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친환경 화물 운송을 위한 다양한 신기술 살펴보기

Published Date
Author Alan Yoon

이미지 출처: graja/Stock.adobe.com

마크 패트릭(Mark Patrick), 마우저 일렉트로닉스

2024년 1월 18일

승용차는 운송 부문에 의해 배출되는 전 세계 이산화탄소의 약 45%를 차지하지만, 두 번째로 큰 비중(29%)을 차지하는 것은 화물 운송이다(그림 1).[1] 경유 또한 주 연료로서 환경이나 인체에 심각한 영향을 미칠 수 있는 미립자나 질소 산화물 등 기타 유해 오염 물질을 상당수 배출한다.

그림 1: 전 세계 운송 부문별 이산화탄소 배출 비율. (출처: Hannah Ritchie/Our World in Data)

지속 가능성을 더욱 높이려면 오늘날 승용차 세계에서 볼 수 있는 변화와 마찬가지로 기본적인 기술에 있어서 상당한 변화와 상용 운송 수단의 배치가 필요하다.

전기 트럭

유럽 자동차 제조협회(European Automobile Manufacturers’ Association, ACEA)는 상용차 제조사들에 의해 결성된 단체이다. ACEA는 포츠담 기후영향연구소(Potsdam Institute for Climate Impact Research, PIK)의 과학자들과 함께 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위한 로드맵을 수립했다.

ACEA에 따르면 2022년 전기 대형 화물차(HGV) 등록율은 2021년에 비해 32.8% 증가했다. 그러나 이는 여전히 전기차 출고율의 0.6%에 불과하다.[2] 대량 보급을 위해서는 다음과 같은 몇 가지 기술적 과제를 극복해야 한다:

  • 제한된 주행 거리 - 현존하는 배터리들은 다양한 상용 애플리케이션에 적합한 전력 밀도가 부족하다.
  • 적절한 충전 인프라 - 더 많은 고용량 충전기가 필요하다.
  • 배터리 질량 대 배터리 용량 - 대형 배터리는 장거리 트럭의 적재 용량을 감소시키며, 소형 배터리는 더 자주 충전해야 하므로 배송 시간이 늘어난다.

트럭의 대형 배터리를 합리적인 시간 내에 충전하려면 메가 와트 충전기를 개발해야 한다. 기업들은 메가 와트 충전 시스템(MCS)과 같은 미래의 초고속, 메가와트 충전 표준을 위해 협력 중이다.

또한 더 높은 전력을 사용하려면 더 두껍고 무거운 케이블이 필요하므로 디자인과 사용성 문제가 발생한다. 예를 들면 커넥터와 케이블은 액체 냉각이 필요하고, 메가와트 충전소는 전력망에서 충전하는 트럭으로 인한 부하 변동에 따른 영향을 해결해야 한다.

다른 충전 방법

상용차 제조사들은 메가와트 충전소 요건을 완화하기 위해 다른 솔루션을 고려하고 있다.

오버헤드 전차선 충전(Overhead catenary charging) 을 사용하면 팬터그래프를 통해 오버헤드 케이블에서 전력을 공급받아 트럭이 주행 중에도 충전할 수 있다. 그러나 이 같은 솔루션은 전체 도로 네트워크에 전기를 공급하는 것이 현실적이지 않기 때문에 충전소를 보완해야 한다.

무선 충전  방식은 도로에 매설된 전기 코일을 통해 주행 중에도 차량을 충전할 수 있도록 해준다. 이 기술은 기술, 비용, 안전 문제와 낮은 효율성으로 인해 아직 초기 연구 단계에 있다.

배터리 교체  방식은 충전보다 훨씬 빠르며 5분 정도면 완료할 수 있다. 이 같은 시간 절약 방식은 말 그대로 시간이 곧 생명인 상용차에 특히 유용하다. 중국에서는 2022년에 판매된 전기 트럭의 거의 절반이 배터리 교체를 지원했다.[3] 하지만 트럭 배터리의 무게가 일반적으로 약 3톤이므로 추가 배터리 비용과 이를 처리하기 위한 장비 등 배터리 교체와 관련된 문제가 따른다.

자율주행 차량

자율주행 전기차들은 이미 물류창고, 항구, 보행자 통행이 금지된 도로와 같은 제한된 환경에서 사용되고 있다. 

자율주행 트럭은 비용을 절감할 뿐만 아니라 운전자 부족 문제도 해결할 수 있다. 또한 의무적인 휴식 시간이 필요하지 않아 차량을 더 오래 사용할 수 있으며, 충전 장소에 대한 유연성이 높아 보다 효율적으로 전력으로 전환할 수 있다.

