배터리 전기 자동차에 대한 현재의 문제와 다가올 미래
배터리 전기 자동차 시장이 전 세계 자동차 시장에서 점점 더 그 점유율을...



    • 배터리 전기 자동차에 대한 현재의 문제와 다가올 미래

    배터리 전기 자동차 시장이 전 세계 자동차 시장에서 점점 더 그 점유율을 올리고 있다. 2040년에는 5억에서 16억여 대의 배터리 전기 자동차 시장이 예측되기도 한다. 하지만 배터리 전기 자동차에는 여전히 해결해야 할 문제들이 많다. 친환경이라고 말할 수 없는 부분도 있다. 현재의 배터리 전기 자동차 산업의 문제는 무엇이고 향후 자동차 시장의 미래를 어디에서 찾아야 할까?

    2020년 9월 23일, 캘리포니아 주지사 개빈 뉴섬(Gavin Newsom)은 2035년까지 휘발유 자동차, 즉 내연 기관(internal combustion engines, ICEs) 자동차의 판매를 금지하는 행정 명령을 발표했다. 이는 모든 캘리포니아 거주민들의 라이프 스타일을 바꾸겠다는 신념에 기반하고 있으며, 캘리포니아의 교통 우선순위를 완전히 재편성하겠다는 의미이다.

    내연 기관으로 구동되는 자동차에 대한 대체, 그것도 대량 생산이 가능한 대안을 이들은 배터리 전기 자동차(battery-electric vehicles, BEVs)로 보고 있는 것 같다. 그리고 캘리포니아의 행정 명령과 같은 조치는 배터리 전기 자동차라는 불가피한 선택이 전 세계적으로 채택될 것이라는 가정 하에 이뤄진 것이다.

    그러나 2035년 또는 2050년까지 배터리 전기 자동차로 전 세계 자동차 수요를 충분히 만족시킬 수 있을까? 이것은 현재로서는 너무나 터무니없는 일처럼 보인다. 한계가 명확하고, 여러 미해결 문제들이 뒤엉켜 있기 때문이다.

    오늘날 미국 자동차 소유자의 8%만이 배터리 전기 자동차를 소유하거나 리스로 이용하고 있다. 전 세계적으로 확대해보면, 전기 자동차는 전 세계의 도로를 달리는 경차의 약 1%를 차지하고 있다. 또한 블룸버그 뉴 에너지 퓨처스(Bloomberg New Energy Futures)의 낙관적 예측에 따르더라도, 연간 전기 자동차 판매는 2039년 또는 2040년까지 판매되는 전체 자동차의 약 절반, 즉 연간 약 6천만 대에 불과할 것으로 나타나고 있다. 그럼에도 불구하고 실제로 도로를 달리는 차량의 66%에는 여전히 내연 기관일 것이다.

    따라서 미국 전기 자동차의 절반이 캘리포니아에 등록되어 있고, 캘리포니아에도 이미 수요 관련 경고 신호가 나오고 있다는 점을 감안했을 때 불과 20년 만에 이루기에는 이는 너무나 큰 도약이다. 캘리포니아의 4가지 주요 통계는 다음과 같은 현실을 보여주고 있다.

    1. 고학력의 재정적으로 부유한 소비자들이 현재 전기 자동차의 주요 소유자이고, 그 외 대부분의 나머지 인구에게 전기 자동차는 확산되지 않고 있다. 좀 더 냉혹하게 말하자면, 배터리 전기 자동차의 대부분은 실용적인 운송 수단이 아니라 단순한 ‘기호’의 선택 사항일 가능성이 더 높다. 소수의 사람들은 전기 자동차의 실용성을 강조할지 몰라도, 일반 대중에게는 이들이 주장하는 실용보다 좀 더 실용적이어야 할 필요가 있다.

