상업용 운송 산업의 전기화: 진행 상황과 도전 과제

소비자 전기차(EV)는 지난 10년 동안 시장 침투에서 상당한 성과를 이뤘습니다. 로이터에 따르면, 2023년 3분기에는 미국에서 역대 최대 EV 판매량을 기록했습니다. 시장 점유율은 7.9%에 달하며, 전년 대비 거의 50% 증가했습니다. 그러나 다른 운송 산업은 전기화의 도입이 더딘 상황입니다. 이 글에서는 곧 전기차 기술의 성장을 볼 가능성이 있는 몇 가지 비소비자 부문과 상업용 차량 전기화가 지연된 이유인 EV 차량 충전 인프라의 문제를 분석합니다.

현재 및 미래 교통 동향

버스와 트럭은 운송 전기화의 다음 과제입니다. 다행히도 배터리 관리 시스템, 자동차 릴레이, 자동차 커넥터 등 EV 기술의 급격한 발전은 이러한 운송 부문에서 EV 채택을 가속화하고 있습니다:

배터리 전기 버스 (BEB)

배터리 전기 버스(BEB)는 트롤리 와이어로 구동되는 전기 버스와는 구별되며, 도시 환경에서 점점 더 인기를 얻고 있습니다. BEB는 운영 비용이 낮고, 배출가스가 줄어들며, 내연기관 기반 버스나 트롤리버스에 비해 유지보수가 용이하다는 점에서 대중교통 네트워크에서 사용되고 있습니다.

그러나 이러한 사용에는 충전 인프라가 필요하므로 인프라 정책의 유인책이 적은 지역에서는 채택 속도가 느릴 수 있습니다. 전 세계의 일부 도시(예: 선전)는 대규모 정부 지원과 중국의 EV 제조사인 BYD 덕분에 이미 도시 전체의 버스 차량을 교체했습니다.

실리콘 카바이드 MOSFETs와 같은 전력 반도체 기술의 발전은 더 저렴하고 효율적인 배터리 어셈블리를 가능하게 합니다. 배터리 기술이 계속해서 발전함에 따라 BEB 버스의 주행 거리가 늘어나고 이러한 차량의 비용이 감소하여 보다 널리 채택될 수 있게 됩니다.

주행 중 충전 버스(IMC)

배터리 전기 버스(BEB)와 트롤리버스의 하이브리드 솔루션은 이동 중 충전(IMC) 버스입니다. 이 새로운 전기 버스 기술은 주로 중앙 유럽에서 발견됩니다. 기존에 트롤리 라인이 설치된 도시에서는 IMC 버스가 이동 중에 충전할 수 있으며 필요에 따라 트롤리 라인에서 벗어날 수 있습니다.

IMC 버스는 전체 차량 범위가 넓고 공차 중량이 낮으며, 직접 전력과 함께 작동하는 정교한 배터리 관리 시스템을 활용합니다. IMC는 또한 소비자 차량 인프라 강화와 발맞추어 유도 도로 충전 기술이 발전하면서 시장 확장을 볼 수 있습니다.

저가에서 중가까지의 중형급 대형 트럭

대형 트럭은 특히 단거리 노선에서 운행되는 차량을 중심으로 점차적으로 전기 동력으로 전환되고 있습니다. 이러한 차량은 소비자 차량과 비교하여 무게와 동력 요구사항이 크게 다르지만, 낮은 차량 유지보수 비용과 향상된 차량 성능으로 인해 도입이 유리합니다.

배송 차량 및 쓰레기 운반차와 같은 저주행 거리 정지-출발-정지 애플리케이션에서는 전기차가 내연기관 경쟁자보다 훨씬 더 효율적이고 비용 효율적일 수 있습니다. 특히 높은 순간 토크 성능을 고려할 때, 전기 중형 차량은 곧 널리 채택될 가능성이 높습니다.

예를 들어, Amazon은 최근 EV 제조업체 Rivian과 협력하여 2030년까지 100,000대의 배달 차량을 제작하고, 기존 연소 기반 차량을 점진적으로 대체하려는 계획을 세웠습니다. 이는 2040년까지 탄소 중립 달성을 목표로 한 노력의 일환입니다. 이 새로운 차량 군은 최첨단 EV 기술, 자동차 센서, 그리고 지능형 배터리 관리 시스템을 갖추고 있어 Amazon이 고객들에게 더 효율적으로 서비스를 제공하고 비용을 절감하는 데 도움을 줄 것입니다.

EV 플릿 충전 과제

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

전력 밀도

현재 배터리는 전력 대 중량 비율이 너무 높아 항공에 사용하기에는 비효율적이거나 불가능합니다. 비행기는 최대 효율을 달성하기 위해 가능한 한 낮은 무게로 엄청난 전력을 필요로 합니다. 심지어 연소 기반 항공에서도 항공기가 무거울수록 운항 비용이 더 많이 듭니다.

