[기말과제물] 에너지 혁명 2030

[서현순]

Q5. 전기자동차가 앞으로 내연기관 자동차를 몰아내고 대세가 될 것인지, 그렇다면 그 이유가 무엇인지 생각해 보시오.

1. 효율 5배 에너지

미국의 주요 에너지 사용 분야 중 운송 부문의 낭비가 가장 심각하다. 운송 부문에서 사용되는 석유 에너지의 79%는 단순히 연기로 사라진다. 평균적으로 내연기관에 투입된 휘발유와 디젤의 겨우 21%만이 유용한 에너지로 전환된다. 자동차 제조사들은 연비가 주행 습관과 엔진 상태, 예를 들어 고속도로 주행인지 도심 주행인지 등에 따라 달라진다고 말한다. 하지만 결론은 간단하다. 내연기관은 본질적으로 비효율적이다. 미 에너지부에 따르면, 미국 내 도시와 고속도로를 주행하는 자동차들은 실제로 바퀴를 구동하는 데 휘발유 에너지의 평균 17~21%만을 사용한다. (p.181) 100년 동안 수십억대의 자동차와 수천억 달러의 연구개발을 거쳐, 내연기관의 에너지 효율은 겨우 21%에 도달했다. 디트로이트와 뮌헨, 일본의 자동차 제조기업들은 에너지 효율이 더 높은 엔진을 개발할 수 있을까? 물론 점진적인 개선은 가능하다. 하지만 물리학의 법칙이 그 한계를 명확히 보여준다. 내연기관은 엔진 과열 특성상 열역학 법칙을 따른다. 열효율 법칙의 지배를 받으며, 열이 유용한 일로 전환되는 최대 한계가 존재한다. 휘발유 엔진의 한계치는 25~30%다. 이는 이론적으로 최상의 수치를 적용하더라도 휘발유 엔진이 여전히 70~75%의 연료를 낭비한다는 의미다. 이와 비교해 전기자동차는 어떨까? 전기자동차에는 라디에이터, 피스톤, 배기관, 크랭크축, 클러치, 펌프 등 휘발유 엔진이 에너지를 낭비하는 수많은 부품이 없다. 전기자동차의 에너지 전환 효율성은 99.99%에 달한다. 테슬라의 1세대 전기자동차인 로드스터의 효율성은 88%였으며, 이는 미국 휘발유 자동차의 평균 연료 효율성에 비해 4~5배 높다. 전기자동차는 더 부드러운 주행감은 물론, 훨씬 우수한 에너지 효율성을 보여준다. 디트로이트가 전기자동차와 같은 에너지 효율성을 가진 내연기관을 설계할 수 있을까? 단호하게 불가능하다. 다시 한번 강조하지만, 열역학 법칙이 이를 가로막고 있다. 휘발유 자동차의 효율성을 높이기 위해 사용하는 기술에 주목해 보면, 그것은 바로 배터리와 전기모터다. (p.182) 내연기관 엔진은 열 엔진이기 때문에 더 높은 에너지 전환 비율을 달성하려면 엔진 온도를 높여야 한다. 하지만 석탄 및 원자력발전소조차도 잠재 에너지의 3분의 1만 활용하고 나머지는 낭비된다. 테슬라 모델S의 전기 엔진은 거대한 수십억 달러 규모의 원자력 또는 석탄발전소보다 3배 더 효율적이다. (p.183)

