메가 와트 충전이 중장비 전기화에 박차를 가할 것이며, 수소 트럭을 위험에 빠뜨릴 것이다.

대형 운송 부문에서 수소의 지배력은 날이 갈수록 희박해지는 것 같습니다. 리서치 회사인 IDTechEx는 전기 트럭용 메가 와트 충전 시스템(MCS)의 도입으로 인해 육상 운송 분야의 전기화가 실현될 가능성이 더 높아질 것으로 전망하고 있습니다. 이 새로운 고출력 충전 표준은 현재 초고속 충전기보다 7배 더 빠릅니다!

2021년, 미국 국립재생에너지연구소(NREL)는 최대 3.75 메가와트까지 충전할 수 있는 고전력 충전 표준을 개발하는 비약적인 발전을 발표했습니다. 오늘날 가장 강력한 DC 고속 충전소의 최대 충전 용량은 500킬로와트이므로 7배나 증가한 것은 상당히 놀라운 일입니다.

테슬라 세미는 메가와트 수준에서 충전할 수 있고, 더 큰 800 kWh 배터리는 30분 안에 최대 70%까지 충전할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 업계에서는 차량의 경쟁력을 갖추기 위해 최대 15분 급속 충전 수준을 목표로 하고 있습니다.

현재 상황: 주행거리는 여전히 뜨거운 주제이다.

10월 초, 메르세데스-벤츠 e악트로스 장거리 세미트럭의 프로토타입이 알프스 횡단 시험 주행을 성공적으로 완료했습니다. 이 테스트는 까다로운 지형 때문에 평평한 고속도로에서의 일반적인 테스트보다 연비 절감에 매우 유용한 코스팅이 더 중요했습니다.

40톤에 달하는 이 세미트럭은 슈투트가르트에서 사우스 티롤까지 가파른 도로 구간에서 충전을 위한 중단 없이 530킬로미터(330마일)를 주행했습니다. 7시간에 걸친 여정이었으며, 평균 속도는 75km/h라는 꽤 인상적인 수치였습니다.

물론 엔지니어들이 트럭을 최적으로 운전했고 날씨도 최적이었다는 점을 빼놓을 수 없습니다. 고성능 회생 시스템은 트럭이 언덕을 내려갈 때 편리하게 배터리를 충전했습니다. 오르막길에서는 효율적인 구동 시스템이 전기 소비를 최소화해 트럭에 짐을 가득 실었을 때 결코 높지 않은 전력 소비량을 기록했습니다.

얼마 후인 10월 10일, 메르세데스-벤츠 트럭은 e악트로스 롱홀 프로토타입의 양산 버전인 e악트로스 600의 세계 최초 공개를 축하했습니다. '600킬로 와트시 이상의 배터리 용량'에서 유래한 이 명칭은 기본적으로 3개의 배터리 팩으로 구성되어 총 621 kWh의 용량을 제공합니다.

두 개의 전기 모터가 536마력의 연속 출력과 805마력의 최고 출력을 생성합니다. 또한 장거리 전기 운송을 위해 자체 개발한 4단 변속기와 800 볼트 전기 액슬이 장착되어 있습니다.

그러나 차량 운영자에게 가장 중요한 것은 500km/310마일의 공시 주행 거리이며, 이는 실제로 많은 사람들이 "아킬레스건"으로 간주하는 것입니다. 실제 트럭 운전자가 운전대를 잡았을 때 실제 주행 가능 거리는 약 400~450km/ 250~280마일로 예상됩니다.

동급 디젤 악트로스의 연료 탱크는 400리터이며, 평균 연료 소비량은 100km당 30리터(7~8mpg) 미만입니다. 주행 가능 거리는 약 1,300km(800마일)로 e악트로스 600보다 최대 3배 더 깁니다.

전기 트럭의 배터리는 최대 400kW로 급속 충전이 가능하므로 20%에서 80%까지 충전하는 데 약 1시간이 걸리는 반면, 디젤 악트로스는 5분 정도 주유하면 됩니다. 그리고 e악트로스의 가격은 약 2.5배 더 높습니다. 그렇다면 어떤 단점이 있을까요?