아인라이드(Einride)는 자율주행 전기 트럭을 개발한 기업 중 하나이다(그림 2). 해당 제품들은 조작하는 사람이 고정된 위치에서 원격으로 모니터링하도록 설계되었다. 그러면 좁은 도로나 번잡한 물류 허브와 같은 특정 상황에서 조작하는 사람이 제어권을 인계받을 수 있으며, 이는 출퇴근에 대한 부담을 줄여줄 수도 있을 것이다.

그림 2: 아인라이드(Einride) 사의 2세대 자율주행 트럭. (출처: Einride [einride.tech/press])

운송

운송되는 화물 단위로 보면 선박은 기차, 트럭, 열차에 비해 에너지 효율이 매우 높은 운송 수단이다. 그러나 선박 기반 운영의 규모로 인해 선박 업계는 여전히 전 세계 이산화탄소 배출에 크게 기여하고 있다. 따라서 지속 가능성을 높일 수 있는 새로운 혁신이 모색되고 있는 상황이다.

선박을 위한 가장 확실한 대체 에너지원은 아마도 풍력일 것이다. 풍력은 수세기 동안 사용되어 왔지만, 현대 기술은 훨씬 더 높은 효율성을 위한 다양한 옵션을 제공한다. 고전적인 돛의 형태를 발전시킨 보다 혁신적인 옵션 중에는 윙 세일(wing sail)이 있다.

윙 세일 선박들은 BAR Technologies와 Yara Marine WindWings의 공동 이니셔티브(그림 3), 그리고 Oceanbird와 같은 프로젝트를 통해 개발되고 있다. 이 같은 구조는 고전적인 돛보다는 수직 비행기 날개와 형태가 더 비슷하며, 강성이 높아 고전적인 돛보다 더 정밀한 제어가 가능하고 효율성이 뛰어나다. 윙 세일은 일반적인 시스템에서 갑판에 장착되지만, 항구에 들어가거나 다리 밑을 통과할 때는 평평하게 접힐 수도 있다. 또한 개조된 기존 선박들이나 새로운 건조물에도 설치될 수 있다.

그림 3: Mitsubishi Corporation의 Pyxis Ocean에 설치된 Yara Marine의 BARTech WindWings. (출처: BAR Technologies)

BAR Technologies와 Yara Marine이 제작한 WindWings은 멀티 엘리먼트 윙과 경로 최적화를 결합하여 기존 선박의 연료 효율을 최대 30% 높일 수 있으며,[4] Oceanbird 맞춤형 선박은 시뮬레이션 상 배기가스를 최대 90% 줄일 수 있다.[5]

맺음말

승용차의 지속가능성 향상은 파워트레인의 전기화라는 한 가지 주된 이니셔티브에 포커스되어 나아가고 있지만, 상용 애플리케이션 전반의 지속가능성을 향상시키려면 각각의 산업에 맞는 다양한 혁신 기술이 필요하다.

고성능 또는 도로 기반 충전 인프라부터 자율성 향상, 최첨단 항해 선박에 이르기까지 오늘날의 전 세계 제조사들은 지속 가능한 상업용 운송 시스템을 구축하는 데 도움이 되는 다양한 솔루션을 선보이고 있다.

출처

[1] Hannah Ritchie, “Cars, planes, trains: where do CO2 emissions from transport come from?” October 6, 2020, https://ourworldindata.org/co2-emissions-from-transport.
[2] “Fuel Types of New Trucks: Electric 0.6%, Diesel 96.6% Market Share Full-Year 2022,” ACEA, March 8, 2023, https://www.acea.auto/fuel-cv/fuel-types-of-new-trucks-electric-0-6-diesel-96-6-market-share-full-year-2022/.
[3] Hongyang Cui, Yihao Xie, and Tianlin Niu, “China Is Propelling Its Electric Truck Market by Embracing Battery Swapping,” International Council on Clean Transportation, August 9, 2023, https://theicct.org/china-is-propelling-its-electric-truck-market-aug23/.
[4] “BARTech & Yara Partner to Bring WindWings to Global Market,” BAR Technologies, accessed January 10, 2024, https://www.bartechnologies.uk/insights/bartech-yara-marine-partner-to-bring-windwings-to-global-market/.
[5] “Why We Claim a 90% Reduction of Emissions,” The Oceanbird, blog, September 23, 2021, https://www.theoceanbird.com/blog/why-we-claim-a-90-reduction-of-emissions/.

저자 소개

Mark Patrick

마우저의 유럽 EMEA 팀에 소속된 마크는 2014년 7월 마우저 일렉트로닉스에 입사했으며, 이전에는 RS Components에서 마케팅 선임 직책을 맡았다. RS에 입사하기 전에는 Texas Instruments에서 8년간 애플리케이션 지원 및 기술 영업 업무를 담당했으며, 코벤트리 대학교(Coventry University)에서 전자공학 우등 학위를 받았다.