    2. 전기 자동차 주행 거리는 연간 평균 5,000마일을 약간 상회하는데, 이는 대부분의 배터리 전기 자동차가 가족의 주력 차량이 아닌 보조 차량으로 주로 사용됨을 나타낸다. 이는 전기 자동차가 보유한 시장 점유율에 자연스러운 상한선이 있음을 의미한다.

    3. 전기 자동차 소유자의 증가 비율이 가솔린 자동차로 다시 전환되고 있다. 이것은 여러 가지 이유를 제거해버리면, 전기 자동차를 대부분의 인구가 보편적으로 선호하기에는 여러 문제가 있다는 것을 보여준다.

    4. 더 크고 더 무거운 스포츠 유틸리티 자동차(SUV)가 현재 전체 신차 판매의 절반을 차지하고 있다. 이들 중 대부분은 하이브리드로 구동된다.

    더 의미심장한 것은 전기 자동차에 대한 인센티브가 부족한 주에서는 전기 자동차 시장 점유율이 빠르게 늘고 있지 않다는 점이다. 구체적으로 말하면 미국인의 88%가 캘리포니아 외부에 살고 있고, 압도적으로 많은 이들 인구가 소유한 전기차는 미국 내 전기차의 50%에 불과하다.

    왜 이러한 현상이 발생하고 있을까? 전기 자동차를 소유하지 않는 것이 현재로서는 더 합리적이라고 판단하기 때문이라고 추정된다. 그것은 전기 자동차를 소유하는 데 있어 여러 선택 요소 중 하나 혹은 그 이상과 관련된 것이다.

    - 짧은 주행거리에 대한 불안감: 이 불안감은 전기 자동차의 단점과 관련하여 가장 많이 인용되는 요소이다. 즉, 오늘날 전기 자동차는 여전히 적은 용량의 배터리로 인해 주행 거리가 제한되어 있다. 시중에 나와 있는 저렴한 전기 자동차의 대부분은 주행 거리가 130마일을 약간 넘는 수준이다.

    - 긴 충전 시간: 테슬라와 포스쉐가 상당한 개선을 이루었지만 충전은 여전히 ​연료탱크를 채우는 것보다 훨씬 더 많은 시간을 필요로 한다. 자동차에 연료를 넣는 전통적 방식은 수분 밖에 걸리지 않는다.

    - 여행 계획의 애로: 짧은 주행거리와 긴 충전 시간은 여행 계획에 세우는 데 부담을 줄 수밖에 없다. 더군다나 충전소의 위치를 ​​모르면 전기 자동차로 속도감 있는 여행을 계획할 수 없고, 충전소에서 대기하는 시간까지 감안하면 여행 계획을 세우는 데 큰 어려움이 발생한다.

    - 도심 내 이용 국한: 사실 전기 자동차는 대부분 도심 내 이용에 적합하다. 도심 내에서는 이동시 주행 거리에 대한 제한이 줄어들고, 대도시 지역에 훨씬 더 많은 충전소가 있기 때문이다.

    - 친환경에 대한 오해: 전기 자동차가 모두 친환경적인 것은 아니다. 단 하나의 배터리 전기 자동차를 만드는 데 필요한 것이 무엇인지 이해하거나 질문하는 사람은 거의 없을 것이다. 특히, 해외에서 채굴된 광물과 금속으로 리튬이온 배터리를 만들고 폐기하는 과정은 대부분 재활용이 불가능하기 때문에 환경오염을 유발하고 있다. 전기 자동차 산업의 성장과 관련된 사슬에서 가장 약한 고리가 바로 소재 공급망인 이유가 여기에 있다. 일부 분석가들이 예측하는 만큼 수요가 증가하고, 배터리 전기 자동차 산업의 계획된 성장을 달성하는데 소요될 광물과 금속을 고려하면 이 문제는 결코 간과할 수 없는 요소가 될 것이다. 더군다나 전기 자동차에 필요한 전기 공급도 문제다. 전력 그리드가 실질적으로 업그레이드되지 않는 한 모든 전기를 생성하고 전달하는 것은 현재의 가용 용량을 초과할 것이다. 화석 연료 발전소는 이산화탄소를 생성하고 원자력은 대부분의 전기 자동차 지지자에게 문제가 된다. 풍력, 태양광 모두 고유한 단점이 있다. 전기 산업에 거대한 변화가 있기 전까지, 테슬라, 볼트, 리프 등의 전기 자동차가 구동하는 데 드는 전력은 주로 천연 가스, 우라늄, 석탄으로 생산될 것이다. 2020년, 수력 발전을 포함한 재생 가능 에너지는 미국 전력의 20%만 생산했을 뿐이다. 천연 가스가 41%, 원자력이 20%, 석탄이 19%를 생산했다.

