현재부터 2050년까지 축적되는 이산화탄소 배출량은 이 세기 마지막까지의 기후 변화에 큰 영향을 줄 것이다. 2007년 기준 교통은 지구 에너지와 관련된 이산화탄소 배출의 23%를 차지하고 있다. 이러한 이유로 인해 교통부문에서 대안에너지, 저탄소에너지 및 새로운 동력 기술이 더욱 절실해지고 있다.

1. 서론

교통이란 사람과 재화를 운송하는 무역, 사회적 관계를 통해 부와 삶의 질 향상에 있어서 아주 중요한 수단이다. 하지만 이는 사고와 이산화탄소 배출로 인한 오염 등의 부정적인 영향도 있다. 2007년 교통은 전 세계적으로 6.6기가톤의 이산화탄소를 배출했으며 이는 전체의 23%를 차지하였다. 2030년까지는 8.9기가톤, 35%증가가 예상되고 있다. 이에 따라 영국은 80%, 전 세계적으로 50%의 절감 목표로 2050년까지 계획을 수립하고 있다.

영국의 2007년도 온실기수 배출에 영향을 끼친 수단은 다음 그림 1.과 같으며 이는 국외 통행은 배제시킨 데이터이다. 승용차는 전체 영국 국내 배출가스의 대부분을 차지하고 있으며 이는 전체의 반 이상을 차지한다. 사업 및 통근 목적으로 2009년 1/3 이상의 배출가스에 영향을 끼쳤으며 25마일보다 적은 주행거리의 통행으로부터 2/3 이상의 배출가스에 영향을 주었다. 밴과 중차량의 경우 1/3의 배출가스에 영향을 주고 있으며 1990년 이후로 급격히 증가추세를 보이고 있다. 버스의 배출가스 역시 꾸준히 증가하고 있는 추세이다.

그림 1. 영국의 온실가스 배출 현황

2. 기술검토

2.1. 전통방식 자동차의 배출가스를 절감시키는 기술

내부 연소 엔진은 널리 이용가능하고, 발달했으며 상대적으로 저렴할지 모르나 연소 비효율 때문에 작동에 필요한 양보다 더 많은 열을 전환시켜 높은 배출가스를 발생시키는 문제점이 있다. 그림 2.는 전형적인 일반 자동차의 연료가 어떻게 사용되는지를 보여주는 그림이다.

그림 2. 일반 자동차의 연료 소비

위와 같이 연료 손실이 크기 때문에 대책(기술)을 마련해야 하는데, 공기 저항과 롤링에 대한 저항을 줄인 자동차를 만들고 공차중량을 감소시켜 이러한 연료손실 문제를 어느 정도는 해결할 수 있다고 한다. 또한 차량 사용의 효율성 향상을 통해 교통흐름에 따른 적정 신호주기 산정 등의 첨단 교통기술로 정체, 통행시간, 배출가스 등을 감소시킬 수 있다. 또한 저탄소 차량, 전기차량, 플러그 인 하이브리드 등이 그 해결책이 될 수 있다.

2.2. 저탄소차량

저탄소차량은 하이브리드, 플러그인 하이브리드, 전기자동차, Fuel Cell 차량 등으로 분류할 수 있으며, 그 각각의 내용에 대해 살펴보면, 하이브리드 차량은 내부 연소기관과 더불어 배터리와 같은 저장 장치를 통한 전기 기관을 합친 것을 의미한다. 이는 일반 승용차 뿐 만 아니라 밴, 버스 등에서도 사용될 수 있으며 도시교통에 큰 편익을 안겨줄 것으로 기대된다. 또한 정차 시 자동으로 엔진이 꺼졌다가 출발 시 엔진이 켜지는 방식은 배출가스 문제를 해결할 수 있는 하나의 방법이 된다.

플러그인하이브리드는 전기자동차를 직접 플러그인, 즉 전기를 꽂아 충전하여 쓰는 방식으로 최장 주행거리는 배터리의 최대 저장 공간과 밀접한 연관이 있다. 이 역시 밴과 버스에 사용가능하며 배터리 크기, 공간, 용량 등이 커지면 더욱 긴 거리를 주행할 수 있으나 크기, 공간, 용량 등의 제약으로 인해 각 차량의 주행거리에는 한계가 있을 수밖에 없다.

전기자동차는 오직 동력과 모터, 배터리로만 구성된 자동차를 의미하는 것으로 하이브리드나 플러그인 하이브리드에 비해 단순한 시스템을 가진다. 이는 도심지 교통보다는 교외지역에 보다 적합한 형태이다. 이 차량은 전기 가격에 비해 주행거리의 효율성이 좋으며 배출가스가 전혀 없다는 장점을 가진다.

Fuel Cell 차량은 전기를 차량 구동에 있어 기본적인 근원으로 사용하는 차량을 의미하는 것으로 넓은 의미에서는 전기자동차와 같다고 할 수 있다. CO2배출량이 전혀 없기 때문에 환경문제를 발생시키지 않으며 Fuel Cell은 화학적 연료 즉 수소, 메탄올, 천연가스 등을 전기에너지로 변환시켜서 사용하기도 한다.

2.3. 저탄소 대체 에너지

화석연료, 특히 석유는 교통에서 가장 많이 사용되어 오고 있는 연료이다. 하지만 결국 이러한 연료는 고갈되게 마련이고 이런 상황이 벌어지기 전에 대처를 해야 한다. 따라서 석유의 탄소배출이라는 단점을 극복할 수 있는 저탄소 대체 에너지의 개발이 시급하다.