2. 10분의 1 충전 비용

<컨슈머리포트>의 보고에 따르면 1년에 1만 9,300km를 주행하는 지프 리버티의 연간 연료비용은 3,000달러이며, 5년간 총 1만 5,000달러가 소요된다. 반면, 테슬라 로드스터는 같은 거리를 주행하는 데 단 313달러의 비용이 든다. 간단히 계산해 보면, 로드스터는 킬로와트시당 7.4km를 주행하고, 미국 평균 전기 소매 가격은 킬로와트시당 12센트다(미국 에너지부 자료). 1만 9,300km에 킬로와트시당 0.12달러를 곱하고 이를 7.4km로 나누면 312.97달러가 산출된다. 만약 전기 리버티가 존재한다면, 5년 동안 휘발유 에너지 1만 5,000달러어치 대신 전기 에너지 1.565달러어치를 사용하게 될 것이다. 전기자동차가 휘발유 자동차에 비해 연료비용이 약 10분의 1로 저렴한 이유는 다음과 같다. 첫째, 전기자동차는 휘발유 자동차보다 에너지 효율이 4.5배 더 높다. 둘째, 휘발유는 에너지 단위당 가격이 전기보다 2~3배 더 비싸다. (p.183) 전력 요금과 휘발유 가격은 전 세계적으로 매우 다양하게 형성되며, 연비 역시 차종별로 차이가 있다. 그러나 대략적인 수치는 알 수 있는데, 미국에서 전기자동차는 휘발유 자동차와 비교할 때 연료비용이 약 90% 감소한다. 지프 리버티의 연료 절감액은 플로리다 주립대학교 2년간의 학비와 맞먹는다. 많은 가족이 스스로에게 물을 수 있을 것이다. 비싼 휘발유를 태워버릴 것인가, 아니면 전기자동차로 바꾸어 절약되는 돈으로 아이를 대학에 보낼 것인가? (p.184)

3. 저렴한 유지보수비용

자동차는 3,000~5,000마일마다 엔진 오일을 교체해 주어야 한다. 하지만 전기자동차는 그럴 필요가 없다. 단지 이것만이 전기자동차의 유일한 장점은 아니다. 전기자동차는 전기모터를 동력으로 사용하기 때문에 연소에 필요한 부품들이 필요 없다. 점화 플러그, 시동모터, 발전기, 연료분사기, 연소실, 피스톤, 피스톤헤드, 실린더, 필터, 배기관 등이 없다. 여기에 크랭크축, 타이밍벨트, 촉매 환원 장치도 포함된다. 전기자동차의 차대에 장착되는 부품 수가 적기 때문에 내연기관 자동차보다 수리해야 할 일도 적다. 제한된 자료에 근거하면, 전기자동차는 휘발유나 디젤 자동차보다 수리와 유지보수해야 할 부분이 약 90% 정도 적다고 말할 수 있다. 이에 따라 전기자동차 운전자는 차량 수명이 다할 동안 90% 정도의 수리비를 절감할 수 있을 것이다. (p.184)

4. 내연기관 자동차산업의 사후시장 붕괴

2000년, 미국에는 25만 7,576개의 자동차 정비업소가 존재했다. 이는 백화점 내 3,978개, 자동차 판매점 내 1만 6,800개, 그리고 7만 7,674개의 일반 정비업소를 포함한다. 이 업소들은 미국 도로를 주행하는 2억 5,000만 대의 차량 유지보수를 전담했다. 시장조사 전문기업 프로스트 앤드 설리번에 따르면, 2010년 자동차 제조회사의 부품시장 매출은 830억 달러에 달했으며, 2017년에는 80억 달러로 성장할 것으로 예측되었다. 사후시장에는 카뷰챕터, 점화 플러그, 시동모터, 발전기, 배기관 등의 수리 부품이 포함되어 있었다. 하지만 전기자동차에는 이러한 부품들이 존재하지 않는다. 전기자동차는 엔진 오일을 정기적으로 교환할 필요가 없다. 이는 기존 기업들이 경쟁할 수 없는 비즈니스모델을 의미한다. 코닥을 기억하는가? 코닥은 단순히 필름을 팔지 못한 것이 아니라, 필름 현상, 인화 장비, 인화지, 화학약품 등 전체 사후시장이 함께 무너졌다. 사후시장 수입은 재래식 자동차산업 비즈니스모델의 핵심 구성요소다. 자동차 제조업체들은 사후시장 가치사슬에서 추가로 258억 달러에 달하는 도구와 장비를 판매한다. 여기에는 전동공구, 배관장비, 절단기, 유액 관리 장비 등이 포함된다. (p.185) 자동차 제조업체들은 단순히 자동차 한 대를 판매하지 못하는 것을 넘어 그 자동차에 포함된 모든 사후시장 수입을 잃게 될 것이다. 내연기관 자동차산업의 사후시장이 붕괴함에 따라 재래식 자동차산업의 완전한 몰락이 예상된다. (p.186)

