전기차는 환경보다 더 많은 도움을 줄 수 있다 – 광범위한 채택이 눈에 띄는 건강 및 재정적 혜택을 가져올 수 있다

새로운 토론토 대학교의 새로운 연구는 전기차(EV)의 대규모 채택과 재생 전력 생산 확대가 2050년까지 최대 $188 billion(1,880억 달러) 규모의 건강 혜택을 가져올 수 있다고 제시합니다.

이를 위해 토목·광물공학부 팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 사용했으며, 미국 차량의 전기화와 덜 공격적인 전력망 탈탄소화만으로도 수십억 달러에 달하는 인구 수준의 중요한 건강 혜택을 제공할 수 있음을 보여주었습니다.

연구 공동 저자인 마리안 네 하츠포울루 교수에 따르면, 전기차의 영향을 연구할 때 연구자들은 일반적으로 CO2 배출 감소라는 기후 변화에 초점을 맞추었지만, 이는 내연기관 차량이 초래하는 오염의 전부는 아닙니다.

CO2 외에도, 이러한 기존 차량은 “공공 보건에 상당하고 정량화 가능한 영향을 미치는 많은 대기 오염 물질을 배출한다”고 하츠포울루는 말했으며, 이러한 오염은 “저소득, 인종 소수자 또는 소외된 인구에게 불균형적으로 큰 영향을 미친다”고 지적했습니다.

2020년에, 이 팀의 구성원들은 전 과정 평가(LCA) 전문 지식을 활용해 미국 시장에서 대규모 전기차 채택의 영향을 시뮬레이션하는 컴퓨터 모델을 구축했습니다.

팀은 미국을 테스트 시장으로 선택했는데, 이는 인구당 차량 보유율과 주행 거리가 높고, 대형 차량과 고품질 데이터가 풍부하기 때문입니다.

전 세계 평균 기온 상승을 산업화 이전 수준 대비 2도 이하로 유지하기 위해 필요한 EV 수를 추정하기 위해, 팀은 이 목표를 미국 승용차용 탄소 예산으로 전환하는 새로운 방법을 고안했습니다. 그런 다음 그 예산 내에 머물기 위해 필요한 EV 수를 산정했으며, 그 결과는 ‘많은 양’이라는 결론에 이르렀습니다.

모델링된 시나리오에 따르면, 목표 배출 감소를 달성하기 위해 2050년까지 미국 도로에 3억 5천만 대의 전기차가 필요합니다.

이 수치는 당시 운행 중인 전체 차량의 약 90%에 해당하며, 연구 시점에서 도로에 있는 전기차 비율은 약 0.3%에 불과했습니다. 연구는 다음과 같이 밝혔습니다:

“판매가 빠르게 증가하고 있는 것은 사실이지만, 가장 낙관적인 전망조차도 2050년까지 미국 차량군이 약 50% 정도의 전기차만을 보유할 것이라고 예측합니다.”

채택에 대한 장벽으로는 소비자 선호도, 배터리용 코발트, 리튬, 망간 등 핵심 소재 공급 문제, 그리고 국가 전력 인프라에 대한 부담이 지적되었습니다. 논문은 연간 전력 수요가 1,730 TWh 증가할 것으로 예상하며, 이는 인프라와 신규 발전소에 대한 대규모 투자를 필요로 한다고 밝혔습니다.

연구는 2050년까지 90% 전기차 보유는 비현실적인 시나리오이며, 대중교통에 대한 대규모 투자, 주거 밀도 증가, 그리고 활발한 교통을 가능하게 하는 도시 재설계가 필요하다고 결론지었습니다.

“전기차는 실제로 배출량을 줄이지만, 우리가 이미 해야 한다는 것을 알면서도 그 일을 피할 수는 없습니다. 우리의 행동, 도시 설계, 그리고 문화적 측면까지 재고해야 합니다. 모두가 이에 대한 책임을 져야 합니다.”