저탄소 전기에너지가 이러한 대체 에너지 중 하나가 될 수 있다. 전기에너지는 차량의 연료로서 잠재적으로 인정받아가고 있다. 2050년까지 CO2 80%절감 목표를 달성하기 위해서 전기에너지는 영국에서 저탄소화에 앞장서고 있다. 명확한 CO2 배출량을 계산하기는 힘들지만 장기적으로 봤을 때 새로운 전기 에너지에 대한 투자, 즉 충전 인프라 등은 필수적이라고 할 수 있다.

또 다른 대체에너지로서 바이오연료를 들 수 있는데 이는 바이오디젤, 바이오에탄올과 같은 것으로 도로 교통의 CO2 배출량에 큰 영향을 줄 것이다. 또한 석유 에너지와 매우 유사하기 때문에 인기를 얻을 것으로 예측된다.

전기와 같은 수소에너지는 반드시 생산되어야만 한다고 주장하고 있다. 수소는 내부 연소 기관에서 소비될 수 있으며 고효율성이라는 특성이 있다. 따라서 수소에너지는 미래교통수단의 에너지로서 각광받고 있다.

3. 영국의 기술적 변화

영국은 유럽의 기타 국가보다 역사상 더 많은 배출가스를 배출하고 있기 때문에 앞으로 대체 기술 개발 및 종래의 기술을 사용하여 배기가스의 실질적인 감축을 달성하는 목표를 세우고 있다.

2025년까지 여객차량의 대부분을 디젤 기술을 전형적으로 이용하던 것을 최신 기술로 변화시키고 스파크 점화 솔루션의 첨단 기술을 도입할 것이다. 바이오 연료는 차량의 배출가스를 80gCO2/km보다 더 좋게 할 수 있다. 또한 전기자동차는 현재는 불확실하지만 2035년까지는 전체 자동차의 약 50%가 바이오 연료와 함께 전기연료로 운행될 것으로 예상된다.

4. 정책과 경제적 사정

4.1. 전통 동력방식의 자동차로부터 배출가스 절감

거대시장에서 녹색교통은 그다지 중요하지 않게 여겨지고 있다. 하지만 연비 좋은 차량으로 인한 연료소비 절감에 대한 정보를 명확하게 제시함으로서 녹색교통을 강조할 수 있다. 대부분의 소비자는 차량을 구입할 때 높은 할인을 원한다. 장기적으로 봤을 때 효율이 좋은 자동차 구입 시 세금을 감면해주는 혜택이 필요하다.

또한 배출가스에 대한 정부의 정책이나 기준이 의무적이고 지속가능, 진보적, 강제적이 되어야만 하며 영국의 대다수 자동차가 사업 및 통근 목적으로 사용되기 때문에 대중교통 부문의 발전은 연비 좋은 차량보다 훨씬 더 큰 영향을 끼칠 것으로 기대된다.

4.2. 연료를 통한 온실가스 배출의 급격한 감소 및 저탄소 차량으로의 전환

기존의 내부연소기관 동력방식의 차량에 비해 최근 바이오 연료나 전기자동차의 경우 차량 가격이 훨씬 높기 때문에 정부는 차량할부를 지원해 주는 방식을 고려해야 한다.

또한 새로운 수단의 도입에 앞서 고려되어야 할 중요한 두 가지가 있는데, 하나는 전기자동차와 같은 경우 국제표준 규격, 즉 배터리의 경우 표준 규격이 마련되어야 한다는 점이다. 또 다른 하나는 새로운 수단을 설계하고 만들어내는데 시간이 걸린다는 점을 인식해야 된다는 것이다.

바이오 연료의 경우 가격이라는 장벽이 있는데 이를 해결하기 위해서 실질적인 탄소 세금의 조정이 필요하며 바이오 작물 재배를 하는 농업 관련 정책의 안정화가 필요하다. 전기자동차의 경우는 전기 연료 사용 시 세금 문제가 복잡해 질 수 있다는 문제가 있기 때문에 현명한 대처가 필요하다.

5. 연구 의제

▪ 전통적인 내연연소기관 자동차

이러한 자동차에 대해서 손실을 줄이고, 연소성능을 향상시키며 엔진크기를 줄이고 촉진제 방법 및 배출에너지 리커버리, 엔진 재설계 등의 방법 등의 기술적 측면의 접근이 필요하다.

▪ 저탄소 자동차

하이브리드, 플러그인 하이브리드, 전기자동차와 같은 기술을 널리 채택하기 위해서는 배터리와 같이 에너지를 저장할 수 있는 완벽한 시스템이 중요하다.

▪ 실생활에 비준

실제로 차량과 배출가스 데이터를 측정하여야 하며 이러한 평가가 현재 부족한 실정이다.

▪ 제로탄소를 위한 스마트 인프라

새로운 기술을 적용한 차량의 도입은 필요하며 이를 위해서 공학적 설계, 정책, 경제 및 소비자의 선택 사이의 상호작용이 매우 중요하다. 기술, 서비스, 시스템, 정책은 CO2 절감의 큰 잠재력이 될 것이다.

6. 결론

도로 교통의 배출가스 감소를 위해 우리의 행동습관과 기술의 변화가 필요하다. 이러한 도전의 규모는 2050년 계획에 충분히 만족할만한 향상된 기술을 의미하고 이에 영국 정부는 2008년에서 2020년까지 국내 교통 배출가스의 14%를 감소시키는 것을 제안했다.

하지만 교통 배출가스의 감소량을 많이 줄이면 줄일수록 1990년에 비한 2050년까지 80%의 배출가스를 줄인다는 목표를 충족시킬 수 있는 기간이 더 길어지는 것이다. 이러한 이유로 영국은 장기적인 정치적 지원과 정책을 여러 부문 즉, 자동차, 연료, 전기 공급 등에 의해 효율적으로 시행해야 할 것이다.

▣ 원문제목 : Road transport technology and climate change mitigation