배터리-전기 트럭은 수소 트럭보다 구매에 2배, 운행에 비용이 3배 저렴하고 모든 동일한 작업을 수행

충전소에 있는 테슬라 세미 배터리 전기 트럭. Photo: Tesla

지난 몇 달 동안, 나는 혁신 영국 탄소 제로 배출 도로 화물 실증(ZERFD)으로부터 자금을 조달하기 위한 제안서를 작성하는 팀과 많은 관련이 있었다.

 

이 프로젝트는 "2040년까지 모든 탄소 제로가 아닌 HGV(대형 트럭, heavy goods vehicle)의 판매를 종료하고 지속적인 국경 간 화물 운송을 가능하게 하겠다는 정부의 약속을 지원할 것"이라는 영국 교통부의 자금 지원을 받는 대규모 실증 프로젝트이다.

이 시험은 40-44톤의 차량 총 중량 범위에 있는 중량물 차량(HGV)에 초점을 맞추고 있다. ZERFD 프로그램에는 배터리 전기차(BEV)용, 수소 연료 전지 전기차(FCEV)용, BEV 및 FCEV 복합 운영용 등 3개의 종류가 있다. 2023년부터 2030년까지 수백 대의 "탄소배출 제로" 차량이 성공적인 프로젝트 팀에 의해 운영될 것이다.

 

실험에 참여할 차량 운전자들은 향후 2년 동안 (2025년 4월 이전에) 그들의 BEV 또는 FCEV를 구매해야 한다. 결과적으로, 제안 준비를 위해 그들은 탄소 제로 트랙터 유닛*의 공급을 위해 OEM(Original Equipment Manufacturer)으로부터 힘든 견적을 받아야 했다.

* 보통 2축 또는 3축 섀시로 구성되며 세미 트레일러 운반에 사용되는 캡, 엔진 및 드라이브 트레인이 장착된 대형 도로 차량.

이것은 트럭 산업의 중요한 재정적 분수령이었다. OEM 업체들은 기꺼이 참고할 만한 견적을 제공해야 했다.... 단지 이상적인 미래에 가능한 것에 대해서만 말하는 것이 아니다. 입찰 개발 과정에서 차량 운전자들과 많은 논의에 참여하면서 OEM 업체 전체의 견적 가격을 잘 파악할 수 있었다.

 

그렇다면 OEM 업체들은 현재 "탄소 제로" 트랙터 유닛에 대해 얼마를 견적하고 있을까? 500-600 kWh 배터리를 장착한 BEV의 경우, 현재 가격은 £250,000-350,000($307,000-430,000) 범위이며, 디젤 유닛의 두 배가 약간 넘는다. 동등한 수소 연료 전지 전기 자동차의 경우, 가격대는 50만 파운드에서 70만 파운드로 다시 두 배가 된다. 물론, 우리는 수요가 증가하고 제조업이 확장됨에 따라 이러한 가격이 앞으로 하락할 것으로 예상할 수 있다.

 

FCEV(수소 연료전지 전기트럭), hyzonmotors.com

 

전기분해를 통해 재생 가능한 전기를 수소로 전환해 수소를 압축 저장한 뒤 연료전지를 통해 구동해 전기모터를 구동하는 방식은 전체 효율이 23% 수준이다. 즉, 77%의 에너지가 FCEV의 에너지 변환 체인을 통해 저급 열로 낭비된다.

이와는 대조적으로 재생 에너지가 100 kWh 발생할 때마다 약 69 kWh가 BEV의 바퀴에 도달한다. 결과적으로 FCEV는 BEV와 동일한 거리를 주행하기 위해 3배 더 많은 재생 가능한 전기를 필요로 한다.

 

이 계수가 3이라는 것은 전해 수소로 구동되는 FCEV에 에너지를 공급하는 데 BEV를 직접 전기로 구동하는 데 드는 비용보다 최소 3배 이상이 든다는 것을 의미한다.

(물론 정부 보조금을 통한 것 외에는) 이것을 해결할 수 없다. 미래의 "재생 에너지로 움직이는" 세상에서 전기가 훨씬 저렴해지더라도, 에너지가 동등한 BEV보다 FCEV를 작동하는 데 항상 3배 더 많은 비용이 들 것이다.

그리고 물론 FCEV의 추가적인 복잡한 구성요소는 의심할 여지없이 BEV보다 유지관리 비용이 더 많이 든다는 것을 의미할 것이다.

 

따라서 FCEV는 예측 가능한 미래에 설비 투자 비용의 약 두 배와 BEV의 운영 비용의 최소 세 배를 필요로 할 것이라고 결론짓는다.

