친환경 버스의 시대 ; 천연가스 버스? 이젠 전기버스!

친환경 버스의 시대 ; 천연가스 버스? 이젠 전기버스!

 

 

[그림 1. CNG버스]

출처 : 나무위키

 천연가스 버스 보급이 우리나라 대기환경 개선정책에 큰 획을 긋는 쾌거이고, 도심의 매연을 대폭 줄이는데 획기적으로 기여했다는 것은 누구도 부인할 수 없는 사실이다. 이를 증명하듯 요즘 도로 위를 달리고 있는 버스들을 보면 천연가스 버스를 쉽게 발견할 수 있다.  위 그림과 같이, 버스에 CNG 마크와 더불어 천연가스 버스라고 표시되어있음으로써 CNG 버스가 곧 천연가스 버스라는 것도 쉽게 알 수 있다. 이를 통해 대부분의 사람들은 천연가스 버스인 CNG 버스가 기존의 경유버스 보다 미세먼지 배출량이 적어 대기오염 감소에 도움이 될 것이라고 예측할 수 있을 것이다.

 그렇다면 전기버스는 무엇일까? 이는 쉽게 전기로 가는 버스라고 이해할 수 있다. 아직 천연가스 버스를 운영하지 못한 지역도 있지만 대부분의 지역에서 천연가스 버스를 운영하고 있는데, 서울시는 지난해 발표한 ‘2025 전기차가 편리한 도시, 서울’의 목표인 미세먼지 및 대기오염 배출 절감을 실천하기 위해 2025년까지 전체 시내버스의 40% 이상인 3000대를 전기버스로 교체할 계획이고, 이미 2018년 11월부터 전기버스를 운행하고 있다. 여러 지역에서 CNG 버스에 대해 높은 만족도를 바탕으로 이를 활발히 운행시키고 있는데, 왜 CNG 버스가 아닌 전기버스를 확대시키고자 하는 것일까?  본 기사에서는 전기버스를 도입했을 때 얻게 되는 장·단점들을 기존의 CNG 버스와 비교 분석하여, 전기버스의 전망과 전기버스가 CNG 버스를 대체할 수 있는 대안이 될 수 있는지에 대해 서술하였다.

 

1. CNG 버스

 전기버스에 대해 설명하기 전에, 먼저 도로위에서 흔히 볼 수 있는 기존의 CNG 버스에 대해 알아보고자 한다. 우리는 CNG 버스가 천연가스 버스이고 이것이 대기오염 감소에 도움이 될 것이라는 것을 안다. 그렇지만 CNG의 의미와 이에 대한 특징은 쉽게 알기 어렵다. 과연 CNG가 어떤 특징을 갖기에 도로위에서 흔히 볼 수 있는 천연가스 버스로 이용되는 것이고 이렇게 고마운 버스가 되었을까?

 CNG란 Compressed Natural Gas의 약자로 압축천연가스를 말한다. 이는 천연가스를 200기압 이상의 고압으로 압축한 것으로, 액화천연가스(LNG : Liquefied Natural Gas)를 상온에서 기화시킨 후 압축함으로써 만들어지게 된다. CNG는 액화석유가스(LPG : Liquefied Petroleum Gas)를 연료로 하는 버스보다 충전할 때 폭발 위험이 적다는 장점을 가지고 있다. 또 경유 엔진보다 소음이 적고, 질소산화물ㆍ일산화탄소ㆍ탄화수소ㆍ미세먼지 등의 배출량이 경유버스와 비교해 10분의 1 수준으로 매우 적다는 점에서 친환경적인 연료라 할 수 있다. 즉, CNG 버스란 연소 시 매연이 거의 배출되지 않는 청정연료인 압축천연가스(CNG : Compressed Natural Gas)를 연료로 쓰며 매연이 적은 친환경 버스라고 할 수 있다. 아울러 CNG를 연료로 사용하면 냉각 및 단열장치 비용 절감이라는 경제적인 면도 있어 압축천연가스, 액화천연가스 등 버스에 쓰일 다양한 후보 연료들을 전반적으로 고려하여 최상의 옵션으로 CNG를 선택하여 사용하게 되었다.

 

2. 전기버스

 전기버스는 전기자동차의 일종으로, 전기자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되는 만큼이나 전기버스에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 일반적으로 환경오염을 막기 위한 수단으로 주목되는 대중교통 중에서도 오염물질 배출이 거의 없는 교통수단이라 굉장히 각광받고 있는데, 그럼 지금부터 기존 버스와 비교해보며 전기버스에 대해 자세히 알아보도록 하자.

