조사보고서 18-01 전기차와휘발유차의 CO 2 배출비교 ( 전과정분석 ) - CO 2 감축비용을고려 - 2018.1.18( 목 ) 대한석유협회미래전략팀
전기차와휘발유차의 CO 2 배출비교 ( 전과정분석 ) - CO 2 감축비용을고려 - < 요약 > 일본도교대연구 ( 미소노마코토명예교수. 일본경제신문. 18.1.7) 구분 [ 주행단계 ] CO 2 배출, 감축비용 비교 [ 제조단계 ] CO 2 배출, 감축비용 비교 연구전제 주요내용 차종 : 닛산의리프 ( 전기차 ) 와노트 ( 휘발유차, 1200cc) 조건 : 일본에서 10 만 km 주행시 연구결과 CO 2 배출 : 휘발유차대비전기차는대당 4.6톤만큼적게배출 감축비용 : CO 2 톤당감축비용은 30만엔 {=(176만엔-36 만엔 )/4.6톤} 연구전제 제조과정에서의 CO 2 배출량은가격 ( 비용 ) 에비례한다고가정 - 제조과정의 CO 2 배출량은공표된데이터가없어가정하여산정 산출값 : 2.32 톤 / 백만엔 [ 제조 + 주행단계 ] CO 2 배출, 감축비용비교 연구결과 CO 2 배출 : 전기차가대당 4.1톤 (=7.3-3.2) 만큼 CO 2 배출이많음 휘발유차대비전기차의대당 CO 2 배출감축효과는 0.5톤 (=4.6-4.1) 로축소 제조단계까지포함시, 주행단계에서의 CO 2 감축효과가거의상쇄됨 CO 2 감축비용은톤당 280 만엔 {(176 만엔 -36 만엔 )/0.5 톤 } - i -
고찰 연구전제에대한고려필요 자동차제조단계의 CO 2 배출량을일본전체산업평균 CO 2 원단위를적용하여자동차가격에비례한다는가정에대한타당성검토필요 - 이에대해, 마코토교수는이러한가정에따른결과값은과소산정되었으며실제로일본국립환경연구소의 LCA 데이터를적용할경우제조단계에서의 CO 2 배출량은더크게산정된다고주장함 ( 이경우전기차는더욱불리해짐 ) 휘발유차로 1,200cc 노트 가아니라 1,800cc 실피 로가정하면, - 연비 ( 약16 km/l) 가나빠지고가격도높아지므로 ( 약 200만엔 ), 전기차 리프 에비해 CO 2 배출이약 30% 정도증가함 - 같은논리로휘발유경차로가정하면 CO 2 감축량이더증가함 < 시사점 > 전기차보급정책 ( 인센티브 ) 에대한합리적인수준재검토필요 마코토교수는현재의전기차가격은고가의리튬이온배터리로인하여과도하 게비싼수준 ( CO 2 배출량이큼 ) 이며, 배터리가격의대폭적인비용감축이전기 차보급의열쇠라고주장함 현재의배터리기술에서전기차보급이급하게이루어지면 CO 2 감축은커녕, 관 련인프라및유지보수를감안할때 CO 2 배출증가로이어질수있다고지적함 동연구는전기차와휘발유차를전과정분석하여비교한것으로, 차량제조단계까지감안하여전기차가휘발유차보다 CO 2 배출이더많을수있 음을실제사례로정량화하여제시함 특히, 일본과자동차산업구조 위상이유사한우리나라로서는친환경차량보급 에있어전기차보다경차휘발유차가 CO 2 배출측면에서더욱유리 ( 최소한동등 ) 하다는논리로활용할수있음 - eg) 경차에현행전기차수준의인센티브필요 단기적으로는경차구매시취득세감면적용시한을전기차와동일하게 2019 년까지 연장추진 ( 또는한시적면제가아닌영구적면제법제화 ) - ii -