차량 운영자는 "수익성은 어떻게 되나요?"라고 묻는다.

메르세데스-벤츠 트럭 관계자에 따르면 유럽 고객의 약 60%가 500km/ 310마일 미만의 장거리 트럭을 이용한다고 합니다. 충전의 대부분은 밤새 차고지나 적재 또는 하역 지점에서 이루어질 수 있으므로 e악트로스를 사용해도 큰 문제는 없을 것입니다.

그런 다음 운전자의 휴식 시간에 대한 규정을 고려해야 합니다. EU에서는 4.5시간 운전 후 운전자는 최소 45분 동안 중단 없이 휴식을 취해야 합니다. e악트로스를 4.5시간 동안 운전하면 완전히 충전된 배터리가 약 25~30%까지 고갈되므로, 4분의 3시간이면 80%까지 급속 충전할 수 있습니다.

이렇게 하면 e악트로스는 운전자의 의무 휴식 시간에 해당하는 단 한 번의 충전으로 1,000km/620마일을 주행할 수 있습니다. 물론 이를 위해서는 트럭을 위한 종합적인 고속 충전 네트워크가 필요하고 효율적으로 작동해야 합니다.

비용은 어떻게 되나요? e악트로스는 해당 디젤 버전보다 두 배 이상 비싸지만, 각국 정부의 전기 트럭 보조금, 디젤 연료에 비해 저렴한 전기 비용, 특히 프랑스와 독일과 같은 대규모 운송 국가에서는 CO2 배출량 기준으로 부과되는 트럭 통행료로 인해 비용을 절감할 수 있습니다.

관계자들은 e악트로스의 10년 수명 동안 탄소 발자국이 사용되는 모든 전기가 재생 에너지에서 나오는 경우 해당 디젤 모델보다 최대 80% 낮으며, 현재 유럽의 에너지 믹스를 고려할 경우 약 40% 낮다고 주장합니다.

이는 350~780톤의 CO2 절감으로 이어지며, e악트로스는 사용 2년 차에 배터리 제조에 따른 CO2 발자국을 상쇄할 수 있음을 의미합니다. 그러나 차량 운영자에게 더 중요한 것은 메르세데스-벤츠 트럭의 평균 시나리오에 의하면 e악트로스는 5년 또는 약 600,000km/370,000마일이 지나면 동급 디젤 악트로스보다 수익성이 더 높아진다는 것입니다.

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인산철 셀 기술(LFP) 덕분에 배터리는 최소 10년, 120만 km(74만 마일)의 긴 수명을 제공합니다. 또한 이 배터리는 이 기간 이후에도 최소 80%의 상태를 유지하며, 중고 에너지 저장장치나 지게차 등 덜 까다로운 차량에 동력을 공급하는 등 다른 용도로도 매우 유용하게 사용할 수 있습니다.

수소가 주행거리와 짧은 충전 시간 측면에서 더 편리하지 않나요?

e액트로스는 표준이 적용되면 메가와트 충전이 가능하도록 설계되었습니다. 고객은 메가와트 출력에서 20~80% 충전에 30분만 소요되는 MCS 시스템을 개조할 수 있는 옵션을 갖게 됩니다.

e액트로의 1 메가와트 이상 충전 기능에 대한 언급은 아직 없습니다. 아마도 800V 이상의 전기 아키텍처와 더 강력한 배터리 화학 구조가 필요하기 때문일 것입니다. 예를 들어, 3.75 MW 충전의 최대 속도는 1,250 볼트 DC에서 3,000 암페어를 의미합니다.

이러한 전력으로 e악트로스의 방전된 배터리를 10분 이내에 80%까지 충전할 수 있으며, 이는 디젤 악트로스와 동등한 수준입니다. 리서치 회사인 IDTechEx는 2024년에 MCS 표준이 발표되면 대형 배터리 기술 개발에 관여하는 모든 회사가 이 초고속 충전 기능을 제공하기 시작할 것으로 예상합니다.

하지만 MCS 표준이 장거리 트럭 운송에만 유효하다고 생각하면 오산입니다. 해양 선박, 항공, 광업 및 농업 장비 분야에서도 상당한 관심을 보이고 있습니다. 즉, 수소 연료 전지 기술 개발자가 목표로 하는 대부분의 분야입니다.