    - 고가 자동차: 미국 시장에서 판매되는 배터리 전기 자동차의 범위가 증가하고 있고 고급 모델의 경우 자동차 가격이 10만 달러는 훌쩍 넘고 있다. 폭스바겐의 골프 E 또는 닛산의 리프와 같은 저렴한 모델이 있지만 전기 자동차는 여전히 화석 연료를 사용하는 동급 모델보다 훨씬 더 비싸다. ‘자동차 총수명주기 소유비용’은 정부 보조금과 전기 사용에 따라 다소 줄어든 것은 사실이지만, 이러한 인센티브가 향후에도 계속될 것이라는 보장은 없다.

    - 수리 애로: 전기 자동차는 일반 자동차 샵에서 비용 대비 효율적으로 수리를 받을 수 없다. 유형과 모델에 관계없이 순수 전기 자동차는 안전 표준을 충족하기 위해 독점적인 유지 관리 및 서비스 절차에 의존해야 하고, 수리에 드는 비용 또한 크다.

    - 과도한 무게: 테슬라 모델 X와 같은 일부 고급 모델에서는 배터리 팩의 무게만 1,000파운드 이상이다. 일반적인 전기 자동차의 무게는 4600파운드가 넘는데, 무거운 차량은 더 많은 타이어 마모, 더 많은 에너지 소비와 유지 보수, 더 많은 이산화탄소 발생을 의미한다.

    - 저온 문제: 겨울이 더 춥고 많은 눈이 오는 지역인 경우, 배터리 소모가 일상적인 자동차 사용에도 큰 문제를 일으킬 수 있다. 혹독한 겨울 조건에 전기 자동차는 ‘주행 거리  감소’ 혹은 ‘주행 중단’의 사례가 보고되고 있다. 이 문제는 극한의 날씨 상황에서 생명을 위협할 수 있는 것이기도 하다.

    - 낮은 최고 속도: 일부 모델을 제외하고, 대부분의 일반용 전기 자동차는 속도 제한이 있다. 폭스바겐 골프 B와 기아자동차의 소울 EV는 최고 속도가 100마일 이하로 제한되어 있다. 향후 이 문제가 기술적으로든 규제적으로든 해결될지 모르겠지만, 현재로서는 대중 시장에서 문제가 될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

    - 고속 주행에서의 높은 에너지 소비: 광고를 통해 현재 자동차 제조사들이 자랑하는 에너지 소비율은 평균 수치 또는 시내 주행 수치이다. 고속도로를 적용하면 그 수치는 훨씬 낮이지고 심한 경우 최대 50% 이상 효율이 떨어진다.

    - 과적 상황(Heavy Loads)에서의 높은 에너지 소비: 배터리 팩이 아무리 강력하고 크더라도 과적 상황 조건에서 전기 자동차는 에너지가 빠르게 소모된다.