전기자동차는지구환경에공헌하는가? ( 일본경제신문. 18.1.7. 미소노마코토 ) 언론등에서는전기자동차 (EV) 를 CO 2 감축의구세주처럼말한다. 사실은어떤가. 자동차의트렌드로 EV 화, AI 화, 차량공유제도가회자되는가운데전기차에따른 CO 2 감축을생각해본다. * 가능한원문에충실하되, 최신현황 / 통계는업데이트하여추가보완함 Ⅰ. 전기자동차 (EV) 개요 전기차 : 차량축전지에의해전기모터를돌리고달리는자동차 ( 외부로부터충전 ) 1.1 전기자동차의장점 1 CO 2 감축 ( 본원고의주제 ), 대기오염방지 (NOx, PM) 2 구동장치의단순성 ( 부품수감소 ) 3 조작성 ( 가속성큼, 자율주행에적합 ) 1.2 전세계전기자동차의판매대수 (2016 년 ) : 200 만대 ( 누계.IEA) 1 일본 : 닛산리프 (2010 년발매. 2012-16 년누계약 35 만대, 르노포함 ) 미쓰비시 imiev(2006 년발매. 2015 년까지누계 8 만대미만, 최근에는대폭감소 ) 2 미국 : 테슬라 S (2012 년발매. 2015 년 5 만대, 2016 년 7.6 만대 ) 3 중국 : 시장점유율 30% 초과. 미국을제치고선두. 하지만전세계 4 륜자동차수는 11 억대를넘는수준으로, EV 는전체자동차대수에서아직 0.2% 수준에불과. 2030 년에 2,000 만대로예상 [ 표 1] 2017년상반기전기자동차판매현황 - 1 -
1.3 다른친환경자동차 1 HV( 하이브리드차. 엔진과배터리가동력. 엔진에서충전 ) 2 PHV( 플러그인하이브리드차. 콘센트를통해외부에서충전 ) 3 노트 e-power( 엔진은충전전용, HV의일종 ) 4 FCV( 연료전지차 ) 5 고연비 저배기가스가솔린 디젤차 [ 표 2] 전기차종류및특징 구동원리 장점 단점 극복과제 모터만으로주행, 전기는외부로부터충전 배출가스, 진동 소음적음, 높은에너지효율 차량가격고가, 긴충전시간, 짧은주행거리 배터리성능향상 ( 에너지밀도증대, 가격인하 ), 충전인프라구축, 충전시간단축 기아레이, 쏘울 GM 스파크 르노삼성 SM3 닛산 Leaf 구동원리 장점 단점 극복과제 HEV : 엔진 ( 주 )+ 모터 ( 보조 ), 화석연료 PHEV : 모터 ( 주 )+ 엔진 ( 보조 ), 전기 ( 충전 )+ 화석연료 내연기관차대비연비우수, 유해가스배출적음, PHEV 는 EV 대비주행거리우수 내연기관차대비구조복잡, 차량가격고가 연비 동력성능향상, 내연기관차대비가격상승최소화 HEV : 현대소나타, 그랜저, 기아 K5, K7 토요타프리우스등 PHEV : GM 볼트 구동원리 모터만으로주행, 수소 + 산소로전기발생 장점 단점 극복과제 배출가스, 높은에너지효율, 짧은연료충전시간, 장거리주행가능 고가의차량가격, 연료공급인프라신규필요 핵심부품및운전장치부품의가격저감, 신뢰성확보, 수소충전인프라구축 현대투싼 토요타미라이, 클라리티등 - 2 -
1.4 세계의동향 1 영국, 프랑스 :2040 년까지가솔린, 디젤차의국내판매금지방침을정부가 2017 년 발표 ( 신문보도에따르면, 영국은대기오염방지, 프랑스는 CO 2 감축이주목적 ) 2 미국캘리포니아州 (CARB):2014 년현재, 판매량의 14% 를 ZEV (Zero Emission Vehicl e, 준 ZEV 포함 ) 으로하는것을의무화 ( 향후, 약 20%, 대상업체확대, HV 는제외 ) 이를달성하지못할경우는타사에서그만큼크레디트구입혹은벌금납부 ( 테슬 라社, 2015 년크레디트는 140 억엔판매로알려짐 ) 또한캘리포니아의신차판매 대수는약 200 만대 / 年 ( 그중 EV, PHV 약 5 만대, 약 2.5%) 3 중국 : 최대시장. 전기자동차의도입추진. 2019 년 10% 의 EV, PHV 를의무화. 가솔 린 디젤차금지를위한로드맵작성중. 정치 경제적의미가다분함 ( 환경중시, 자동차산업지배등 ) 4 독일 : 정부중시. 자동차제작사는 EV 로전환계획 ( 폭스바겐 : 2025 년세계판매의 의 1/4 에해당하는 300 만대를 EV 로추진. BMW 등도 EV 화를추진 ) [ 표 3] 주요자동차제작업체의전기차보급계획 - 3 -