IDTechEx에 따르면 MCS 표준은 효율성 측면에서 수소와 큰 차이를 만들 것이라고 합니다.

재생 에너지로 전기를 생산하고, 배터리 기반의 에너지 저장 시스템에 저장하고, 고출력을 사용하여 차량의 배터리에 공급하고, 전기 모터를 통해 사용 가능한 에너지로 변환하면 전체적으로 90% 이상의 효율을 달성할 수 있습니다.

전선을 통해 장거리로 에너지를 전송하는 것만이 이 높은 효율에 약간의 영향을 미칩니다. 그리고 전기차와 충전소용 메가와트급 충전기는 높은 전력을 필요로 하기 때문에 많은 투자가 필요하다는 단점도 있습니다.

그러나 차량 운영업체와 유틸리티 업체는 비용이 많이 드는 그리드 업그레이드보다 보조금의 혜택을 받는 온사이트 에너지 저장 및 태양광 보완 솔루션에 더 많은 투자를 할 것으로 예상됩니다. 테슬라의 예가 가장 좋은데, 테슬라는 메가와트급 충전이 필요한 지역에 자체 배터리 저장 시스템을 설치할 계획입니다.

재생 에너지로 수소를 생산하는 것은 에너지 집약적인 반면, 화석 연료를 사용하는 것은 배출량에 큰 영향을 미치며 비용도 더 높아질 수밖에 없습니다. 수소를 운송하고 저장하는 데는 많은 비용이 들며, 필요한 인프라는 현재의 화석 연료 인프라를 업그레이드하는 것이 아니기 때문에 비용을 크게 낮추지 못할 것으로 예상됩니다.

연료전지 시스템에서 수소를 유용한 에너지로 변환하려면 여러 에너지 변환 단계가 필요하고 배터리보다 에너지 손실이 더 큽니다. 이러한 모든 효율성 문제를 더하면 수소 가격은 훨씬 더 높아집니다. 게다가 가까운 미래에 수소가 전기와 동등한 수준에 도달할 수 있는 시나리오는 없습니다.

차량 운영업체가 수소 대신 배터리를 채택하는 주된 이유

앞서 언급한 모든 사항은 트럭, 선박, 비행기 등 어떤 종류의 운송수단을 운영하든 차량 운영자에게 가장 중요한 지표인 총소유비용(TCO)에 직접적인 영향을 미칩니다. 이 TCO는 궁극적으로 킬로미터당 비용/마일당 비용에 반영되며, 배터리는 수소보다 확실한 우위를 점하고 있습니다.

이것이 바로 IDTechEx가 결론을 내리는 이유입니다: "MCS는 전기차가 트럭의 첫 번째 선택이 되도록 하는 요인이 될 것입니다." 이 리서치 회사에 따르면 2030년까지 유럽의 차량 운영업체는 MCS와 CCS 기술을 모두 사용할 것입니다.

현재 최소 12개의 MW 충전 프로젝트가 진행 중이거나 2023년 말까지 착공될 예정이며, 총 투자액은 10억 유로(12억 달러) 이상입니다. IDTechEx는 향후 10년간 MW 충전 프로젝트의 연평균 성장률이 43%에 달할 것으로 전망합니다.

이는 2024~2034년 전체 전기차 충전 인프라 산업의 연평균 성장률인 14%보다 훨씬 높은 수치로, 2034년에는 1,100억 유로/ 1,230억 달러 이상의 가치가 있을 것으로 예상됩니다.

수소가 일부 애플리케이션에서 실현 불가능하다는 말은 아닙니다. 다만 빠른 탈탄소화를 위한 경쟁에서 화석 연료를 대체할 솔루션의 우선순위를 효율적으로 정해야 한다는 것입니다. MCS 표준은 배터리를 선호하는 또 다른 강력한 이유가 될 수 있습니다. 

https://www.autoevolution.com/news/megawatt-charging-will-spur-heavy-duty-electrification-endangering-hydrogen-trucks-222788.html#