5. 무선 충전기술

1891년 뉴욕에서 니콜라 테슬라(Nikola Tesla)는 세계 최초로 정전 유도를 통한 에너지 무선 전송을 선보였다. 테슬라는 우리 전기 산업인프라의 토대가 되는 수많은 핵심기술과 혁신적인 개념을 개발했다. 120년 후, 이탈리아의 버스들이 승객들의 승하차 중에 충전되는 모습을 목격할 수 있게 되었다. 전기자동차 산업은 유도 전력 전송 기술(Induction Power Transf) 도입하여 '전통적인' 충전 인프라 없이도 무선으로 자동차를 충전할 수 있게 되었다. 이러한 충전기술은 매일 동일한 경로를 운행하고 같은 장소에 정차하는 버스에 특히 중요하다. 한 번에 대량으로 충전하는 대신, 버스들은 하루에 수백 번 조금씩 충전한다. 무선 충전기술은 근본적으로 전기자동차를 제한했던 제약을 해소했다. 하루에 여러 번 충전할 수 있어 더 작은 배터리 사용이 가능해졌기 때문이다. 이탈리아에서 무선 전력 충전 장비를 설치한 콘덕틱스-웸플러(Conduct ix-Wampfler)에 따르면, 하루 18시간 운행하는 버스에는 원래 240킬로와트시 배터리가 필요했지만, 무선 충전 버스에는 120킬로와트시 배터리로 충분하다. 이렇게 더 작은 배터리를 채택함으로써 버스의 배터리 비용을 현재 가격 기준으로 약 10만 달러 절감할 수 있다. (p.186) 휴대전화 충전에 사용되는 무선 충전기술을 전기자동차에도 적용할 수 있다. 제너럴 모터스는 2014년 일부 모델에 파워매트를 장착했으며, 이는 스마트폰 무선 충전기술을 응용한 제품이다. 아마도 제너럴 모터스는 가까운 미래에 이와 유사한 기술을 전기자동차 충전에 활용할 것으로 예상된다. 무선 충전기술의 새로운 비즈니스모델 가능성은 열려 있다. 물류 전문기업 페덱스와 UPS의 승합차들이 앞으로는 이중주차로 도로를 막는 대신, 물건을 배달하는 동안 무선 충전 주차장에 주차하게 될 것이다. 이를 통해 교통상황이 개선될 뿐만 아니라, 일부 사람들은 페덱스와 UPS 승합차에 전기를 판매하여 수익을 창출할 수 있고, 해당 기업들은 더 작은 배터리를 사용하는 전기 승합차를 구매하여 비용을 절감할 수 있을 것이다. (p.187)

6. 모듈식 설계구조

자동차의 표준구조는 하나의 엔진이 변속장치와 주행 축을 통해 두 개 또는 네 개의 바퀴에 동력을 전달하는 방식이다. 초기 전기자동차는 단일 모터 구조였다. 하지만 전기자동차 제조업체들은 공학 기술에 대한 자신감을 바탕으로 내연기관 엔진과 비교할 수 없는 전기자동차만의 고유한 장점인 '모듈 방식'을 발전시키기 시작했다. 테슬라 모델 X와 아우디 이트론 올로드는 두 개의 모터를 탑재하고 있다. 후륜구동 유닛은 뒷바퀴에, 전륜구동 유닛은 앞바퀴에 각각 동력을 전달한다. (p.187) 멀티코어 구조의 인텔 프로세서와 유사하게, 모듈 방식은 출력을 높이고 설계의 유연성을 제공하며 제어를 쉽게 한다. 이러한 방식은 내구성 측면에서도 우수하다. 두 개의 모터 중 하나가 고장나더라도 주행이 가능한데, 두 번째 모터가 자동차에 동력을 계속 전달할 수 있기 때문이다. 또한 모터의 개수를 두 개로 제한할 필요도 없으며, 하나의 바퀴에 하나씩 네 개의 전기모터를 장착할 수도 있다. 고윌리엄 미첼 교수가 이끌던 MIT 연구진은 혁신적인 '로봇 바퀴' 기술을 개발했다. 각 로봇 바퀴는 전기 구동 모터, 조향 모터, 서스펜션 브레이크 시스템과 통합되어 있다. 네 개의 독립적인 바퀴로 설계된 자동차는 이전에 없던 놀라운 유연성을 갖추고 있으며, 전통적인 차대의 변속장치, 기어박스, 차동기어 등이 불필요하다. 단순히 차대의 네 끝부분에 바퀴를 장착하고, 하나 또는 여러 개의 배터리를 연결한 뒤 유선 시스템을 통해 전자적으로 제어하면 된다. 세계에서 가장 많이 판매된 전기자동차인 닛산 리프의 생산 설계 책임자 이노우에 마사토는 네 개의 독립적인 전기모터 장착 시 놀라운 수준의 출력, 설계상 유연성, 구동력 제어가 가능하다고 강조했다. 이노우에는 스탠퍼드 대학교 강좌에서 닛산의 컨셉트카 피보3가 바퀴들을 90도로 회전시켜 길가에 주차하는 모습을 시연했다. 전기자동차 디자인의 잠재력은 무한하며, 내연기관 자동차는 이러한 혁신과 도저히 경쟁할 수 없다. (p.188)