전기버스는 크게 ‘트롤리버스‘와 ’배터리 탑재형 버스‘로 나뉠 수 있다.

● 트롤리버스

 먼저 트롤리버스는 일반적으로 디젤이나 CNG 등의 차량 내부에 탑재된 연료를 이용하는 것이 아닌, 외부의 전기를 직접 받아 이것을 연료로 이용하여 운행하는 버스를 뜻한다. 일반적으로 팬터그래프(집전장치 : 철도차량 등에서 외부로부터 전력을 수전받기 위해 사용되는 전기적 장치)가 차량 천장에 탑재되어 있으며, 이곳으로 연결된 외부 전력선을 통해 전력을 공급 받아 차량을 구동하게 된다. 노면 전차와 비슷할 수도 있으나, 노면 전차는 별도의 레일이 설치되는 것에 비해 트롤리버스는 도로 위에 바퀴가 직접적으로 맞닿기 때문에 레일을 설치하지 않는다는 차이점이 있다. 트롤리버스는 전차선이 없는 노선에는 다닐 수 없고 설치비용 뿐만 아니라 이것이 미관을 해치는 단점이 있으며, 세계 각지에서 노면전차와 유사한 형태로 운영되던 시대가 있었으나 이후 도시가 발달하면서 상당수 도시에서 사라지게 되었다. 다만 미국의 샌프란시스코와 케임브리지에서는 여전히 트롤리버스를 대중교통수단으로 이용하고 있고, 북한에서도 2018년 평양에 신형 트롤리버스를 들여놓는 등 21세기에 들어서도 유효하게 이용하는 경우가 존재한다.

[사진 1. 미국 케임브리지 트롤리버스]

출처 : 위키백과

● 배터리 탑재형 버스

 배터리 탑재형 버스는 배터리를 연료 채우듯이 충전하고 그 배터리로 운행하는 방식으로 전기버스 중에서 주류인 방식이다. 충전 방식은 전력 공급방식에 따라 다음과 같이 종류가 나누어진다.

- 플러그인 방식

 현존하는 전기자동차에서 가장 일반적으로 채택되는 방식으로 주유소에서 기름을 채우듯 플러그를 꽂아 전력을 공급한다. 현재로써는 가장 일반적인 방식이지만, 충전 속도가 매우 느리다는 단점이 존재한다. 이러한 방식은 서울특별시 남산행 순환버스 일부 차량에서 운행되었었으며, 부산광역시에서도 도입되어 시내버스노선으로 운행 중이다.

[사진 2. 플러그인 방식 버스]

출처 : 국제신문

- 무선충전 방식

 무선충전 방식은 일정 도로에 설치된 충전장치에서 자기유도방식을 통해 무선 충전을 받는 방식이다. 이는 따로 충전소에 갈 필요 없이 충전 스팟을 주행 구간에 분산해두어 정차 시간을 활용해 충전하여 회전율을 높일 수 있어 운행시간이 절약된다는 장점이 있다. 그러나 초기 인프라 구축비용이 가장 많이 든다는 단점이 존재한다. 이 무선충전식 전기버스는 경상북도 구미시에서 세계최초로 운행 중이다.

[그림 2. 무선 충전 전기 버스의 개념]

출처 : 에너지뉴스

- 배터리 교체 방식

 이 방식은 버스차량에 직접 선을 연결해 충전하는 플러그인 방식 대신, 배터리를 차량 윗부분에 탑재하고 교환 장소에서 미리 충전된 다른 배터리로 교체하는 방식으로 충전 시간이 짧다는 장점이 있다. 그러나 차량 숫자에 비해 매우 많은 숫자의 배터리가 요구되며, 배터리 교체시설 등의 초기 인프라 구축비용이 플러그인 방식에 비해 많이 들고 이러한 방식의 버스가 존재하는 제주도에서는 비교적 짧은 거리에서만 운행하고 있다.

