Eureka of Don Quixote

바이오연료자동차

미국이 브라질과 함께 바이오연료 보급을 확대하겠다고 하자 세계 곡물시장에 소동이 빚어졌다. 미국이 바이오에탄올을 생산하는 원료인 옥수수 가격을 중심으로 많은 곡물의 가격이 폭등하고 있기 때문이다. 심지어 옥수수 생산으로 유명한 미국 아이오와주의 농지 가격이 지난 2-3년 사이에 평균 60%나 상승하였다 한다. 집값은 같은 기간에 4~5% 상승하는데 그쳤다고 하니 그 정도를 짐작할 수 있다.

바이오연료와 자동차

바이오연료에는 휘발유를 대신하는 바이오에탄올과 경유를 대신하는 바이오디젤 등이 있다. 바이오에탄올은 옥수수나 밀, 보리 등에 효소를 섞어 포도당을 만든 뒤 발효시켜 만든다. 사탕수수를 이용하면 직접 발효도 가능하다. 바이오디젤은 유채작물(식용유와 같은 기름을 추출하는 콩, 유채꽃 등)에서 식물성기름을 추출한 후 알코올과 화학적 결합을 통해 생산한다. 이들이 다른 바이오연료보다 더 각광을 받는 것은 기존의 자동차를 크게 개조하지 않아도 연료로 사용할 수 있기 때문이다.

바이오연료의 장단점

바이오연료의 가장 큰 장점은 에너지를 사용할 때 발생하는 CO₂를 에너지를 얻기 위해 식물을 재배하는 과정에서 식물의 광합성으로 제거한다는 점이다. 물론 계속 재배하면 되니까 석유와 달리 일정한 기간이 지난 후에도 고갈될 염려가 없다. 현재까지 바이오연료를 생산하는 방식이 소규모 플랜트 방식이어서 지역단위로 생산하면 지역의 고용증대 효과를 기대할 수도 있다. 반대로 지구의 기아가 끊이지 않는 상황에서 식량으로 사용할 곡물을 에너지로 소비하기 때문에 윤리적 문제가 제기되고 있으며, 유엔은 작물재배 확대 과정에 심각한 환경파괴가 예상된다고 경고하고 있다. 또 현실적으로 에탄올을 연료로 사용할 수 있을 만큼 대량생산이 가능한 국가가 미국과 브라질을 제외하면 별로 많지 않다는 점은 바이오 연료가 보편적으로 사용되는 연료가 될 수는 없음을 보여준다.

바이오에탄올을 들고 나온 미국의 속사정

브라질은 70년대의 유류파동 이후 자국 내에서 생산되는 많은 양의 사탕수수로부터 에탄올을 생산하여 자동차연료로 사용하였다. 초기에는 휘발유자동차에 에탄올을 섞어 사용했었다. 후에 에탄올을 위한 엔진 개발에 나서 지금은 E10, E85 등과 같이 휘발유에 10% 혹은 85%의 에탄올을 섞어 연료로 사용하고 있다. 그러나 미국 전체에 약 17만개의 휘발유 주유소 중 혼합연료를 보급할 수 있는 주유소는 약 600개소에 지나지 않는다.

그런데 최근 급반전이 시도되고 있다. 2006년 6월 28일 GM, 포드와 크라이슬러 그룹의 수장들은 이들이 에탄올차의 생산을 2010년까지 두 배 늘린 200만대로 증가시킬 계획이라고 밝혔다. 이는 미국에서 판매되는 신차의 10% 이상이다. 여기에 부시대통령은 2006년 1월의 연두교서에서 에너지안보를 내세우며, 나무와 풀 등의 식물섬유(바이오매스)를 원료로 에탄올을 제조하는 기술개발의 중요성을 강조하고 6년 이내에 신기술을 실용화한다는 목표를 발표했다. 이를 제2세대 바이오에탄올이라 하는데, 곡물을 사용하지 않기 때문에 기아문제로부터 조금 자유로워질 수 있으며 산림이 많은 나라라면 자기 사정에 맞는 식물자원을 사용할 수 있다는 점에서 좀 더 확산 가능성이 높다. 다만 대형 플랜트를 필요로 하기 때문에 지역의 고용효과를 기대할 수 없고, 무엇보다 산림파괴가 예상된다. 한편 휘발유와 에탄올의 혼합비율을 자유롭게 바꿀 수 있는 가변혼합연료엔진이 실용화 되어 휘발유만으로도 주행할 수 있기 때문에 에탄올 보급이 가능한 주유소 사정이 나빠도 에탄올자동차의 보급이 가능해진 점도 희소식이다.

