상업용 운송 산업의 전기화 로드맵: 진행 상황과 과제

소비자용 전기차(EV)는 지난 10년 동안 시장 침투에서 상당한 성과를 이루었습니다. 로이터에 따르면, 2023년 3분기에는 미국에서 역대 최고 수준의 전기차 판매를 기록했으며, 시장 점유율은 7.9%로 전년 대비 약 50% 증가했습니다. 그러나 다른 운송 산업은 전동화 채택이 상대적으로 더딘 모습을 보이고 있습니다. 이 글에서는 소비자용이 아닌 여러 분야에서 전기차 기술의 성장이 기대되는 사례와 상업용 차량 전동화를 지연시키고 있는 EV 차량 충전 인프라 문제를 분석합니다.

현재 및 미래의 교통 동향

버스와 트럭은 교통 전기화에서 다음 과제로 떠오르고 있습니다. 다행히 배터리 관리 시스템, 자동차 릴레이, 자동차 커넥터 등과 같은 전기차 기술의 급격한 발전이 이러한 교통 분야에서 전기차 채택을 가속화하고 있습니다:

배터리 전기 버스 (BEB)

배터리 전기버스(BEB)는 전차선으로 전력을 공급받는 전기버스와는 다르게 도시 환경에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. BEB는 연소 기반 버스나 트롤리버스와 비교할 때 운영 비용이 낮고 배출가스가 적으며 유지보수가 용이하다는 장점 덕분에 대중교통 네트워크에서 사용되고 있습니다.

그러나 이러한 사용은 충전 인프라를 필요로 하기에 인프라 정책의 인센티브가 적은 지역에서는 채택 속도가 느릴 수 있습니다. 션젠과 같은 일부 도시들은 대규모 정부 지원과 중국 전기차 제조업체 BYD 덕분에 이미 시 전체의 시립 버스 차량을 전기차로 교체했습니다.

실리콘 카바이드 MOSFET과 같은 전력 반도체 기술의 발전은 더 저렴하고 효율적인 배터리 조립을 가능하게 합니다. 배터리 기술이 계속 발전함에 따라 전기 버스(BEB)의 주행 가능 거리가 향상되고 차량 비용이 감소하여 더 광범위한 채택이 이루어질 것입니다.

주행 중 충전 버스 (IMC)

배터리 전기버스(BEB)와 트롤리버스의 하이브리드 솔루션은 주행 중 충전(IMC) 버스입니다. 이 신흥 전기버스 기술은 주로 중앙 유럽에서 발견됩니다. 기존에 트롤리 라인이 설치된 도시에서는 IMC 버스가 주행 중 충전할 수 있으며 필요에 따라 트롤리 라인에서 벗어나 운행할 수 있습니다.

IMC 버스는 전체적인 차량 범위가 더 넓고, 차체 중량이 더 가벼우며, 직류 전력과 함께 작동할 수 있도록 정교한 배터리 관리 시스템을 활용합니다. IMC는 소비자 차량 인프라 강화와 함께 유도 도로 충전 기술이 성장함에 따라 시장 확장을 경험할 수도 있습니다. 배터리 관리 시스템과 효율적인 에너지 사용을 가능하게 하는 방법에 대해 자세히 알아보려면, Arrow의 배터리 관리 시스템 가이드를 읽어보세요.

저중형부터 중형까지의 중장비 트럭

중형 및 대형 트럭은 특히 단거리 노선을 운행하는 경우 점차적으로 전기 동력으로 전환하고 있습니다. 이러한 차량은 소비자용 차량과 비교할 때 중량 및 전력 요구 사항이 크게 다르지만, 낮은 차량 유지 비용과 향상된 차량 성능을 고려할 때 도입이 유리합니다.

배달 차량이나 쓰레기 트럭과 같은 낮은 주행 거리의 정차-출발-정지 응용 분야에서는 전기 차량이 내연기관 경쟁 차량보다 훨씬 더 효율적이고 비용 효율적일 수 있습니다. 특히 즉각적이고 높은 토크 기능을 고려할 때, 전기 중형 차량은 곧 널리 채택될 가능성이 높습니다.

예를 들어, 아마존은 최근 EV 제조업체 리비안(Rivian)과 협력하여 2030년까지 기존의 내연기관 기반 차량을 점진적으로 교체하고자 100,000대의 배송 차량을 제작하고 있습니다. 이는 2040년까지 탄소 배출 순 제로(net-zero)를 달성하려는 노력의 일환입니다. 이 새로운 차량군은 최첨단 EV 기술, 자동차 센서, 지능형 배터리 관리 시스템을 갖추어 아마존이 고객에게 더욱 효율적으로 서비스를 제공하고 비용을 절감할 수 있도록 도울 것입니다.

전기차 플릿 충전 과제

비행기, 대형 선박, 장거리 트럭과 같은 운송 수단은 다음과 같은 이유들로 인해 가까운 시일 내에 EV 기술을 채택할 가능성이 낮습니다:

전력 밀도

현재 배터리는 무게 대비 전력비가 너무 높아 항공에서 사용하기에 비효율적이거나 불가능합니다. 비행기는 최대 효율을 달성하기 위해 가능한 한 낮은 무게에서 막대한 전력이 필요합니다. 연소 기반 항공에서도 항공기가 무거울수록 운항 비용이 더 많이 듭니다.