– 헤더 매클린 교수

대규모 전기차 채택은 인간 건강

계산 후 계산 전기차가 완화 목표를 달성하기 위해 필요한 수를 산출한 뒤, 토론토 대학 공학팀은 경량 차량 전기화의 건강 혜택을 연구했습니다.

이번 달 PNAS에 발표된 최신 연구는 2022년부터 2050년까지 미국이 전기차를 채택함에 따라 대기질 관련 건강 영향을 정량화하는 독특한 관점을 제시합니다.

전기차 자체는 배기 가스를 전혀 배출하지 않지만, 그렇다고 해서 대기 오염에 책임이 없다는 뜻은 아닙니다. 전기차는 전력이 필요하고, 그 전력을 공급하는 발전소가 천연 가스나 석탄과 같은 화석 연료를 사용한다면, 전기차도 오염에 기여하게 됩니다.

따라서 팀은 모델을 수정해 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx), 그리고 직경 2.5마이크로미터 이하인 미세 입자(PM2.5) 등 대기 오염 물질의 배출을 시뮬레이션했습니다. 이러한 입자는 유기 화학 물질, 먼지, 그을음, 금속을 포함할 수 있습니다.

CO2와 달리, 수십 년간 대기 중에 머무르며 잘 섞이는 반면, 이러한 오염 물질과 그 건강 영향은 보다 지역적입니다.

“우리는 얼마나 배출하는가뿐만 아니라 어디에서 배출하는가도 중요합니다.”

– 다니엘 포센 교수

따라서 CO2를 모델링하는 것과 이러한 오염 물질을 모델링하는 것은 매우 다른 일입니다.

또한 전력망과 내연기관 차량에서 발생하는 대기 오염은 시간이 지남에 따라 일정하게 유지될 것으로 예상되지 않습니다.

예를 들어, 현재 우리가 사용하는 가솔린 차량은 20년 전 제작된 차량보다 훨씬 적은 오염을 배출하지만 여전히 도로에 존재합니다. 마찬가지로 전력망은 점점 친환경적으로 변하고 있습니다. 그래서 이러한 모든 요인을 고려해야 합니다.

팀은 모델을 시뮬레이션하기 위해 두 가지 주요 시나리오를 선택했습니다. 첫 번째 시나리오에서는 더 이상 전기차가 생산되지 않을 것이며, 그러나 기존 내연기관 차량은 계속해서 교체될 것이며 보다 효율적인 차량으로 교체됩니다. 다른 시나리오에서는 2035년까지 판매되는 모든 신차가 전기차라고 가정됩니다.

두 번째 시나리오가 “공격적”으로 보일 수 있지만, 노르웨이, 네덜란드, 프랑스, 캐나다 등 이미 전기차에 전념하고 있는 정부들이 있습니다.

두 시나리오 모두에서 연구자들은 전력망이 재생 에너지로 전환되는 다양한 속도를 고려했습니다. 이 속도는 현재 수준을 유지하거나, 가속화하거나, 2050년까지 대략 동일하게 유지하는 경우를 포함합니다.

각 조건에 대해, 미국 전역의 대기 오염 수준을 시뮬레이션했습니다. 그런 다음 이 오염 수준을 경제적 가치와 손실된 수명 연수에 대한 통계적 추정치와 연관시켰습니다.

“우리의 시뮬레이션은 2022년부터 2050년까지 대규모 전기차 채택의 누적 공공 보건 혜택이 수천억 달러에 이를 수 있음을 보여줍니다… 전력망이 계속 친환경적으로 변한다면 말이죠.”

– 포센

세계가 이미 화석 연료 발전에서 탈피하고 있는 가운데, 팀은 전력망이 현재 상태를 유지하는 경우도 모델링했습니다.

“그 경우, 우리는 단순히 오래된 내연기관 차량을 새로운 차량으로 교체하는 것이 더 나을 수도 있지만—다시 말해, 이는 매우 비현실적인 시나리오입니다.”