Ⅱ. CO 2 감축효과의계산 : 휘발유차와전기차의비교 2.1 주행시의 CO2 배출량과감축비용 a. CO 2 배출량 닛산리프와닛산노트 (1200 cc) 를비교, 일본에서 10 만 km 주행을가정 리프의연비 :10 km/kwh (40 kwh 의전지로 400 km 주행 ) 노트 (1200 cc) 의연비 : 23.4 km/l (18 km/l~26 km/l 의범위 : 23.4 km/l 이 3 종 ) 휘발유 CO 2 배출계수 :2.32 kg-co 2 /L( 석유연맹 ). 가솔린제조에너지무시 전기의 CO 2 배출계수 : 약 0.53 kg-co 2 /kwh( 경제산업성 환경성 ) [ 표 4] 주행시의 CO 2 배출량 (1 대당, 10 만 km 주행 ) 주행시 1 대당 4.6 톤의 CO 2 배출량감축 b. 감축비용 (cost) 자동차가격 : 리프는 315 만엔 ~399 만엔 ( 보조금은 40 만엔 ), 노트는 139 만엔 ~247 만엔 이므로최저가기준가격차이는 176 만엔 ( 국민경제적관점에서 40 만엔은고려하지 않음 ) 가솔린요금 :130 엔 /L(2017 년 ) 전기료 : 평균 20 엔 /kwh ( 가정용 : 24.2, 산업용 : 17.6 엔 /kwh) [ 그림 1] 닛산노트 vs 닛산리프 - 4 -
[ 표 5] 주행시의 CO 2 배출감축비용 (1 대당, 10 만 km 주행 ) 주행시의감축비용은 (176-36) 만엔 /4.6 톤 = 30 만엔 / 톤 CO 2 2.2 제조시의 CO 2 배출량과감축비용 자동차의라이프싸이클상의 CO 2 배출내용은차종에따라다름. 휘발유차는주행시 CO 2 배출이많지만전기차, 하이브리드차는제조시에도 CO 2 배출이많음. 제조과정의 CO 2 배출량은공표된데이터가없어가정하여산정함. 즉제조과정에서의 CO 2 배출량은가격 ( 비용 ) 에비례한다고가정 (=전체산업평균치적용 ) [ 그림 2] CO 2 배출량 (10만km 주행 ) 일본의 CO 2 배출량 12.3억톤과명목 GDP 530조엔 ( 이상 2015년 ) 의비율은 12.3억톤 /530조엔= 2.32 톤 / 백만엔 ( 제조업평균은이값 ( 전체산업평균치 ) 보다클것으로여겨짐 )(*) 이가정에따르면휘발유차의최저가격 139만엔은 CO 2 배출 3.2톤에해당 (2.32 x 1.39), 전기차 315만엔은 7.3톤 (= 2.32 x 3.15) 에해당함. 전기차쪽이 4.1톤만큼 CO 2 배출이많음. 가격차 176만엔은 2.32 x 1.76=4.1 톤CO 2 에해당 (*) 국립환경연구소 LCA 데이터에따르면, 백만엔당승용차제조 CO 2 배출 3.6 톤, 배터리는 CO 2 4.2톤 ( 단순평균은 3.9톤 ) 이므로, 위의견적 2.32톤은과소산정된것임. 이평균치를사용하면전기차는휘발유차보다 3.9 x 1.76 = 6.9 톤의배출량증가를보임. 또한백만엔당석화제품은 7.7 톤, 시멘트는 134 톤 ( 시멘트제조는 CO 2 생성반응 ) - 5 -
2.3 제조시 + 주행시의 CO 2 배출량과 CO 2 감축비용 휘발유차를전기차로바꾸면제조단계 + 주행단계에서 1 대당 CO 2 배출 4.6-4.1= 0.5 톤감축 ( 수치의정확도는낮지만값이작은것은확실함. 만약국립환경연구 소의단순평균 6.9 톤을사용하면 6.9 4.6 = 2.3 톤배출증가 ) CO 2 배출감축비용은 (176 36 = 140) 만엔 /0.5 톤 = 280 만엔 / 톤 CO 2 으로매우높 음기타비용에는인프라 ( 충전설비 ), 유지보수, 폐차시비용이있음. 이들도 CO 2 배출이동반됨 [ 표 6] 제조 + 주행시의 CO 2 배출량및감축비용 2.4 MIT그룹의계산예 (Financial Times : 일본경제신문비즈니스 2017.11.17) 전기차테슬라가휘발유차미라지보다 CO 2 배출량이큼 (27만km주행) 10만km 주행시의수치는주행시 CO 2 배출량은주행거리에비례한다고가정함. 또한고급차 BMW7의 CO 2 총배출량은 100 톤이상 [ 표 7] MIT그룹의제조 + 주행시의 CO 2 배출량 (1대당, 27만km주행 ) - 6 -