연료 무게는 항공편별로 중요한 요소로 고려되며, 항공사는 효율성을 극대화하기 위해 각 항공편에 대해 최소한의 예비 연료를 선택합니다. 이와 마찬가지로, 대형 선박은 운송을 위해 막대한 에너지가 필요합니다. 이러한 에너지를 저장하는 것이 처음에는 실행 가능해 보일 수 있지만, 오늘날의 배터리는 여전히 연료를 대체하기에는 너무 무겁습니다. 예를 들어, 표준 컨테이너선은 약 300만 갤런의 디젤 연료를 적재할 수 있습니다. 디젤 연료 1갤런은 138,700 BTU 또는 40.6 kWh를 포함하고 있으며, 이는 Tesla Powerwall 3 세 대와 동일한 에너지 저장 용량입니다. Tesla Powerwall 3 세 대의 부피는 23,666.4 입방 인치이며 무게는 861파운드인 반면, 디젤 1갤런의 부피는 231 입방 인치이며 무게는 7.1파운드입니다.

따라서 컨테이너 선박이 동일한 전력 능력을 가진 완전히 전기 방식이 되려면 현재 연료 저장 공간의 102배와 연료 저장 무게의 121배를 지원해야 합니다. 비교를 위해 말하자면, 900만 개의 테슬라 파워월 3(디젤 300만 갤런에 해당)의 부피는 30,211개의 컨테이너와 동일합니다. 세계에서 가장 큰 컨테이너 선박은 24,000개의 컨테이너를 운반할 수 있으며, 작동을 위해 500만 갤런 이상의 연료를 저장합니다.

EV 차량 충전 인프라 과제

전기 차량은 충전소나 도크와 같은 지원 인프라가 필요합니다. 이러한 충전 인프라의 개발은 도시 환경에서는 비용이 많이 들 수 있고, 농촌 지역에서는 비용 부담이 클 수 있으며, 해양 환경에서는 기술적으로 실행 불가능할 수도 있습니다.

비행기, 선박, 장거리 트럭 중에서 가까운 미래에 지원 인프라를 갖출 가능성이 가장 높은 것은 장거리 트럭입니다. 도시 환경의 대부분은 이미 소비자 차량을 지원하기 위해 인프라 전기화를 시작했습니다. 장거리 트럭에 대한 더 큰 도전은 농촌 지역의 전기화로, 이는 장거리 전기 트럭(EV)의 주행 거리 범위를 벗어나는 특정 무역 루트를 제한할 수 있습니다.

농촌 지역은 전기 인프라가 제한적이거나 전혀 없을 수 있으며, 장거리 차량 선단을 지속적으로 충전할 수 있을 만큼 견고한 인프라는 더더욱 없습니다. 장거리 트럭이 채택되기 위해서는 농촌 휴게소와 석유 주유소가 내연 차량을 지원하는 방식과 같이, 전략적인 충전 허브에서 전용 에너지 생성 및 운송이 개발될 필요가 있을 것입니다.

상업용 전기차 비용 고려 사항

일부 산업은 기술적으로 곧 전기화를 실현할 수 있을지 몰라도, 비용은 지나치게 높을 수 있습니다. 내연기관 차량을 전기차로 전환하는 것은 어떤 기업에게도 비용 측면에서 부담이 될 수 있습니다.

수익률이 제한적인 산업의 경우, 초기 차량 및 인프라 비용이 장기적으로 운영 비용이 더 적더라도 광범위한 채택을 저해할 가능성이 있습니다. 규제 및 정책 인센티브는 투자 비용을 상쇄하여 광범위한 채택을 가속화할 수 있으며, 이는 소비자 차량의 채택을 가속화하기 위해 정부 세금 혜택을 사용하는 여러 국가들의 사례와 유사합니다.

상업용 전기차의 급증

일부 부문, 예를 들어 대형 해상 선박, 항공기 및 장거리 트럭과 같은 분야는 전동화 채택이 느릴 수 있지만, 최근 EV 기술의 개선은 상업 운송의 혁명을 가능하게 하고 있습니다. BEB 및 IMC 버스는 운영 비용 절감, 배출량 감소 및 우수한 성능 덕분에 국제적으로 주목을 받고 있습니다. 대형 트럭은 아마존이 향후 10년 동안 100,000대의 내연 기반 배송 차량을 EV로 교체하려는 계획에서 보듯이, 전동화의 르네상스를 경험할 가능성이 높습니다.

전력 밀도, 인프라 제약, 높은 초기 비용과 같은 문제들이 일부 부문의 전기화 속도를 늦출 것입니다. 그럼에도 불구하고 배터리 모니터링 시스템, 전력 관리, 전기차 기술이 계속 발전함에 따라 향후 몇 년 동안 거의 모든 산업 및 부문에서 전기차의 지속적인 채택이 이루어질 것입니다.