[사진 3. 배터리 교체 방식 버스]

출처 : 전자신문 ETNEWS

  현재 국내 전기버스 운행이 가장 활발한 곳은 제주도다. 서귀포와 우도를 중심으로 모두 120대의 전기버스가 운행 중인 제주에는 지난해 100여대가 추가되었고, 부산시도 2019·2020년에 50대씩 추가 도입함으로써 앞으로 전기버스의 수는 크게 증가할 것으로 보인다. 또한 앞서 언급한 서울시의 계획도 포함하여 제주, 서울, 부산은 전기버스 시장의 최대 격전지로 떠오를 전망이다. 그러나 현재 국내 대다수의 버스를 CNG 버스로 교체했을 정도로 CNG 버스가 대기 질 향상에 상당한 효과를 거두고 있는 상황에서 왜CNG 버스가 아닌 전기버스를 더욱더 확대시키는 것일까? 전기자동차가 에너지 효율이나 환경오염 방지에 화석연료 사용 차량들보다 우월하다는 것은 전기자동차 이용 초창기인 현재 시점에서도 이미 증명된 사실이다. 이는 전기버스에도 똑같이 적용된다. 따라서 전기 버스 도입이 차량 외에도 충전시설 구축 등 많은 제반 사항을 요구함에도 불구하고 지자체들이 전기 시내버스 유치 사업에 적극 나서고 있는 이유가 있다. 2018년 11월부터 서울 시내를 힘차게 달리고 있는 현대 자동차에서 개발한 일렉 시티(Elec City)를 예로 들어, 그러한 이유에 대해 하나씩 알아보도록 하자.

 

[그림 3. 현대자동차 일렉 시티]

출처 : 네이버포스트 VIEW H

 

● 고효율의 배터리와 휠모터 시스템

 앞서 설명했듯이 전기버스는 천연가스 버스와는 달리 배터리를 사용한다. 현대 자동차에서 개발한 일렉 시티(Elec City)는 버스 상단에 있는 256kw의 고용량 리튬이온 폴리머배터리를 기반으로 1회 충전 시 290km의 주행이 가능하다. 1회 완충 시간은 67분이지만, 30분의 충전만으로도 170km의 주행이 가능해 천연가스 버스의 3분의 1 수준으로 연료비를 절감할 수 있고 아직 충전 인프라가 부족한 대중교통 환경에서도 무리 없이 운용할 수 있는 장점이 있다. 이는 CNG 버스가 경유 버스보다는 낫지만 내연기관을 사용하기 때문에 전기버스보다 에너지 및 비용효율이 떨어진다는 한계점을 뒷받침 해준다. 또한 일렉 시티에 장착될 구동 모터는 바퀴에 동력을 전달하는 휠 모터와 이를 제어하는 인버터로 구성되어 있다. 최고 출력은 240kw에 달하는데 이는 기존 CNG 버스의 최고 출력보다 훨씬 높게 나타난다. 게다가 이 시스템은 별도의 구동계가 필요하지 않아 버스 전체의 경량화 및 전력 소비 효율화에도 기여한다.

 

● 대기오염물질 무배출

 전기버스의 가장 큰 장점은 뭐니 뭐니 해도 ‘무공해’라는 점이다. 자동차부품연구원에 따르면, 전기버스는 주행 때 대기오염물질이 전혀 발생하지 않아 친환경 버스로 알려진 CNG 버스보다 진일보한 교통수단으로 평가받는다. 특히 일반버스 대비 1대당 연간 이산화탄소(CO₂) 68t, 질소산화물(NOx) 344㎏ 저감 효과가 있다. 이는 미세먼지 문제가 심각한 오늘날의 대한민국에서 CNG 버스 대비 친환경 성능이 상당히 높은 전기버스를 확대시키고자 하는 큰 이유가 될 것이다.

[표&사진 1. 전기버스와 CNG 버스 대기오염물질 배출량]

출처 : 세계일보

 또한 일렉 시티의 경우, 안전을 위해 과충전 방지 기능과 혹한·폭염 시 최적 성능을 확보하기 위한 배터리 자동 온도 컨트롤 시스템을 통해 배터리로 인한 안전사고 가능성을 억제하도록 했다.

 

● 편안한 승차감과 승객 편의 및 도시 이미지 개선

 기존 CNG 버스와 달리 배터리로 운행되는 전기버스는 엔진 자체가 없기 때문에 소음이 거의 없으며, 차량 내 흔들림 및 진동이 적어 편안한 승차감을 자랑한다. 이는 승객과 운전사의 편의 개선에 큰 도움이 되어 시민들에게 대중교통을 더욱 장려할 수 있다는 분석도 있다. 이 외에도 일렉 시티의 경우, 버스 내부의 공간 활용도를 높여 휠체어와 유모차를 실을 수 있는 공간과 이를 이용하는 승객의 안전한 승, 하차를 위해 버스의 가운데 문을 경사판 구조로 설계하고 앞·뒤 출입문은 초음파 센서를 설치해 승하차시 안전사고를 예방한다. 또 후방 경보장치 · 무소음 전기버스의 접근을 알리는 가상 엔진 소음(VESS, Virtual Engine Sound System) 등을 통해 승객과 보행자의 안전성도 강화함으로써 시민들의 이용 편의를 높여가고 있다. 이를 통해 전기버스가 도시 이미지 개선에 주요하다는 평가가 나오게 된다.