이제, 중요한 질문은 교통 부문의 탈탄소화를 위해 전기차를 채택하는 것이 우선인지, 전기차 오염의 근원인 전력 생산 부문의 탈탄소화가 우선인지입니다.

이에 대해 하츠포울루는 다음과 같이 말했습니다:

오늘 판매되는 차량은 판매되고 있는 차량은 앞으로도 사용될 것이며 수십 년 동안 지속될 것입니다.

이는 우리가 먼저 전기차를 채택해야 함을 의미합니다. 왜냐하면 효율이 아무리 높아도 내연기관 차량을 계속 구매하면 수년간 배기 가스 배출에 묶이게 되어 오염이 전 세계에 퍼지게 되기 때문입니다.

하지만, 전력 생산 시스템도 탈탄소화되어야 하며 동시에 진행되어야 하고, 더 많은 전기차가 먼저 도로에 나올 때까지 기다려서는 안 됩니다.

“우리는 오늘부터 더 건강한 미래를 향한 길을 시작해야 합니다.”

– 하츠포울루

전기차가 공공 보건에 미치는 혜택 정량화

전기차는 최근 몇 년간 큰 관심을 얻으며 대기 오염 문제를 해결하는 강력한 수단으로 부상하고 있습니다.

이는 전 세계 사망 원인 중 10분의 1이 대기 오염이며, 매년 8.43백만 명의 조기 사망을 초래하고, 평균 기대 수명을 2년 이상 단축한다는 점에서 이해됩니다. WHO에 따르면, 대기 오염은 전 세계 인류 건강에 대한 가장 큰 환경 위협입니다.

이 위협의 대부분은 운송 산업에 기인합니다. 미국에서는 이 부문이 전체 온실가스(GHG) 배출량의 약 29%를 차지하며, 따라서 기후 변화 완화를 위한 전략의 핵심 대상이 되고 있습니다.

해결책 중 전기차는 배기 가스가 전혀 없으며, 중요한 가능성을 제공하여 GHG 배출량과 대기 오염을 모두 감소시킬 수 있습니다. 미국 에너지부에 따르면, 가솔린 차량이 배출하는 5,186kg의 탄소 배출량에 비해 전기차는 1,783kg만 배출합니다.

따라서 올해 초 발표된 연구는 미국 네 도시—뉴욕, 시카고, 휴스턴, 로스앤젤레스—에서 전면 전기화(FullE)의 혜택을 조사했습니다. 이들 도시는 인구 밀도가 높고, 교통량이 많으며, 환경 보호청 기준에 미치지 못하는 대기 질을 가지고 있습니다.

연구에 따르면 FullE 시나리오는 PM2.5 감소를 0.34~2.29 μg·m⁻³까지 최고치로 이끌었으며, NOx와 오존 농도도 크게 감소시켰습니다.

보건 관점에서 FullE 시나리오는 뉴욕에서 매월 796명, 시카고에서 328명, 휴스턴에서 157명의 조기 사망을 예방할 수 있습니다. 경제적으로는 하루에 5,100만 달러에서 2억 4,900만 달러 사이의 건강 혜택이 예상됩니다.

하지만 로스앤젤레스에서는 전면 전기화가 PM2.5와 오존 수준 상승으로 인해 사망률을 오히려 증가시킬 수 있으며, 경량 차량의 29% 전기차 비율만으로도 매월 104명의 생명을 구할 수 있습니다. 이는 도시의 복잡한 대기 화학 및 독특한 지리·기상 조건 때문이며, 따라서 “지역별 환경 규제”가 필요합니다.

또 다른 연구는 중국 상하이에서 전기차의 건강 혜택을 조사했으며, 일부 지역은 대규모 전기차 채택으로 인한 비용이 매우 높음에도 불구하고 더 큰 혜택을 얻을 수 있다고 지적했습니다. 따라서 정책 입안자는 지역 특성을 기반으로 인센티브를 설계해야 한다고 권고했습니다.