항공편당 연료 무게는 철저히 고려되며, 항공사들은 최대한 효율성을 높이기 위해 각 항공편마다 최소량의 예비 연료를 선택합니다. 이와 유사하게, 대형 선박은 운송을 위해 엄청난 양의 에너지가 필요합니다. 이러한 에너지를 저장하는 것이 처음에는 가능할 것처럼 보이지만, 오늘날의 배터리는 여전히 연료를 대체하기에는 너무 무겁습니다. 예를 들어, 표준 컨테이너 선박은 약 300만 갤런의 디젤 연료를 운반할 수 있습니다. 디젤 연료 한 갤런은 138,700 BTU 또는 40.6 kWh의 에너지를 담고 있으며, 이는 Tesla Powerwall 3 세 개(3개)와 동일한 에너지 저장 용량입니다. Tesla Powerwall 3 세 개의 부피는 23,666.4 입방 인치이고 무게는 861파운드이며, 디젤 한 갤런의 부피는 231 입방 인치이고 무게는 7.1파운드입니다.

따라서 컨테이너 선박이 동일한 전력 성능으로 완전히 전기로 작동하려면 102배의 저장 공간과 현재 연료 저장 무게의 121배를 지원해야 합니다. 비교를 위해 900만 개의 테슬라 파워월 3(디젤 300만 갤런과 동일) 크기는 30,211개의 선적 컨테이너와 같은 부피를 가집니다. 세계 최대 컨테이너 선박은 24,000개의 컨테이너를 실을 수 있으며, 운영을 위해 500만 갤런 이상의 연료를 저장합니다.

EV 차량 충전 인프라 과제

전기 자동차는 충전소나 도크와 같은 지원 인프라가 필요합니다. 이러한 충전 인프라 개발은 도시 환경에서는 비용이 많이 들고, 농촌 지역에서는 비용이 과도하며, 해양 환경에서는 기술적으로 실행이 불가능할 수 있습니다.

항공기, 선박, 장거리 트럭 중에서 가까운 시일 내에 지원 인프라를 갖출 가능성이 가장 높은 것은 장거리 트럭입니다. 이는 많은 도시 환경에서 이미 소비자 차량을 지원하기 위한 인프라 전기화를 시작했기 때문입니다. 장거리 트럭에 대한 더 큰 과제는 농촌 지역의 전기화인데, 이는 장거리 EV의 범위를 초과하는 거리를 포함하는 특정 무역 경로만 제한할 수 있습니다.

농촌 지역은 전기 인프라가 거의 없거나 전혀 없는 경우가 많으며, 지속적으로 장거리 차량을 충전할 수 있을 만큼 강력한 인프라는 더더욱 갖추고 있지 않을 수 있습니다. 장거리 트럭이 채택되기 위해서는, 농촌 휴게소나 석유 충전소가 내연 기관 차량을 서비스하는 것처럼 전략적인 충전 허브에서 전용 에너지 생성 및 운송이 개발될 필요가 있을 것입니다.

상업용 EV 비용 고려사항

일부 산업에서는 곧 전동화를 기술적으로 실현할 수 있을지도 모르지만, 비용이 과도할 수 있습니다. 차량의 내부 연소 엔진을 전기차로 전환하는 것은 어떤 기업에게든 비용이 지나치게 높을 수 있습니다.

수익 마진이 제한된 산업의 경우, 초기 차량 및 인프라 비용은 운영 비용이 장기적으로 적더라도 광범위한 채택을 방해할 가능성이 높습니다. 규제 및 정책 인센티브는 투자 비용을 상쇄하여 광범위한 채택을 가속화할 수 있으며, 이는 정부 세금 공제가 이를 장려하고자 하는 국가에서 소비자 차량 채택을 가속화하는 방식과 유사합니다.

상업용 전기차의 급증

일부 산업 분야는 대형 해양 선박, 항공, 장거리 트럭과 같이 전기화를 채택하는 데 더딜 수 있지만, EV 기술의 최근 발전은 상업 운송에서 혁신을 가능하게 합니다. BEB 및 IMC 버스는 낮은 운영 비용, 배출 감소 및 뛰어난 성능 덕분에 국제적으로 인기를 얻고 있습니다. 대형 트럭은 전기화를 통해 되살아날 가능성이 높으며, 이는 Amazon이 향후 10년 이내에 100,000대의 내연기관 기반 배송 차량을 EV로 교체하려는 계획으로 예시될 수 있습니다.

전력 밀도, 인프라 제약, 높은 초기 비용과 같은 문제들은 일부 부문의 전동화를 지연시킬 것입니다. 그럼에도 불구하고 배터리 모니터링 시스템, 전력 관리, EV 기술이 계속 발전함에 따라 향후 몇 년간 거의 모든 산업과 부문에서 EV의 지속적인 채택이 이루어질 것입니다.