BEV가 디젤 트럭과 동일한 방식으로 작동할 수 있을까?

이러한 비용 차이를 감안하더라도 차량 운전자에 대한 관련 질문은 그렇지 않을 수 있다. 어떤 에너지원을 구입해야 합니까? 오히려, 중요한 질문은, BEV가 디젤 차량과 같은 물류 작업을 할 수 있는가 하는 것이다. 왜냐하면, 만약 그들이 할 수 있다면, 아무도 수소로 움직이는 트럭을 사지 않을 것이기 때문이다!

지난 몇 년 동안 지속 가능한 도로 화물 센터(SRF)는 이 질문에 답하기 위해 배터리-전기 물류를 연구해 왔다.

우리의 접근 방식은 전국의 다양한 영국 차량들에 대한 대량의 물류 데이터(출발지, 목적지, 페이로드, 시간대 등)를 수집하는 것이었다.

디젤 트럭 대신 BEV를 사용하여 수만 가지의 다양한 물류 여정을 수행하는 데 필요한 전기 충전 요구 사항과 배터리 크기를 예측하기 위해 전기 트럭의 정확한(신중하게 검증된) 시뮬레이션 모델을 사용했다.

 

중요한 것은, 우리는 단지 개별적인 여행을 시뮬레이션하지 않았다는 것이다. 우리는 각 BEV의 "하루"를 시뮬레이션하는 데 중점을 두었다. 즉, 주행 중(차량이 충전할 수 있는 시간)과 주행 사이의 시간을 계산하는 것이다.

우리의 목표는 트럭 정류장, 창고 및 창고에 위치한 급속 충전기를 갖춘 BEV에 의해 최소한의 시간 페널티로 기존 물류 작업을 완료할 수 있는지 여부를 확인하는 것이었다. 우리는 또한 이동 중인 차량에 전기를 제공하기 위해 오버헤드 커티너리(catenary, 현수선) 케이블이 있는 전기 도로 시스템(ERS)의 사용을 조사했다.

 

영국 최초의 '전기 자동차 전용도로'로 가는 길에 녹색 불이 켜졌다. envirotecmagazine.com

구체적인 내용을 살펴보지 않고는 대용량 배터리(600~800 kWh)와 적절한 충전 인프라를 갖춘 BEV가 현재 물류 업무를 수행하지 못하는 사례를 찾을 수 없었다. 즉, 우리의 모델은 기본적으로 영국의 모든 현재 도로 운송이 적절한 충전 인프라를 갖춘 배터리 전기 트럭에 의해 수행될 수 있음을 나타낸다.

ERS를 사용하면 "큰 배터리" 솔루션보다 더 많은 이점을 얻을 수 있다.

ERS 트럭의 배터리 크기는 훨씬 작으며(일반적으로 150 kWh), 차량은 배터리 충전을 위해 멈출 필요가 없으므로 충전으로 인한 물류 시간 제한이 없다. 이는 트랙터 유닛이 창고에서 즉시 회전하여 운영하는 데 큰 이점이 될 수 있다(즉, 30분 동안 충전할 시간이 없다).

 

소형 경량 배터리는 차량 적재량이 제한된 경우에 큰 이점이 된다. ERS 차량은 또한 에너지 소비량이 낮으며(초기 100 kWh의 재생 에너지 중 77 kWh가 바퀴를 구동함), 대형 배터리 EV보다 탄소 배출량이 낮고 총 소유 비용(TCO)이 상당히 낮으며, 심지어 오버헤드 커티너리 인프라 비용도 고려된다.

마지막으로, 우리의 재무 모델은 전기화로 인한 효율성 이득이 ERS 인프라의 추가 비용을 지불하기에 충분해야 하며 결과적으로 정부 보조금이 전기 트럭 운송에 필요하지 않아야 한다는 것을 나타낸다.

 

이 모든 것에서 나온 내 결론은 영국의 미래 도로 운송 시스템은 수소로 작동하지 않고 전기로 작동될 것이라는 것이다.

차량 운전자들은 "그들의 수표책으로 투표"할 것이다. 그들은 BEV가 그들이 해야 할 모든 물류 작업을 할 수 있을 때, 구매하는 데 BEV보다 두 배 더 비싸고 운행하는 데 세 배 더 많은 비용이 드는 FCEV를 사지 않을 것이다.

 

ref. https://www.hydrogeninsight.com/transport/opinion-battery-electric-trucks-will-be-three-times-cheaper-to-run-than-hydrogen-models-and-be-able-to-perform-all-the-same-tasks/2-1-1365662