미국이 이렇게 에탄올을 강조하고 나서는 데는 숨은 사정이 있다. 미국 내 자동차업체들은 하이브리드자동차 개발에서 일본에게 뒤지고 있고, 경유엔진 기술은 유럽에 뒤지고 있어 유일하게 기술우위를 점하고 있는 친환경차는 에탄올차 밖에 없다. 자신이 우위를 가지고 있는 에탄올자동차를 통해 미국시장을 지키려는 의도가 있는 것이다.

그림: 국내업체인 무등바이오에너지(주)의 홈페이지에 있는 바이오디젤 생산공정(위)과 살겨기름(미강유)에서 추출한 바이오디젤의 공해배출시험 결과(아래) - NOx는 증가하지만 다른 공해물질(특히 PM-미세먼지)은 크게 줄어든다. 이산화탄소(CO2)는 그대로인 것처럼 보이나 작물재배과정에 CO2를 소비하므로 사실은 크게 줄어든다. (http://www.powerbio.co.kr/)

바이오디젤의 현재

최초로 개발한 디젤엔진은 연료로 경유가 아닌 땅콩에서 추출한 바이오디젤을 사용했다고 한다. 지금은 유럽이 채종유나 대두유로부터 대규모 플랜트를 통해 제조하고 있고, 오스트리아와 일본이 폐식용유에서 소규모 플랜트로 생산하고 있다. 미국과 달리 유럽은 디젤에 집착하고 있는 점을 기억한다면 바이오디젤 자동차도 유럽이 중심이 되어 개발할 것이란 점은 쉽게 집작할 수 있다. 바이오디젤은 바이오연료가 갖는 장점 외에도 유황함유량이 적고 경유에 비해 생분해성, 안전성 등이 높은 연료이나 NOx가 약간 증가한다는 점이 단점이다. 또 비록 곡물은 아니지만 식용유가격의 폭등 가능성도 있다.

우리는 아직도 한심한 책임논란에 머물러 있어

우리나라는 바이오에탄올을 생산할 여분의 곡물이 없다. 따라서 관광용으로 재배하는 유채꽃으로부터 생산 가능한 바이오디젤에 관심이 많다. 그런데 우리나라는 온실가스 배출규모가 세계 10위나 되기 때문에 정부는 석유소비를 줄이고자 경유에 바이오디젤을 20% 섞은 BD20의 실용시험을 마쳤고, BD5를 판매하도록 허용했다. 그러나 실제로 유통되고 있는 것은 겨우 0.5%만 함유한 BD0.5이다.

이렇게 된 것은 바이오디젤을 사용했을 때 자동차에 문제가 생기면 정유사와 자동차회사가 서로 책임을 상대방에게 묻겠다고 하기 때문이다. 그러나 선진국의 경험에 따르면 BD20까지는 자동차에 아무런 조치 없이 사용해도 되며, 미국, 브라질, 캐나다 등은 법으로 혼합비율을 강제하고 있다. 따라서 우리도 혼합비율을 법으로 강제할 필요가 있다 할 것이다.

얼마 전 국내 굴지의 한 민간경제연구소 홈페이지에 들렀다가 한 학생이 올린 질문 글을 보았다. 공해 하나 내뿜지 않는 수소연료전지자동차라는 게 있다는 사실에 감탄했다며 언제쯤 그런 자동차를 살 수 있느냐는 질문이었다. 언제부터서인가 정부까지 나서서 금방 수소경제시대가 올 것처럼 떠들고 있으니 청소년들이 허황된 희망을 품고 있는 것 같아서 걱정이다. 이런 허구에 속으면 지금 당장 환경오염을 줄이기 위해 노력해야 한다는 자각이 둔해져 오히려 환경오염이 가속화될 수 있기 때문이다. 그래서 이번 호에서는 중간단계를 훌쩍 뛰어 넘어 먼저 먼 미래의 이야기를 해보자.