Ⅲ. 고찰 ( 원문번역 ) 3.1 여러데이터, 가정에대한검증 연구결과수치는자동차가격과연비에좌우됨. 과연전기차에상응하는휘발유차종은무엇이있는가? 1,200 cc 가솔린차 노트 가아니라 1,800 cc 가솔린차 살피 로가정하면, 연비가나빠지고 ( 약 16 km/l) 가격도높아지므로 ( 약 200만엔 ) 전기차 리프 에비해 CO 2 배출량이약 30% 정도증가함 ( 바꾸어말하면실피 리프로바뀌면 CO 2 배출이약 30% 정도감축됨 ) 한편경차 ( 가솔린차.600 cc) 로가정하면 CO 2 배출이대폭감축됨. 자동차가격을제조시의 CO 2 배출량에서추정하는가정 ( 평균치적용에대한타당성. 이러한가정에따라도출된추정치는과소산정된것으로실제로국립환경연구소의 LCA처럼제조시의배출은더많음 ( 전기차에불리 ) 3.2 생각해볼점 전기차의졸속한보급은대책이아님. 전기차의가격이너무비쌈 ( CO 2 배출량이큼 ) 주요원인은리튬이온배터리 ( 전기차가고가인이유는배터리때문임. 자동차원가의절반을차지 ) 리튬이온배터리의대폭적인비용감축이전기차보급의열쇠임 비용감축 ( 기술개선 ), 특히리튬이온배터리의비약적인개선이필요. 배터리기술진척추세를보면서전기차보급을추진하는것이좋음 ( 차세대배터리후보는있는가?) 지금의기술에서급하게보급이이루어지면, CO 2 배출감축은커녕인프라및유지보수를생각하면 CO 2 배출증가로이어질수있음. 또한 CO 2 배출감축기술개선의전망을고려하여우리사회에서적정한수준의부담을생각할필요가있음. 그때는다른감축기술과비용퍼포먼스를비교해서우선순위를정해야함 다만전기차등은정치 경제적이유로보급이가속화될가능성이큼. 또한대기오염대책, 포지셔닝 ( 자율운행등 ) 도가속요인으로작용함. 결국, 전기차보급의정도는전기차기술과각국 각기업의전략에의존함 - 7 -
Ⅳ. 시사점 경차구입시현행전기차수준의인센티브필요 마코토교수의연구의자동차전과정분석은전기차가내연기관차보다 CO 2 배출이더많을수있음이실제로제시하였다는점에서큰의미를가짐 - 특히전기차와비교대상으로삼은내연기관차가 1,200cc 휘발유차인점을감안할때, 1,200cc 이하의배기량을가진휘발유차량에서는전기차의 CO 2 배출량이더커질수있다는예상이가능해짐 ( 우리나라의경차는배기량이 1,000cc미만 1) 임 ) - 현재국내전기차보조금정책시행에있어전기차의친환경성이과연충분히담보하고있는지에대한판단을동연구결과만으로판단할수는없겠지만, 적어도분명한것은전기차가국내보조금정책의법적근거인제1종저공해자동차 ( 무배출차량 ) 에부합하지는않는다는점임. 오히려일본국립환경연구소데이터를적용한전과정분석결과로확인된것은전기차가휘발유차 (1,200cc) 보다 CO 2 배출이더많다는점이며이는국내경차기준 (1,000cc 미만 ) 에적용하면그결과는전기차에더불리하게나오게됨 결국국내실정 데이터를활용한전기차의친환경성분석이시급히요구되며, 여기서도출된결과를바탕으로전기차친환경성에부합되는자동차분류재설정이요구됨 - 단기적으로는경차구입시현재전기차구입에따른인센티브와동일한수준의혜택적용필요 (eg. 경차취득세면제를전기차와동일하게 19년까지연장등 ) [ 표 8] 전기차 vs 경차구매시인센티브비교 1) 자동차관리법제 3 조 ( 자동차의종류 ) 및동법시행규칙제 2 조 ( 자동차의종별구분 ), 별표 1( 자동차의종류 ) 2) 적용기한 : 20 년 12 월 31 일 ( 17 년세법개정안본회의통과. 17.12.1~2 일 ) - 8 -
붙임 1 전기차관련국내법적정의및근거조항 - 9 -
붙임 2 자동차세과세현황 - 10 -