1. 도입

○ 이 백서는 전기자동차, 하이브리드 자동차, 전력저장장치, 바이오연료, 천연가스 그리고 수소연료전지와 같은 연료와 혁신적인 청정기술 투자를 진행해 온 미국 교통기관의 실질적인 발전결과를 검토하는 것임

- 실제로 미국의 연방 교통정책과 주 교통정책 그리고 인센티브 정책에 의해 추진된 청정 기술은 매우 발전한 상황임

 

2. 청정에너지, 에너지 효율성 그리고 클린 연료분야에서의 교통분야의 리더십

○ 교통분야의 청정하고 효율적인 기술 도입 분야는 다음과 같음

- 전기자동차와 디젤-전기 하이브리드 : 추진력을 전기모터에서 발생시킴

- 회생제동과 에너지 저장장치 : 제동시스템으로부터의 에너지 저장

- 바이오연료 : 에탄올, 바이오디젤과 같은 살아있는 개체로부터의 연료 창조

- 천연가스 자동차 : 압축천연가스(CNG)나 액화천연가스(LNG)로 구동되는 자동차

- 수소 연료전지 자동차 : 연료전지에 압축수소를 주입함으로써 구동되는 자동차

 

○ 미국의 교통기관은 청정 기술과 청정 연료로 기존 시스템을 대체하기 위한 노력을 지속적으로 전개해 옴

- 대체연료를 사용하는 버스의 비율은 1992년 2%에서 2011년 36.6%로 증가함

- 대체연료를 사용하는 승용차의 비율은 3.2%에 불과하며, 이것도 대부분이 에탄올 [flex fuel] 자동차(100% 에탄올이나 휘발유 또는 두 혼합물을 모두 연료로 사용할 수 있는 차량)임

 

2-1. 전기자동차와 하이브리드 자동차

○ 전기 및 하이브리드 자동차가 대중의 관심을 많이 받았지만, 미 교통부는 디젤-전기 하이브리드 버스 적용을 우선하여 추진했고 일부 휘발유-전기 하이브리드 버스와 순수 전기자동차 보급도 추진함

- 디젤-전기 하이브리드 버스는 기존 디젤 버스보다 연료효율성이 14%~48% 정도 우수하며 배출가스 감소 효과도 큼

- 하이브리드 버스는 1990년대에 시작되어 2005년 이전에는 0.5% 미만이었으나, 2005년에는 40개 이상의 운영기관이 이를 보유하여 1% 이상으로 성장함

- 2011년까지, 약 9%의 버스가 디젤-전기 또는 휘발유-전기 하이브리드 방식이며, 신규 버스 주문량의 약 17%가 하이브리드 차량임

 

○ 하이브리드 버스 도입현황

- 뉴욕시 MTA : 하이브리드-전기 버스 도입의 선두주자로, 12011년 초까지 5,900대 중 1,600대의 보유량으로 약 28%의 하이브리드율을 기록함

- 필라델피아 SEPTA : 5년 이내에 1,400대 중 절반 이상의 하이브리드 버스를 보유할 계획임

- 워싱턴 WMATA : 2011년 8월 시점에, 총 1,492대 중 548대로 37%의 하이브리드율을 기록하고 있음

- 안하버 교통국은 절반 이상, 샌 와킨 지역교통국은 46%, 볼티모어 MTA는 1/3 그리고 미네아폴리스 교통국은 2012년까지 약 15% 정도의 하이브리드 버스 보유율을 가질 예정임

 

○ 완전 전기자동차 도입현황

- 캘리포니아 Foothill Transit : 전기버스 기술 검토 중

- 워싱턴주 King County Metro : 완전 전기버스 실증화 사업을 위해 연방정부 5백만 달러의 자금지원으로, 트롤리 버스용 급속충전시스템, 버스 내의 하이브리드 시스템 그리고 완전 전기자동차 밴에 대한 기술 적용 중

- 오하이오주 Greater Cleveland Regional Transit Authority : 모든 차량이 전기와 그린 디젤로 전원을 공급받음

 

○ 플러그-인 하이브리드 기술 도입현황

- 캔자스시 Area Transportation Authority : 플러그-인 디젤-전기 하이브리드 준공공교통수단 파일럿 시험 중

- 미시간 Thunder Bay Transportation Authority : 4대의 디젤 버스를 플러그-인 하이브리드 버스로 교체하기 위해 연방정부의 지원을 받음

 