7. 빅데이터와 빠른 제품 개발

2013년 6월, 테슬라 로드스터는 총 3,000만 마일을 달성했고, 1만 1,000대의 모델S도 같은 거리를 기록했다. 이는 테슬라 자동차들이 총 6,000만 마일을 주행한 셈이다. 반면 제너럴 모터스의 자동차들은 수조 마일을 달렸다. 그렇다면 디트로이트는 걱정해야 할까? 테슬라와 제너럴 모터스의 주행 거리 차이의 핵심은 데이터에 있다. 전기자동차는 마치 이동하는 컴퓨터와 같아서 주행 중 엄청난 양의 데이터를 생성한다. 제너럴 모터스와 달리 전기자동차 제조업체들은 이러한 데이터를 통해 빠르게 학습하고 적용할 수 있다. 수집된 데이터를 바탕으로 고객의 자동차 사용 패턴을 파악하고 문제점을 신속하게 학습하며, 이를 통해 빠르게 소프트웨어를 개선하고 새로운 제품과 서비스를 개발한다. 전기자동차의 개발 주기는 점점 더 짧아지고 있으며, 이는 컴퓨터 산업의 빠른 발전 속도와 유사하다. 테슬라와 전기자동차 기업들은 개발 주기를 무어의 법칙에 따라 기하급수적으로 개선하고 있지만, 디트로이트는 여전히 기존의 선형적 속도에 머물러 있다. 실리콘밸리에서 경쟁력을 유지하려면 무어의 법칙을 넘어서야 한다. (p.189) 애플과 아이폰을 예로 들어보면, 2013년 팀 쿡은 아이폰 5S 출시 당시 CPU가 2007년 대비 40배 개선되었다고 밝혔다. 이는 매년 85%씩 개선된 셈으로, 연간 41% 개선되는 무어의 법칙과 비교하면 매우 뛰어난 성과다. 블랙베리와 노키아가 사라진 것도 놀랍지 않다. 스마트폰과 같은 초경쟁 시장에서는 무어의 법칙조차도 충분하지 않기 때문이다. 이것이 디트로이트가 직면한 현실이다. 디트로이트가 한 대의 새로운 내연기관 자동차를 개발하는 동안, 테슬라는 이미 두세 세대를 앞서는 전기자동차를 개발하고 있다. 만약 경쟁자가 이러한 개발 우위를 점한다면, 어떤 산업도 생존할 수 없을 것이다. (p.190)