상하이와 같은 대도시는 일반적으로 대기 질이 더 악화되고, 더 많은 인구가 차량 배출에 노출됩니다.

따라서 연구는 가솔린 차량이 배출하는 미세 입자, NOx, 휘발성 유기 화합물을 배터리 전기차로 교체함으로써 기후 및 건강 혜택을 평가했습니다. 배터리 전기차는 발전소에서 발생하는 NOx와 SO2 배출에 기여합니다.

연구에 따르면 중국 최대 도시의 각 전기차는 6,400달러의 건강 및 기후 혜택을 창출합니다. 또한 전기차의 건강 영향은 평균 내연기관 차량보다 약 20배 낮으며, 오래된 내연기관 차량을 교체할 경우 차량당 8,900달러의 혜택을 얻을 수 있습니다.

하지만 차량 전기화는 온실가스 배출 감소와 대기 질 개선뿐만 아니라, 유해 대기 오염 물질에 노출된 사망률을 낮추는 것으로 나타났습니다.

내연기관 차량이 배출하는 미세 입자를 흡입하면 심장마비를 포함한 심혈관 질환 위험이 증가합니다. 어린이는 대기 오염에 노출되면 평생 의료 문제가 발생할 수 있으며, 임산부는 합병증 및 저체중 출산 위험이 증가합니다. 연구에 따르면 대기 오염은 주의력 관련 장애에도 기여합니다.

대기 오염이 인간 건강, 특히 어린이에게 미치는 부정적인 영향을 고려하여, 미국 폐 협회는 전기차가 생명을 구하는 데 미치는 영향을 연구했습니다.

“대기 오염과 기후 변화는 오늘날 어린이들을 위험에 빠뜨리고 있습니다. 기후 변화의 영향은 계속해서 심화되고 있으며, 이는 미국에서 성장하는 어린이들이 직면하는 위험을 더욱 가중시킬 것입니다.”

– 윌 바렛, 보고서 저자이자 협회의 청정 공기 옹호 수석 이사

사람들의 건강을 개선하기 위해, 보고서는 모든 신차 구매를 무배출 옵션으로 하고, 2035년까지 국가 전력망을 청정 및 재생 에너지로 전환할 것을 제안했습니다.

그 그룹에 따르면, 이러한 무배출 차량은 2050년까지 미국에 1.2조 달러 이상의 건강 혜택을 창출할 것입니다.

전기차 시장의 현재 상황

이러한 차량 전기화의 모든 혜택에도 불구하고, 전기차 채택은 정확히 어느 단계에 있을까요? 국제 에너지 기구(IEA)의 보고서에 따르면 전기차 판매량은 2023년에 거의 1,400만 대에 이르렀으며, 전년 대비 350만 대 증가했고, 2018년 대비 6배 증가했습니다.

2023년에는 전기차가 전체 자동차의 약 18%를 차지했으며, 이는 2022년 대비 4% 증가한 수치입니다. 불과 5년 전만 해도 전기차 비중은 2%에 불과했으며, 이는 전기차의 대규모 채택을 보여줍니다. 전기차 중 70%는 배터리 구동이며, 이 수치는 도로상의 전기차 총량을 4천만 대로 만들었습니다.

전기차 채택이 전 세계적으로 진행되고 있지만, 대부분은 크게 집중되어 있으며 몇몇 주요 시장에만 집중되어 있고, 중국이 선두에 있습니다.

신규 전기차 등록량의 거의 60%(8.1백만 대)가 중국에서 이루어졌습니다. 놀랍게도 2023년은 10년 넘게 지속된 중국의 신에너지 차량(NEV) 산업에 대한 국가 보조금이 없었던 첫 해였습니다. 그러나 세금 면제, 비재정 지원, 일부 지방 투자 등은 유지되었습니다. 지난해 중국은 400만 대 이상을 수출했으며, 그 중 120만 대가 전기차로 세계 최대 자동차 수출국이 되었습니다.