2-2. 회생 제동과 에너지저장장치

○ 미국 교통기관은 전기 철도차량 에너지 소비량 감소를 위해 열차의 제동시스템에서 발생하는 에너지를 캡처하는 회생제동 기술 개발을 진행해 왔음

- 워싱턴 WMATA는 1983년부터 그리고 포틀랜드 TriMet은 1997년부터 회생제동을 사용함

- 뉴욕시 MTA의 New Technologies 지하철은 제 3궤조에 제동에너지를 회생시키고, 보유 전동차의 80% 이상에 회생제동을 사용하는 암트랙( Amtrak)은 전차선을 통해 전기를 전력 그리드로 회생함

 

○ 회생제동시스템이 가진 하나의 도전은, 만약 다른 자동차나 전력 수요분야가 정확한 시간에 준비되지 못하면, 이 에너지는 발열되거나 소실되는 것임

- TriMet은 회생에너지의 약 70% 정도, 필라델피아 SEPTA는 약 30%~50% 정도를 이용하는 것으로 평가함

- 이를 극복하기 위해, 회생제동 기술과 에너지 저장장치와의 통합기술이 개발되고 있음

 

○ 에너지 저장장치 실용화 사례

- 로스앤젤레스 MTA : 2009년, 연방정부로부터 4.5백만 달러의 자금지원을 받아 지하철 1개소에 플라이 휠에 기반을 둔 에너지 저장시스템 실용화사업을 진행 중이며, 약 48%의 에너지 절약이 예상됨

- 샌프란시스코 BART : 철도차량이 생산하는 에너지를 저장하여 사용하는 울트라캐패시터를 연구하고 있으며, 연간 83백만kWh의 전력 소비량을 절감하여, 총 8.7백만 달러를 절감할 것으로 예측됨

- 필라델피아 SEPTA : 열차의 회생제동에서 발생하는 에너지를 변전소에 저장하려고 대용량 리튬-이온 축전지를 사용하기 위한 연구 프로그램을 진행 중임

- 오리건 TriMet : 철도차량에 20개의 온-보드 에너지 저장장치(커패시터) 설치를 위해 연방정부에서 4.2백만 달러의 지원을 받음

- 뉴욕 MTA : 선로변 에너지 저장을 위한 기가셀-축전지 현장시험과 울트라캐패시터를 이용한 온 보드 에너지 저장장치 가능성을 모델링하는 연구를 진행 중임

 

○ 교통기관을 도우려고, 북미대중교통연합(APTA)과 전력연구소(EPRI, Electric Power Research Institute)는 2009년에 교통기관, 전력회사 대표단, 샌디아국립연구소 그리고 다른 관련단체와 컨소시엄을 구성함

 

2-3. 바이오연료

○ 미국 교통기관은 바이오디젤, 에탄올과 같은 바이오연료를 사용하고 있으며, 북미 지역에서는 적어도 40개의 교통기관이 바이오연료로 버스를 운영함

- 샌프란시스코 대중교통국 SFMTA : 미국 최대의 바이오디젤 사용 차량을 보유하고 있으며, 20% 바이오디젤 혼합물인 B20을 사용하고 있지만, 온실가스 목표는 B50임

- 센트럴 플로리다 지역교통국 LYNX 시스템 : 2009년 미국에서 최초로 자체 바이오디젤 연료공급 시스템을 설치한 첫 번째 회사로, B20을 사용함

- 콜로라도 아스펜의 RFTA : 매년 100,000 갈론의 디젤이나 휘발유를 바이오연료로 교체하고 있으며, 현재 디젤 버스에는 B20 그리고 여름에는 휘발유 트럭에 10% 에탄올인 E10을 사용함

- 세인트루이스와 캔자스 교통기관 : 기존 버스와 엔진에 B20에 대한 실제 성능을 평가하는 현장시험에 2009년~2010년 기간에 참여함

 

○ 2011년, 바이오디젤은 버스의 약 8%, 수요를 원하는 차량의 약 5.5%에 사용됨

- 북미대중교통연합(APTA)에 의하면, 바이오디젤 차량은 새롭게 제작되는 버스의 약 7%이며 교통기관에서 주문되는 주문식 차량의 14% 이상을 차지함

 

2-4. 천연가스

○ 천연가스(압축천연가스, 액화천연가스 또는 혼합)는 1990년대 후반에 버스에 사용되기 시작하여 1996년 2%에서 2011년 18.6%로 성장함

- 북미지역 교통기관 40개 이상이 압축천연가스를 사용하며, 7개 이상의 기관은 액화천연가스를 사용함

- 북미대중교통연합(APTA)에 의하면, 압축천연가스 및 CNG-혼합 버스는 새롭게 제작되는 버스의 약 1/3을 차지함

 

