 e-퓨얼을 사용하는 비전 357이 공개되기도 하였습니다. 스틸란티스, 현대차와 사우디 아람코, 한국조선해양, 현대오일뱅크등 많은 기업들이 e-퓨얼 연료 개발과 자동차, 선박, 비행기에 적용시키기 위한 노력을 하고 있습니다.

 

유럽연합은 항공기를 운행할 때 항공유에 e-퓨얼을 혼합하고 점차 e-퓨얼 연료의 비율을 점차 늘려가겠다는 발표를 하기도 하였습니다. 이 처럼 배터리의 해결해야 할 과제가 많은 전기차 시장에 집중을 할지 가격이 비싼 e-퓨얼 연료의 생산 개발에 집중할지 수많은 의견이 분분한 가운데  다양한 기업들이 발 빠르게 움직이고 있습니다.