전기자동차는 정말 탄소배출이 적나요?

많은 이들이 전기자동차가 정말 탄소 중립에 도움이 되는지를 질문한다. 전기를 생산할 때도 아직은 많은 부분 화석연료를 태워 발전을 하기에 이산화탄소가 배출된다는 것을 아는 여러분들이 이런 질문을 하는 것은 당연하다. 일부 좀 더 공부하신 분들은 생애주기 탄소배출을 언급하며 전기자동차가 생산 시 이산화탄소를 더 배출 배출하니 따져 보아야 한다고 말씀들 하신다. 그럴듯한다.

배터리는 전기차 탄소배출의 주범

Chat GPT는 20%, 뉴스트리가 인용한 케임브리지 환경-에너지-천연자원 관리센터의 크노블로흐 박사는 30~40% 수치를 제시하며 전기차가 내연기관 자동차 대비 생산과정에서 더 많은 이산화 탄소를 배출한다고 밝힌다. 이는 전기자동차의 핵심부품인 배터리 제조공정에서 발생하는 탄소량 때문이다. 대형 배터리 제조 공장에서 뿐만 아니라 원재료 채취 및 부품, 재료, 완재품의 운송 과정에서 발생하는 탄소량도 무시를 하지 못하기 때문이다. 하지만 차량이 보통 15년을 넘어 운전이 되는 것을 감안한다면 생산과정에서 발생하는 탄소의 양은 운행 중 발생하는 탄소량에 비춰볼 때 대세를 바꿀 수준은 아니라 다들 결론을 내고 있고 그린피스 웹에서 들고 온 좌측의 그림처럼 생애주기를 비교해도 전기차가 내연기관차 대비 1/3의 탄소를 배출한다고 밝히고 있다. 하지만 이것도 배터리 제조 기술의 발전을 통해 좀 더 친환경적인 소재로 확대하고 배터리의 재활용 방안을 강구해서 전기차의 탄소저감 효과를 확대할 필요가 있겠다. 

 

운행 중의 탄소 배출량 

우리나라에서 전기차와 내연기관 자동차 운행 시 탄소 배출량을 비교해 보도록 하자. 둘 다 내구연한은 같다고 보고 년 평균 주행 거리도 15,000 km로 동일하다고 가정하고 추가로 전기차의 평균 전비는 5 km/kWh, 내연기관차의 연비는 10 km/l로 보겠다. 

한국전력에 따르면 2023년 10월 기준 한국에서 1 kWh의 전기를 발전할 때 배출되는 이산화탄소량은 424 g 이다. 이는 석탄 약 40%, LNG는 약 30%, 원자력은 약 20%, 신재생에너지는 약 10%를 차지하고 있는 현재 우리의 발전원별  비율에 따른 것이고 재생에너지 확대에 따라  1년 전 432g 대비 소폭 감소한 수치이다. 

반면 가솔린 1l  연소에 발생하는 탄소 배출량은 2.3 kg이 된다. 

이렇게 보면 전기차는 1년에 1,272 kg = [(15,000 km / 5 km/kWh) x 0.424 kg/kWh] 인 반면, 내연기관차는 1년에 3,450 kg = [(15,000 km / 10 km/l) x 2.3 kg/l]로 내연기관차가 2.7배의 이산화탄소를 더 배출하게 되는 것으로 차이가 확연하게 드러난다. 

전력 발전기와 내연기관의 효율 비교

위에서 그냥 고개를 끄덕이며 그렇군 하고 지날게 아니라, 한발 더 들어가면 전기도 연료를 태워서 발생하는 것 아닌가? 하는 의문이 드든 분이 여럿 계실 것이다. 발전 시 탄소 배출량이 없는 재생에너지와 원자력의 비중이 30%를 차지하곤 있지만 톤당 휘발유 대비 2배의 이산화탄소를 발생시키는 석탄도 40%가 되기 때문에 발전원 때문에 탄소 발생량의 차이가 있다고 볼 수도 없고 다른 이유가 있는 것이다. 맞다. 둘 사이에는 효율의 차이가 존재한다. 

둘 사이의 효율 차이의 원인은 2가지 정도로 요약되는데,

첫째, 연소 방식의 차이에 있어서다. 발전기는 연소로 인한 열 에너지를 중간 매개체인 증기나 연소가스를 통해 터빈을 회전시켜 다시 이 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 과정을 겪고 내연기관은 연료를 직접 연소하며 발생하는 폭발력으로 직접 기계적 에너지를 얻게 되는 과정에서 내연기관에서 훨씬 많은 열 에너지 손실이 발생하게 된다. 

둘째, 부하 변동에 따른 발전량 조절이 발전은 전체 전력망 그리드 내에서 진행되기에 급격고 잦은 부한 변동이 발생하지 않는 반면 자동차의 경우 상황에 따른 잦은 엔진 출력 조정이 필요하기에 연료 낭비가 더 발생하게 된다. 이러한 결과로 대략 발전기의 효율은 30~40%로 보는 반면 내연기관의 경우는 20~30% 정도로 차이가 존재하게 된다. 결국 이러한 에너지 효율의 차이가 탄소 발생량의 차이를 보이게 되고 무탄소 전력원이 가세하며 전기차와 내연기관자동차의 탄소 발생량차이를 더욱 키우게 되는 형상이라 보면 된다. 

 

더해서,

재생에너지 발전을 확대하고 원전의 이용율도 높이게 된다면 탄소중립 여정에서의 전기차 기여에 대한 의심을 완전히 없앨 수 있지 않을까 싶다.