8. 400배의 토지 효율성

2010년 BP의 멕시코만 원유 유출 사고 이후 나는 전기자동차와 태양광발전의 결합에 대해 궁금해지기 시작했다. 만약 모든 자동차가 전기자동차로 바뀌고 필요한 모든 전기를 태양광과 풍력으로 생산한다면 어떤 일이 벌어질까? 미국 운수부에 따르면 미국인들은 연간 3조 마일을 주행한다. 현재 세계에서 가장 많이 팔리고 있는 전기자동차인 닛산 리프는 배터리 충전 용량 킬로와트시당 3.45마일을 주행할 수 있다. 네바다나 애리조나, 또는 캘리포니아의 사막에 거대한 태양광발전소 한 곳을 건립한다고 가정해 보자. 미국의 모든 자동차에 전기를 공급하기 위해 얼마나 큰 면적이 필요할까? 그 답은 바로 975제곱마일이다. 이는 각 변이 29마일인 정사각형의 면적과 같다. 물론 이렇게 큰 태양광발전소를 지을 필요는 없다. 자동차 사용자 근처에 주택과 상업용 건물의 옥상, 주차장, 쓰레기 매립지 등에서 발전하는 편이 더 효율적이다. 1,000제곱마일이라는 수치는 단순히 필요한 면적을 계산한 것뿐이다. 2015년까지 월마트가 218제곱마일의 면적에 발전 시설을 지을 계획이라는 사실을 생각해 보자. (p.190) 월마트는 단독으로 미국 전체 전기자동차 주행 동력의 거의 4분의 1을 충당할 수 있다. 월마트는 모든 지붕을 태양광 패널로 덮고 모든 주차장을 태양광 캐노피로 덮을 계획이다. 석유 가스산업은 미국 운송 수요의 3분의 1을 충당하기 위해 미국 정부에서 14만 3,000제곱마일을 임대하고 있다. 이 면적을 3배로 하면 42만 9,000제곱마일이 되며, 이는 석유 가스산업이 미국 내 모든 휘발유 자동차에 연료를 공급하기 위해, 필요한 토지에 해당한다. 태양광과 전기자동차의 결합에 필요한 면적은 975제곱마일이며, 내연기관과 석유산업이 필요한 면적은 42만 9,000제곱마일이다. 이는 태양광과 전기자동차의 결합이 재래식 자동차와 석유산업보다 490배 더 높은 토지 효율성을 가진다는 것을 의미한다. 새로운 기술의 융합인 태양광과 전기자동차가 현존하는 기술인 석유와 내연기관에 비해 자원을 400분의 1밖에 사용하지 않는다면 그 영향력은 파괴적일 수밖에 없다. 특히 토지와 물과 같은 가치 있는 자원이라면 더욱 그렇다. 전기자동차에 의한 산업 변화는 이제 시간문제일 뿐이다. (p.191)

9. 그리드 저장장치와 기타 서비스에 기여(寄與)

자동차를 소유하면 돈을 벌 수 있다는 가능성을 생각해 보자. 캘리포니아주 공공기업위원회는 전기자동차 소유자들이 전력망에 전기를 공급하면 매달 최대 100달러까지 받을 수 있는 정책을 승인했다. 기존 휘발유 자동차의 에너지 인프라 참여는 단순히 주유소에서 연료를 보충하고 대금을 지급하는 과정으로 이루어져 있다. 에너지는 한 방향으로만 흐르고(자동차로) 돈은 다른 방향으로(석유회사로) 흘렀다. 반면에 전기자동차는 전력망과 밀접하게 통합되어 있어 에너지와 현금이 양방향으로 순환한다. 단순히 전력망에서 전기를 공급받는 것을 넘어, 전력망에 유용하고 경제적으로 도움이 되는 서비스를 제공하며 에너지 인프라에 역동적인 임무를 수행한다. 전기자동차가 전력망에 이바지할 수 있는 방식은 인터넷 구조에서 그 유사성을 찾을 수 있다. 스카이프와 같은 회사는 P2P 통신 기술을 활용해 큰 성공을 거두었다. 스카이프에 연결된 컴퓨터들은 능동적인 참여자가 되어 저장 공간과 대역폭, 전체 네트워크의 처리능력에 이바지하게 된다. 이러한 분산형 구조는 모든 참여자의 통신 비용을 크게 낮추었다. 전화, 문자, 비디오, 파일 트래픽을 처리하기 위한 중앙 집중식 대규모 인프라가 더 이상 필요하지 않게 된 것이다. 전기자동차는 P2P 구조에서 스카이프의 개인 컴퓨터들이 수행한 역할과 유사한 기능을 수행할 수 있다. 특히 에너지 초과 생산분을 저장할 수 있는 능력이 있다. (p.192) 풍력발전은 주로 밤이나 추운 날씨에 전력을 생산하지만, 산업화한 경제에서는 낮에 더 많은 전기가 소비되며 전력 수요의 최고점은 가장 더운 날에 발생한다. 전기자동차는 이러한 수요 정점에 전기를 방출할 수 있다. 예를 들어, 가장 더운 여름날 전기자동차는 수요에 따른 에너지 공급자 역할을 할 수 있다. 전력회사들이 이러한 시간대에 가장 높은 요금을 부과하기 때문에, 전기자동차 소유자들이 자동차에 저장된 에너지를 전력망에 공급할 때 충분한 수요가 발생한다. 심지어 그들은 경쟁 에너지 시장에서 에너지 경매에 참여해 가장 높은 가격에 에너지를 판매할 수도 있다. 전력망에 참여해 월 100달러를 벌 수 있다면 자동차 소유의 경제적 개념 자체를 변화시킬 수 있다. 자동차가 단순한 고가의 소유물에서 수익을 창출하는 투자 수단으로 변모할 수 있는 것이다. (p.193)