    - 산업 분야의 혼란: 배터리 전기 자동차의 대량 채택은 자동차 이외의 다양한 산업 분야를 혼란에 빠뜨릴 수 있다. 2035년까지 내연 자동차를 퇴출시키겠다는 캘리포니아의 목표가 미국 전체로 확산된다고 가정하면, 광범위한 산업 분야에서 큰 혼란이 일어날 것이다. 엔진 부품, 연료 분사 시스템 등의 관련 제품 기업뿐만 아니라 화석 연료를 기반으로 존속하는 기업들이 모두 큰 영향을 받게 될 것이다. 수백 만 명의 실직에 따른 추가적인 사회 안전망 구축, 즉 실업에 대한 금전적 대책, 새로운 일자리를 만들고 교육을 시켜야 하는 사회적 비용도 고려해야 할 것이다. 물론 이러한 일이 갑자기 일어나지는 않겠지만, 충분한 준비와 타당성 검토가 반드시 선행되어야 한다.

    - 자동차 제조사들의 고민: 일부 자동차 제조사의 경우 배터리 전기 자동차로의 전면적 전환을 홍보하고 있지만, 주요 제조사들이 모두 이러한 전환에 전적으로 동의한다고 볼 증거는 없다. 거의 모든 주요 자동차 제조사들이 라인업에 최소 한 대 이상의 전기 자동차를 보유하고 있지만, 전기 자동차로의 100% 전환에는 회의적일 수 있다. 특히 제3세계 국가와 시장을 보면 더욱 그렇다. 이러한 제3세계 국가와 시장은 전기 자동차를 실질적으로 사용할 수 없는 환경적 요인을 갖추고 있다. 세계 최대 시장인 중국조차 전기 자동차로의 전환을 야심차게 추진하고 있지만 실행 과정에서 큰 어려움을 겪고 있다.

    위와 같은 여러 요인들이 복합적으로 작용하여 전기 자동차는 각 국가와 정부의 적극적인 추진에도 불구하고 내연 자동차를 완전히 대체하는 데 상당한 시간과 노력을 필요로 하게 될 것이다. 산업의 대전환에는 경제적 이유뿐만 아니라 정치적 규제와 인센티브, 사회적 합의가 필요하기 때문이다.

    이러한 추세를 감안할 때 우리는 향후 배터리 전기 자동차에 대해 다음과 같은 예측을 내려 본다.

    첫째, 2030년까지 미국 내 각종 전기 자동차 판매가 신차 판매의 25% 이상을 차지할 것이다.

    카구루스(CarGurus)의 미국 자동차 소유자 설문에 따르면 응답자의 30%는 5년 이내에, 52%는 10년 이내에 한 대 이상의 전기 자동차를 소유할 것으로 조사되었다. 이는 전 세계의 전기 자동차 시장 점유율 예측보다 높은 수치인데, 인구 통계적으로 미국의 자동차 소유자들이 대부분의 다른 선진 국가들의 자동차 소유자보다 더 젊기 때문이다. 결론적으로 미국은 전 세계 자동차 제조사들이 여전히 첨예하게 경쟁하는 세계 최대의 시장이 될 것이란 점이다.

    둘째, 자동차 산업계의 전기 자동차 판매 목표 달성은 비용, 장기적 신뢰성, 소유, 물류. 환경과 직접적으로 관련된 여러 장벽을 극복하는 데 달려 있다.

    바이든 행정부는 ‘2021 인프라 법안’을 통해 미국 내 50만 개의 충전소 구축에 자금을 지원함으로써 전기 자동차 채택의 가장 큰 장벽 중 하나를 해결할 계획이다. 그러나 그 외의 또 다른 장벽 또한 많이 남아 있다. 이러한 장벽은 정부 외 유관 산업계에 속한 모든 구성원들이 함께 고민하고 해결해야 할 것이다.

    셋째, 향후 20년 동안 전기 자동차의 시장 점유율 목표를 달성하는 데 가장 큰 장벽은 배터리 생산에 필요한 자원에 있을 것이다.

    캠브리지 대학 명예교수 마이클 켈리(Michael Kelly)의 연구에 따르면 2040년에 전 세계적으로 판매될 것으로 예상되는 6천만 대의 차세대 전기 자동차를 생산하려면 배터리를 제조하는 데만 다음과 같은 엄청난 양의 자원이 필요하다.