○ 천연가스 사용 교통기관 현황

- 로스앤젤레스 County Metropolitan Transportation Authority : 대체연료 기술을 적용한 미국 최초의 운영기관으로, 2011년 보유 디젤버스 정체 교체에 압축천연가스 차량을 많이 도입함

- 세크란멘토 Regional Transit District : 1993년에 압축천연가스 버스 운행을 시작하여, 미국 최대 이용 기관 중의 하나가 됨

- 댈러스 DART : 2012년 말에 현재의 액화천연가스와 디젤버스를 대체할 459대의 버스를 압축천연가스 버스를 주문함

- 악크론 Metro Regional Transit Authority : 전체 버스의 1/2을 압축천연가스 버스로 사용 중임

 

2-5. 수소 연료전지

○ 수소 연료전지 운영 사례

- 오클랜드 AC Transit : 680대 중 12대의 수소연료전지 버스 도입

- 프린트 Mass Transportation Authority : 2012년 5월, 수소 연료전지 버스를 도입한 최초의 중서부 기관이며, 내년에 추가 구매계획이 있음

- Connecticut Transit : 2010년 후반에 5대의 수소 연료전지 하이브리드-전기기술이 도입된 버스를 보유함

 

3. 관련기관의 정책 지원

○ 연방정부와 주 정부의 정책, 자금지원 그리고 인센티브를 통해, 클린 기술과 연료에 대한 시험과 설치 과정에서의 교통 커뮤니티의 리더십이 중요한 역할을 함

 

3-1. 연방정부 정책

○ 연방정부의 청정 연료와 기술에 대한 새로운 것은 없음

- 1988년 [Alternative Motor Fuels]법은, 에너지부가 도시 지역에서 알코올과 천연가스로 전원이 공급되는 버스의 환경과 안전성 시험에 주 정부와 지역기관이 돕도록 함

- 2009년 [American Recovery and Reinvestment Act]법은, 상기에 기술된 많은 프로젝트를 포함한 여러 가지의 청정 교통수단 구매와 프로젝트에 상당한 자금을 지원함

- 1990년 [Clean Air Act Amendments]법은 [Clean Fuel Fleet Program]을 제정했는데, 이것은 공기 질 문제 해결을 위해 엄격한 배출수준을 만족하는 자동차 보급을 독려하도록 함

- [Clean Fuels Grant Program]은 미연방교통국(FTA)이 유지보수 분야나 오존이나 일산화탄소 배출이 적은 버스용 클린 연료와 추진기술을 지원하도록 함

- [Fuel Cell Bus Program]하에서, 미연방교통국(FTA)은 수소 연료전지 버스 프로젝트를 지원함

- 미연방교통국(FTA)은 버스 전기화 구동기술에 관한 연방 연구를 지원하는 [Electric Drive Strategic Plan]을 이끎

- 미 에너지부의 [Clean Cities Program]은 민관분야 모두가 정보와 리소스를 공유하고 교육을 시행하며 교통정책 변화를 돕고 대체 및 재생연료 적용 프로젝트에 협력하여, 교통기술 발전을 도모하는 약 100개 클린 도시와의 국제적 네트워크를 구축하는 자발적 이니셔티브임

 

3-2. 주 정부와 지역기관의 정책

○ 주 정부와 지역정부도 대중교통에 클린 연료와 기술을 도입하기 위해 다양한 정책과 프로그램 그리고 인센티브를 가지고 있음

- 텍사스 : 1991년 9월 제정법에, 대중교통 차량은 저 배출가스 기술을 사용해야 한다고 명시함

- 필라델피아 SEPTA : 노변 에너지 저장시스템 기술 검토 중

- 뉴욕시 에너지 연구개발청(NYSERDA, New York State Energy Research and Development Authority)은 뉴욕 MTA와 노변 에너지저장장치로 기가셀 축전지 현장시험과 울트라캐패시터를 사용한 온보드 에너지 저장장치 모델링 기술개발을 협력하고 자금을 지원함

- 캘리포니아 : 클린 디젤이나 대체 연료를 사용하고 무배출가스 버스 실증화 프로젝트 등을 통해 도시용 버스와 대중교통 차량으로부터의 대기 오염을 감소시킬 것을 목적으로 하는 대중교통 자동차법(Fleet Rule for Transit Agencies)을 가지고 있음

- 뉴저지 법은 2007년 회계연도부터 신차 구매 시 대체연료나 개선된 오염제어 기술을 가진 버스만을 구매하도록 규정함