누가 디젤 트럭과 경쟁할 수 있을까?

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-01-13 10:32:29
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- 운송에서 나오는 배출가스가 현재 온실가스 배출량의 거의 20%를 차지
- 무공해 모델에는 세 가지 기술, 인산철 리튬배터리, 리튬 전기차, 수소차
- 전지를 사용하는 드라이브는 현재 특히 600km 미만의 거리에 적합
- 현재 경제적 수준에서 디젤과 경쟁할 수 있는 지속 가능한 기술은 없다.
- 화물 유형과 인프라가 결정적

누가 디젤 트럭과 경쟁하는가?
배터리와 수소 트럭은 곧 경쟁력이 될 것, 경로와 충전량에 따라 다름


경쟁:
과학자들은 트럭 교통의 에너지 전환이 성공할 수 있는 기술을 조사했다.
이를 위해 배기가스가 없는 드라이브 유형과 디젤 트럭의 경쟁력을 비교했다. 

이에 따르면 연료 전지가 경쟁력을 갖추기 전에도 무겁지만, 저렴한 배터리 차량이 더 짧은 운송 경로를 지배하게 될 것이다. 그러나 현재로서는 지속 가능한 기술이 디젤 트럭을 따라갈 수 없다. 

▲ 교통 전환을 위해 트럭 교통도 기후 중립적이어야 한다. 미래에 디젤 드라이브를 대체할 기술은 애플리케이션에

따라 다르다. © Milos-Muller / GettyImages


기후 변화가 견딜 수 있는 수준으로 유지되려면 인류는 2050년까지 온실가스 배출량을 0으로 줄여야 한다. 우리 정부도 2021년 10월 28일 국회 시정연설에서 2050년까지 탄소 중립을 시행하겠다는 목표를 밝혔다. 독일은 심지어 이 목표를 2045년으로 설정했다.

위와 같은 목표를 달성하려면 운송 부문도 기후 중립적이어야 한다. 운송에서 나오는 배출가스가 현재 온실가스 배출량의 거의 20%를 차지한다. 여객 수송 외에도 트럭으로 화물을 운송하는 것도 결정적인 역할을 한다.
▲ 그림 1. 차량 주행범위, 최대 차량 총 중량 및 트럭 추진 기술을 기반으로 현재 시장에 나와 있거나 상용화 중인 BET 및 FCET 요약. (출처: 관련논문 Cost-effective technology choice in a decarbonized and diversified long-haul truck transportation sector: A U.S. case study / Journal of Energy Storage Volume 46, February 2022, 103891)

미국 시장을 기준으로 한 비교

독일 뮌스터 대학의 루카스 마울러(Lukas Mauler)가 이끄는 연구팀은 운송 부문에서 기후 목표가 어떻게 구현될 수 있는지 결정하기 위해 현재 트럭의 무배출 구동 기술이 디젤 동력 경쟁자와 얼마나 경쟁력이 있는지 조사했다.

과학자들은 상대적으로 저렴한 디젤 가격으로 인해 탈 탄소화가 훨씬 더 어려운 미국 시장의 예를 사용해 비교를 모델링했다. 팀은 현재 또는 가까운 장래에 시장에 출시될 총 21대의 소위 제로 배출 트럭을 기존 디젤 트럭과 비교했다.

현재 무공해 모델에는 세 가지 기술이 사용된다.
즉, 인산철 리튬 배터리 또는 니켈이 풍부한 배터리를 사용하는 전기 드라이브와 수소의 도움으로 작동되는 연료 전지다.

다양한 주행 거리 외에도 이러한 유형의 드라이브에는 무게나 주유 또는 충전 시간에도 차이가 있다. 연료 전지는 배터리를 충전하는 동안 운전자가 계속 운전할 수 없기 때문에 화물 운송업체의 비용 계산에서 특히 중요한 역할을 한다. 과학자들은 모델에서 이러한 요소도 고려했다.

첫 번째 배터리, 다음으로 수소

분석에 따르면 현재 경제적 수준에서 디젤과 경쟁할 수 있는 지속 가능한 기술은 없다.
현재 경쟁력에 가장 근접한 것은 배터리 기반의 전기 구동이다. 비교적 높은 무게에도 불구하고 디젤 ​​엔진은 특히 수소 드라이브보다 짧은 운행에서 디젤에 대항할 수 있다.

"미국 시장에서 수명이 긴 리튬-인산철 배터리 또는 더 가벼운 니켈이 풍부한 전지를 사용하는 드라이브는 현재 특히 600km 미만의 거리에 적합하다"고 Mauler는 설명했다. "이 표시 이상에서 연료 전지는 구동 중량 및 짧은 급유 시간 면에서 점점 더 자신의 장점을 보여줄 수 있다.“

연구원들에 따르면 수소 가격이 현재 13달러 수준에서 10달러 미만으로 떨어지면 수소 기술이 효율성에서 우위를 점할 수 있는 운송 거리가 200km 더 줄어들 것이라고 한다.
2030년까지 1kg의 녹색 수소를 생산하는 비용이 2달러 미만으로 떨어질 수 있다는 예측도 있다.

▲ 그림 3. 현재 미국에서 현재 기술 수준에서 현지 CO2가 없는 트럭을 위한 비용 효율적인 기술 선택 규제 및

에너지 가격.


화물 유형이 결정적

가장 비용 효율적인 디젤 대안을 선택할 때 운송할 상품도 중요한 역할을 한다.
예를 들어 소포나 냉장고와 같은 가벼운 상품을 운송하는 경우 트럭은 빠르게 적재량의 한계에 도달한다. 화물이 액체 또는 건축 자재인 경우 중량 제한이 결정적이다.

드라이브 기술은 그에 따라 조정되어야 한다.
인산철 리튬 배터리는 현재 상당히 저렴하고 컴팩트하지만 수소 기술과 달리 무겁고 주행 거리가 짧다. 이 모든 것은 또한 각 드라이브의 비용 효율성에 중요한 역할을 한다.

공동 저자인 Laureen Dahrendorf는 "용량이 제한된 운송에서는 구동 중량이 종속적인 역할을 하기 때문에 저렴한 리튬 인산철 배터리가 유리하다"고 설명했다. "무게가 제한된 경우 경로의 길이에 따라 더 가벼운 니켈이 풍부한 배터리 또는 연료 전지 드라이브가 가치 있는 화물 용량을 덜 제한하기 때문에 특히 적합하다.”

인프라가 중요

과학자들이 계산한 미래 시나리오에 따르면, 기술 간의 관계는 향후 몇 년 동안 다시 바뀔 것이다. 지속적인 기술 개발 덕분에 니켈이 풍부한 배터리는 단거리에서도 리튬 인산철 배터리 경쟁자를 압도할 것이다. 한편, 수소 가격 하락으로 인해 연료 전지로 구동되는 트럭은 장거리 운송에서 점점 더 비용 효율적이 되고 있다.

연료 비용을 낮추는 것 외에도 과학자들은 공급망의 전국적인 확장도 필수적이라고 믿는다. “신호는 장거리 운송의 탈탄소화를 분명히 가리키고 있다. 이를 위해서는 충전소, 고속 충전소 및 수소 충전소가 설치되는 속도가 결정적인 역할을 할 것이라고 선임 저자인 Jens Leker는 강조했다.
(Journal of Energy Storage, 2022; doi: 10.1016 / j.est.2021.103891)
출처: Universität Münster 뮌스터 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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