    - 전 세계 연간 구리 생산량의 100% 이상
    - 전 세계 연간 코발트 생산량의 400% 이상
    - 전 세계 연간 탄산리튬 생산량의 150% 이상
    - 전 세계 연간 네오디뮴 생산량의 200% 이상

    2019년 전 세계 자동차 총판매 대수는 총 6,500만 대로 2040년까지 연간 1억 2,000만대로 증가할 것이다. 오늘날 전 세계 도로에는 12억 대의 차량이 있으며 2040년에는 16억 대에 이를 것으로 예상된다. 이러한 사실만 고려해도, 내연 기관 자동차를 배터리 전기 자동차로 모두 대체할 수 있을 만큼 채굴 가능한 광물 매장량이 세계에 충분하지 않음을 알 수 있다.

    넷째, 2040년까지 전 세계 자동차의 3분의 1, 즉 5억 2,800만 대가 배터리 전기 자동차로 교체되면 전례 없는 폐기물 처리와 환경 위기가 등장할 것이다.

    블룸버그는 2040년까지 전 세계 자동차의 33%, 즉 총 16억 대 중 5억 2,800만 대가 배터리 전기 자동차로 대체될 것으로 예측하고 있다. 이것이 실현되면, 5억 2,800만대의 전기 자동차에 전력을 공급하는 5,280억 파운드의 리튬 이온 배터리가 향후 수십 년 안에 폐기되어야 한다는 의미가 된다. 더욱이 전기 자동차 1대에 필요한 1,000파운드 배터리를 위해 약 50만 파운드의 광석이 채굴되어야 하는데, 세계 주요 광물 수출국인 콩고와 같은 국가에 대한 생태학적 영향은 상상할 수 없을 정도의 문제를 일으킬 수 있다.

    다섯째, 환경에 대한 부정적 영향과 제한된 혜택을 감안할 때 배터리 전기 자동차는 2030년까지 연료 전지 전기 자동차를 포함한 새로운 우수한 솔루션들로 대체될 것이다.

    80년대 아날로그 휴대 전화처럼 배터리 전기 자동차는 보다 고도화된 솔루션을 위한 준비 단계의 시장일 수 있다. 배터리 전기 자동차가 전 세계의 내연 기관 자동차를 모두 대체하는 데 완전하게 적합하다고 볼 수 없기 때문이다. 따라서 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 솔루션들이 등장하고 있다. 지금까지 연료 전지 전기 자동차는 가압된 수소나 오염된 메탄올을 다루기 어려웠기 때문에 수용이 제한적이었다. 그러나 탄소가 없는 액체 암모니아를 효율적으로 제조하고 사용하는 등의 주요 돌파구들이 열리면서 보다 나은 솔루션으로 갈 수 있는 길이 열리고 있다. 예를 들어, 암모니아는 깨끗하고 운송이 쉬우며 오늘날의 가솔린 ​​기반 시설과도 거의 대부분 호환될 수 있다. 한편, 새로운 연료 전지 촉매로 기존의 백금 촉매와 관련된 높은 비용과 환경 문제들도 제거되고 있다.

    Reference:
    1. CFACT. May 21st, 2021. Ronald Stein. A bust to the EV growth projections may be in the making.

    2. BloombergNEF. 2021. Colin McKerracher, et al. Electric Vehicle Outlook 2021.

    3. CarGurus. March, 2021. CarGurus. Electric Vehicle Sentiment Survey – United States.

    4. RealClearEnergy.com. February 10, 2021. David Ferris. Study Reveals EV Secret: They’re Driven Less.

    5. OilPrice.com. May 03, 2021. Irina Slav. 18% Of EV Drivers In California Switched Back To Gasoline Cars.

    6. Repairer Driven News. January 6, 2021. John Huetter. IHS Markit: SUVs, crossovers likely reached 50% market share; trucks probably hit 20%.

    7. CAPX. 8 June 2020. Professor Michael J Kelly. Until we Get a Proper Roadmap, Net-Zero is a Goel Without a Plan.