<참고문헌>

- 토니 세바(저자)/박영숙(번역) 『에너지 혁명2030 (석유와 자동차 시대의 종말 전혀, 새로운 에너지가 온다) (교보문고, 2015)

[서현순]

2025학년도 1학기 기말과제물(온라인제출용)
생태적삶을찾아서(3-1)
다음 중 한 문제는 선택하여 작성하시오.
5. 전기자동차가 앞으로 내연기관 자동차를 몰아내고 대세가 될 것인지, 그렇다면 그 이유가 무엇인지 생각해 보시오.
- A4 3장 작성하세요.
- 서론,본론,결론,감상/해석.........논술 형식으로 작성

<참고문헌>
- 토니 세바(저자)/박영숙(번역) 『에너지 혁명2030 (석유와 자동차 시대의 종말 전혀, 새로운 에너지가 온다) 』 (교보문고, 2015)

[서현순]

토니 세바(저자)/박영숙(번역) 『에너지 혁명2030』
책: p.181~p.193까지 텍스트 전체
요점정리 잘 해서 과제물 작성하세요^^
내가 너무 힘들게 작성했어요.

[서현순]

※ 제4장 전지 자동차가 가져올 붕괴
전기 자동차가 파괴적인 9가지 이유입니다.

[서현순]

Q. 다음 중 한 문제는 선택하여 작성하시오.
1. 인류는 2100년의 지구 평균기온이 1850년경의 지구 평균기온에 비해 섭씨 2도 이상 올라가지 않도록 하는 데 성공할 것인가?
2. 기후변화로 2100년에 지구 평균기온이 1850년경에 비해 섭씨 2도 이상 상승하면 인류문명은 쇠퇴의 길로 접어들 것인가?
3. 2100년경에는 지구 평균기온이 1850년경에 비해 몇도 올라간다고 보는 것인 합리적인가?
4. 인류는 기술 발전을 통해 에너지 전환을 달성할 수 있을 것인가?
⑤ 전기자동차가 앞으로 내연기관 자동차를 몰아내고 대세가 될 것인지, 그렇다면 그 이유가 무엇인지 생각해 보시오.
6. 한국의 전기수요를 모두 풍력발전과 태양광발전으로 충당한다고 할 때 얼마나 많은 발전소들이 필요한지 조사하고, 그 가능성에 관해서도 판단해 보시오.

※ 이 책 『에너지 혁명2030』에 해당하는 문제는? ⑤번 문제입니다.

[서현순]

『에너지 혁명 2030』 지난번에 구입했는데....
이렇게 필요하네요^^

[서현순]

<참고문헌> 생태적 삶을 찾아서(추천도서)

- 마크 라이너스 『최종 경고: 6도의 멸종』 (세종서적, 2022)
- 토니 세바/박영숙 역 『에너지 혁명2030 (석유와 자동차 시대의 종말 전혀 새로운 에너지가 온다)
(교보문고, 2015)
- 이필렬 『에너지 기술이 인류를 구할 수 있을까?: 기후 위기와 에너지 (다정한시민, 2025)
- 나오미 클라인 『미래가 불타고 있다』 (열린책들, 2021)
- 조지 마셜 『기후변화의 심리학-우리는 왜 기후변화를 외면하는가』 (갈마바람, 2018)