그 뒤를 유럽이 25%가 차지하고, 미국이 10%(140만 대)로 따릅니다. 이 지역들은 전 세계 전기차 판매의 거의 95%를 차지합니다. 2024년에도 성장세가 이어지고 있으며, 중국은 2024년 1분기에 이미 190만 대의 전기차를 판매했으며, 미국은 35만 대에 그쳤습니다.

신흥 시장 및 개발도상국에서 전기차 판매가 증가했지만, 전반적으로 낮은 수준을 유지하고 있으며, 아프리카, 유라시아, 중동에서는 전기차가 여전히 드뭅니다.

IEA에 따르면 전기 이동성으로의 전환은 저렴한 전기차에 달려 있습니다. 기술 개발 외에도 경쟁은 비용을 낮추는 큰 요인입니다.

“사람들은 기후 변화와 싸우고 전기차를 운전할 준비가 되어 있지만, 어떤 대가를 치르더라도는 아닙니다,” 라고 파리 모터쇼 디렉터 세르주 가쇼가 말했습니다. 파리 모터쇼는 이번 달에 열렸으며, 미국, 중국, 유럽의 전기차 제조업체들이 최신 모델을 선보였습니다.

JATO 데이터에 따르면 2023년 상반기 중국의 배터리 전기차 평균 소매 가격은 34,000달러 이하였으며, 유럽은 약 72,000달러, 미국은 74,000달러 수준이었습니다.

중국은 최첨단 기술과 고품질 차량을 보다 경쟁력 있는 가격에 제공함으로써 전기차 시장을 장악하고 있습니다. 중국의 전기차 시장 지배에 대응해 유럽과 캐나다는 현지 전기차 산업을 촉진하기 위해 관세 부과를 검토하고 있습니다.

현재 전기차 분야의 주요 기업으로는 NIO(LIO ), Li Auto(LI ), Lucid Group(LCID ), Rivian Automotive(RIVN ), 그리고 Stellantis N.V.(STLA ) 등이 있습니다.

하지만 중국의 BYD는 현재 전 세계 전기차 산업을 선도하고 있습니다. 이 회사는 전기차, 배터리, 에너지 솔루션을 생산하며, 국내외 시장에서 시장 점유율을 빠르게 확대하고 있습니다. BYD는 3분기에 1,134,892대를 판매했으며, 2분기에는 986,720대를 판매했습니다.

작성 시점에서, 시가총액 1,235억 달러인 이 회사의 주가는 36.86달러에 거래되고 있으며, 연초 대비 33.16% 상승했으며, EPS(TTM)는 1.55, P/E(TTM)는 23.84입니다.

그 다음은 일론 머스크의 Tesla, Inc.(TSLA )이며, Model S, Model 3, Model X, Model Y 등 다양한 전기차를 생산합니다. 3분기에 Tesla는 462,890대의 전기차를 인도했으며, 2분기 대비 증가했습니다. 2분기 매출은 255억 달러이며, 규제 크레딧으로 8억 9천만 달러를 기록했습니다.

작성 시점에서, 시가총액 7,038.5억 달러인 이 회사의 주가는 217.80달러에 거래되고 있으며, 연초 대비 11.18% 하락했으며, EPS(TTM)는 3.56, P/E(TTM)는 62.04입니다.

결론 

연구에 따르면 전기차는 환경과 공공 보건 모두에 부인할 수 없는 혜택을 제공하지만, 광범위한 채택에는 상당한 과제가 따릅니다. 그 잠재력을 완전히 활용하려면 차량을 전기화할 뿐만 아니라 전력망도 탈탄소화해야 합니다. 전반적으로 전기차 채택은 여행 방식, 생활 방식, 에너지 생산 방식을 포함한 더 넓은 사회적 변화와 함께 이루어져야 합니다.

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