수소에너지는 수소를 직접 연료로 사용하는 방법과 연료전지에 사용하는 방법이 있다. 연료전지는 연료에 산화제를 섞고 촉매를 통해 전기화학반응을 일으켜 전기를 생산하는 장치이다. 이때 연료로 수소를 사용하면 수소연료전지가 되는 것이며, 이 전기로 자동차를 굴리면 수소연료전지자동차(FCV)가 된다. 그러니까 FCV도 전기자동차(EV)의 일종이다.

그림1 현대자동차 홈페이지의 FCV소개: FCV에 대한 초보적인 이해에 도움이 될 내용들이 있다.

(http://www.hyundai-motor.com/)

현재 수소에너지를 사용하는 자동차로는 BMW가 1979년에 최초로 개발한 액체수소와 휘발유의 연료겸용 방식에 의해 수소를 직접 연료로 사용하는 수소엔진자동차가 있다. 또 벤츠가 1994년 NECAR1(New Electric Car)이라고 하는 이름으로 처음 주행시키면서부터 널리 알려졌고 현재 NECAR5에 이르기까지 개발을 선도하고 있는 FCV가 있다.

FCV는 EV의 배터리가 갖는 문제점을 극복하는 과정에서 나온 것이다. 사실 EV는 배터리문제만 극복되면 세상에서 가장 완벽한 자동차이다. 배터리문제란 가볍고, 부피가 작고, 반영구적이며 값이 싼 배터리를 만들어야 한다는 것이다. 여기에 무엇보다 충전시간이 짧아야 한다. FCV는 EV의 배터리 충전문제를 해결하기 위해 수소만 공급해 주면 계속 전기가 생산되는 연료전지를 사용한다. 말은 간단하지만 이렇게 바꾸기 위해서는 많은 부분이 달라져야 한다. EV에는 필요 없는 연료저장용기, 연료공급 및 제어장치, 연료전지스택 제어 및 조절장치 등이 추가로 필요하다. 결국 EV와 달리 현재의 내연기관자동차처럼 복잡한 장치에 연료전지까지 추가되는 매우 비효율적인 시스템이 되 버린다. 그래서 현재는 버스나 SUV에만 적용하고 있는 것이다.

그런데 수소경제라는 용어의 의미는 현재의 문명이 상당부분 석유에 기반을 두고 있는데, 이를 수소로 대체하여 수소기반의 문명을 건설하자는 것이라고 이해할 수 있다. 그러나 천연수소는 천연가스에 조금 포함되어 있을 뿐 자연에는 대체에너지 자원으로 사용할 만큼 존재하지 않는다. 물론 물을 전기분해하면 필요한 양만큼 얻을 수 있지만 그 때 얻은 수소의 에너지는 물을 만드는데 필요한 전력보다 적다. 또 전력을 얻는 과정에 CO2를 발생시킨다. 따라서 천연가스나 나프타로부터 제조하는 게 현재까지의 현실이다. 그런데 천연가스에서 수소를 제조하면 수소연료 1kcal당 0.39g의 CO2를 발생시킨다. 천연가스를 직접 태웠을 때의 CO2발생량 0.23g/kcal 보다 오히려 많다. 물론 수소를 연료전지차에 사용할 경우 전지의 효율이 높아 주행거리당 총 CO2발생량은 천연가스자동차보다 낮아질 것으로 기대할 수 있지만 CO2발생이 크게 줄어드는 것은 아니다. 수소를 직접 연료로 사용하면 배기가스에 NOx가 포함되고 효율이 휘발유차와 같아지기 때문에 합리적이지 않다. 따라서 수소가 확실한 대체에너지가 되려면 CO2의 발생이 적은 바이오매스 가스로부터 추출하거나 CO2발생이나 다른 문제가 적은 에너지원(자연에너지)을 사용한 물분해로 수소를 제조해야 할 것이다. 물분해 방법은 EV와 다시 효율성문제로 경쟁해야 한다. 그래서 현 단계에서 수소연료전지차나 수소엔진차는 그 자체의 어려움 보다 오히려 합리적인 가격으로 대량의 수소를 얻는 기술의 장벽이 더 큰 문제로 보인다.

따라서 수소경제 혹은 FCV는 여전히 가능성을 탐색하는 수준에 머물러 있는 아주 장기적인 과제이다. 얼마나 오래 기다려야할까? 정답은 ‘모른다’이다. 석유의 고갈 혹은 환경오염으로 지구가 종말을 고하는 시점이 오기 전에 해결해야 하는 여러 가지 대안 중에 하나일 뿐이다. 그런 대안 중에는 지난 호에 소개한 EV가 있다. 어차피 전기를 사용해야 한다면 환경에 부하를 주지 않는 태양광발전이나 풍력발전 등으로 전기를 생산하고 생산된 전기를 충전해서 사용하는 방법 말이다. 이를 위해서는 빠른 속도로 충전이 가능하게 만드는 것이 가장 큰 과제인데, 이 문제 하나를 해결하는 것과 FCV의 보급을 위해 해결해야할 여러 가지 난제를 해결하는 것 중에서 어느 것이 먼저 해결될지는 아무도 장담할 수 없지만 내 생각에는 EV쪽이 훨씬 가능성이 큰 것 같다. (2007.04.25)

오늘 눈물을 흘리지 않는 자는
(2000. 6. 13.)

오늘, 김대중 대통령과 김정일 위원장의 만남에
감격의 눈물을 흘리지 않는 자는
단군의 자손이 아니다.

독재국가의 냄새가 아직 좀 남아있단들 어쩌랴.
우리도 그 긴 터널을 빠져나온 지 겨우 10년여.
어느 국가 정상들의 만남이 이보다 더 감격스러우랴
어느 형제간의 만남이 이보다 더 예절바르랴

오직 분단이라는 이유 하나 때문에 긴 한숨을 가슴에 묻고 죽어간 사람들,
가슴이 속으로 썩어 문드러진 사람들이
어디 한 둘이랴.

오직 통일이라는 말 한 마디에 긴 젊음을 어둠의 터널에서 보낸 자,
소리 소문도 없이 사라진 젊은이,
아 그리고 홧병에 내장을 다 태워버린 자,
또 어디 한 둘이던가?

우리 젊음의 긴 담보가 해제되는 날,
이날
눈물을 흘리지 않는 자는
결단코 이 땅을 사랑하지 않는 자이다.

오래 전 썼던 케케묵은 이 엉터리 시를 갑자기 소개하는 것은 통일의 의미를 되새겨보고 싶어서입니다. 국가보안법을 박물관에 보내야 한다던 노무현정부가 언행불일치의 모범답게 부산, 서울에서 전교조교사들을 그 법으로 다스리겠다고 달려들더니 드디어 군산에서도 한 선생님께서 그렇게 당하고 계시다는 소식이 들리기 때문입니다.

자신이 진보라고 생각하는 분이라면 그렇게 오랫동안 군사독재가 유지될 수 있었던 이유가 바로 분단이란 것쯤은 압니다. 정권의 비리를 말해도, 권력의 횡포를 비판해도, 심지어는 경제문제와 노사문제를 말해도 다 빨갱이라던가 용공이라고 몰아붙이며 하루아침에 사형을 시켜도, 군대에 강제징집을 해서 소위 의문사라는 이름으로 사라지게 해도, 폭력을 행사하고 생계를 박탈해도 모두 통했던 그 군사독재 시절 말입니다.

민족주의자라면 더욱 통일을 주장해야 합니다. 우리나라 사람들이 가장 존경하는, 무엇보다 정치인들이 가장 존경한다는 김구선생을 생각해보면 너무나 분명한 일입니다. 사실 민족주의란 보수주의 한 유형이기 때문에 보수ㆍ개혁을 망라하여 김구선생을 존경한다는 것은 개혁세력도 보수주의자임을 드러내는 것이기도 합니다만 아무튼 민족주의의 관점에서 보더라도 통일은 가장 중요한 우리 민족의 과업입니다.

툭하면 경제를 들먹거리며 불경기를 무기로 오만한 횡포를 멈추지 않는 보수주의자들에게도 통일은 가장 중요한 위기타개책입니다. 이미 우리 경제는 신자유주의의 덧에 걸려 갈수록 끝 모르는 함정으로 빨려 들고 있습니다. 과거처럼 대형토목사업으로 경제를 일으키고 싶어도 사회간접자본에 대한 투자는 투자계수가 1에 못 미쳐 투자비조차 회수할 수 없는 지경입니다. 그래서 북한에 인프라를 투자하고, 중국대신 북한의 노동력을 활용하는 신경제 구상만이 우리 경제의 유일한 생존책이기 때문입니다.

이렇게 모두가 통일을 희망하고 그 길로 나아가야 하는데 오직 한 집단만이 분단으로 먹고 사는가 봅니다. 그것이 노무현정부의 의지인지 아니면 몇몇 보좌관들의 오버인지 그것도 아니면 여전히 두 눈 다 뜨고 살아있는 공안세력의 자작극인지는 모르겠습니다만, 그 시절의 괴물 국가보안법이, 2007년 봄 이리도 해맑은 하늘 아래, 어떻게 아직도 통일운동의 숨통을 끊겠다고 설칠 수 있는지 알다가도 모를 일입니다.

친환경자동차의 최종 목표는 전기자동차(EV, electric vehicle)라고 알고 있는 사람들이 많다. 그런데 마차에 증기기관을 얹어 사용했던 것을 제외하고 말한다면 역사가 가장 오래된 자동차가 바로 전기자동차라는 사실을 알고 있는 사람은 많지 않다. 전기자동차는 1873년 영국의 R. Davidson이라는 사람이 만들어 실용화했는데, 그 후 휘발유엔진이 급속도로 발전하자 사라졌었다.

전기자동차가 다시 사람들의 관심을 끌게 된 것은 지난 1990년 미국의 캘리포니아주가 완전 무공해자동차(ZEV, zero emission vehicle)를 도입하는 정책을 법제화하면서 부터이다. 이 규정은 캘리포니아주에서 자동차를 판매하는 메이커들에게 1998~2000년에는 전체 판매량의 2% 이상을, 2001~2002년에는 5% 이상을, 2003년부터는 10% 이상을 ZEV로 판매해야 할 의무를 부과하였다. 물론 이후 몇 차례 완화되었지만 기본 정신은 변하지 않았다.  

다시 등장한 전기자동차

그런데 이런 프로그램이 도입된 것은 GM이 EV1 이라는 이름의 전기자동차를 1990년 1월 LA모터쇼에서 공개하자 성공 가능성을 확신한 탓이었는데 이 차는 사실 운행할 수 없는 무늬만 자동차였다. 아무튼 이때부터 모든 자동차메이커들은 전기자동차가 대세라고 판단하고 여기에 매달리기 시작했다. 우리나라에서도 기아자동차가 선두로 연구에 착수하였고, 1993년 대전엑스포에 전기자동차가 등장하는 등 한 때 큰 붐을 일으키기도 했다. 지금도 제주도와 하와이에서는 현대자동차의 산타페 전기자동차가 시험운행 중이다.

그런데 왜 우리 주변에 전기자동차가 안 보이지?

그런데도 전기자동차가 아직도 실용화되지 못하고 있는 이유는 몇 가지가 있다. 첫째는 순수 전기자동차는 배터리의 급속한 발전에도 불구하고 여전히 내연기관 자동차와 경쟁 상대가 못된다. 1회 충전으로 겨우 40마일(64킬로미터)를 달릴 수 있는 자동차는 자동차 구실을 제대로 할 수 없음은 분명하다.

둘째는 전기자동차가 진정한 의미에서 친환경적이 되려면 전기를 얻는 과정도 친환경적이어야 한다. 지금처럼 화력발전이나 원자력발전으로 얻는다면 도시환경은 크게 개선되지만 전기 소비량은 급격히 늘어 발전을 하는 곳에 공해가 더욱 증가하는 불균형이 발생한다.

세 번째 문제는 충전소와 같은 인프라의 문제이다. 이미 오랜 세월 자동차가 보급되었기 때문에 주유소라는 시스템을 통해 운전자들은 손쉽게 연료를 공급 받을 수 있지만 전기자동차가 운전 중 방전되었을 때 충전할 수 있는 인프라는 새로 구축해야 하는 문제가 있다.

경쟁이 되는 자동차 만들기?
아니면 경쟁이 되는 용도의 자동차 만들기?

첫째 문제에 대한 해결은 다양한 방법으로 추진되고 있다. GM이 조사한 바에 따르면 미국인 중 절반은 근무지에서 왕복 40마일 이내의 거리에 산다고 한다. 그렇다면 볼트를 가지고 출퇴근용으로 사용하는 데는 불편이 없다. 미국처럼 가구당 2대 이상의 자동차를 보유한다면 출퇴근용으로 추가 구입하는 자동차는 전기자동차가 충분히 대안이 될 수 있다. 전기 하이브리드 자동차도 가능하다. 역시 볼트가 택한 방법으로 충전한 배터리가 방전되면 자체 휘발유엔진으로 발전하여 충전하는 방식이다. 이렇게 하면 휘발유 하이브리 자동차보다 더 친환경적이지만 일반자동차로 사용하는 데는 한계가 있다. 그래서 요즘 순수 전기자동차 추세는 경차를 전기자동차로 만드는 것이다. 20여 년 만에 겨우 경차를 전기자동차로 만들겠다는 결론에 도달한 셈이다.

필자는 90년 당시 전기자동차가 일반 자동차를 대신할 수는 없고 근거리용자동차(골프장용 카트, 공원이나 공항 내에서 운용하는 자동차 등)로는 좋은 대안이 될 수 있다고 주장했던 기억이 난다. 실제로 근거리 수송장비와 선박, 농기계, 건설장비 등은 그 운행대수가 작지만 배출가스 기준이 매우 약하기 때문에 캘리포니아주의 경우 전체 대기오염의 14%(자동차는 53%)를 차지할 정도로 심각한 대기오염원이다. 캘리포니아주도 이런 현실을 인식하고 1998년 근거리수송용 전기자동차(NEV, neighborhood EV)라는 개념을 도입하였다.

완결된 시스템을 만들지 않으면 진정한 친환경자동차가 아니다

두 번째 문제점에 대한 해결에 관심을 갖는 기업은 일본의 혼다이다. 혼다는 가정에너지스테이션(HES)이라는 개념을 꾸준히 발전시키고 있는데, 이는 가정에서 태양광으로 발전하여 제조한 전기나 수소를 자동차에 충전하여 사용하는 전기자동차 혹은 수소연료전지자동차를 만들겠다는 것이다. 하나의 완결된 시스템을 개발 보급함으로써 두 번째 문제를 해결하고자 하는 것이다.

세 번째 문제를 해결하는 방법으로 미국이나 유럽에서 택하는 방법은 도로 주변에 충전소를 설치하는 한편 가정용 전기로 충전 가능한 전기자동차를 만든다는 것이다. 가정용전기로 충전하는 것은 결국 배터리와 충전기의 문제와 깊은 연관을 갖고 있으며, 우리나라처럼 고층아파트 보급률이 높은 나라에서는 별로 실효성이 없는 방법으로 보인다.

전기자동차는 친환경자동차의 출발역이자 종착역

그런데 요즘 새로운 친환경자동차의 대명사라 할 수 있는 하이브리드자동차나 연료전지자동차의 핵심 기술들은 대부분 바로 전기자동차 기술에서 나온 것들이다. 도요타가 하이브리드자동차를 만든 계기가 바로 전기자동차의 한계를 극복하려는 방법의 하나로 시도했던 것이고, GM이 연료전지자동차를 만들려고 시도한 이유도 전기자동차의 배터리 용량을 늘리려는 연구에서 시작된 것이다. 따라서 전기자동차는 친환경자동차의 종착역일 뿐 아니라 출발역이기도 하다. (2007. 3. 27)