 

 지금까지 전기버스의 천연가스 버스 대비 개선되는 점들을 통해 전기버스가 천연가스 버스보다 부각되는 이유에 대해 알아보았다. 그렇다면 이러한 이유와 함께 우리가 우려해야 할 전기버스 사용 시 나타나는 문제점들은 무엇이 있을까?

 

● 비싼 차랑 가격

 저상 구조로 설계된 전기버스는 대당 가격이 4~5억 원을 웃도는 고가여서 기존의 2억 원대의 CNG 버스 보다 차량 가격이 굉장히 비싸다는 단점이 있다. 이는 전기자동차들의 공통적인 문제점으로, 대량생산체제가 아직 구축되지 않아서 기존 차량 상대로 가격 경쟁력이 굉장히 약하다. 그러나 대형 버스 기준으로 환경부 1억 원과 국토교통부 1억 원을 합쳐 2억 원의 보조금 지원 및 지자체별 보조금 등 정부의 지원 덕분에 버스업체들은 CNG 버스와 비슷한 가격대로 시장에 뛰어들 수 있게 되었다. 그러나 서울시의 경우 CNG 버스가 늘어나면서 대기 질이 개선된 것으로 보고되는 가운데, CNG 버스가 완전히 정착한 지 4년 만에 세금을 들여 또 전기버스로 바꾸는 것에 대한 우려의 목소리가 나오고 있다.

 

● 확실하지 않은 안전성

 전기버스가 연료 효율과 환경적 측면을 고려한 차세대 버스의 대안으로 떠오르고 있지만, 전기버스에 대한 안전성은 제대로 입증되지 않은 것이 현실이다. 서울시가 시내 전기버스 시범사업으로 남산 순환버스 14대 중 9대를 전기버스로 운행했지만 잔고장이 많아 운행이 전격 중단된 적이 있으며, 다른 전기버스 역시 결함으로 인해 연기가 나거나, 갑자기 차가 멈추는 등 여러 문제가 보고되고 있기 때문이다. 또한 배터리가 휴대폰 배터리와 같은 소재인 리튬 이온으로 제작되어 있기 때문에 주기적으로 교체를 해야 할 정도로 영구적이지 못하고, 화재나 폭발의 위험이 있다는 과제를 안게 된다. 더불어 느린 충전 속도도 단점이 될 수밖에 없다.

 

● 완전한 무공해 버스 논란

 일각에서는 전기버스가 100% 무공해가 아니라는 견해도 있다. 전기버스 운행의 전 과정에서 배출되는 대기오염 물질을 고려해 본다면 전기버스가 친환경이라는 주장이 무색해질 수 있다는 주장이다. 전기버스 자체로는 이산화탄소나 질소산화물과 같은 유해물질을 발생시키지 않지만, 전기를 만들기 위해 화석연료나 원자력 등을 사용해야 하기 때문에 결국 버스에서만 유해물질이 나오지 않을 뿐 완전한 무공해 버스로 정의할 수 없다는 것이다. 프랑스 일간 리베라시옹은 지난 1월 "시내버스 1만6359대를 모두 전기버스로 교체한 중국 선전시는 세계적 친환경 도시로 거듭난 것으로 보이지만, 실제로 이 버스들의 충전을 위해 생산해야 하는 전력 73%는 석탄에서 나온다."고 보도하기도 했다. 이 때문에 전기버스는 물론, 전기자동차가 완벽한 친환경 자동차인지에 대한 논란은 끝나지 않고 있다.

 

3. 해외 사례

 전기자동차가 어느새 글로벌트렌드로 자리 잡으면서 최근 전기버스 시장에도 이목이 집중되고 있다. 2009년 청정에너지장관회의(Clean Energy Ministerial) 산하에 설치된 국가 간 정책포럼인 EVI(Electric Vehicle Initiative)가 전 세계 전기자동차 보급·확대에 주력하는 것처럼 이 포럼의 회원국인 중국과 미국, 유럽을 중심으로 전기버스가 확대되는 추세다. 심지어 중국은 우리보다 몇 걸음 앞서 있다. 중국의 전기버스는 전 세계의 전기버스 대수 중에서 99%를 차지하고 있고 중국 내의 버스 대수 중에서는 17%를 차지하고 있다. 중국 광둥성 선전시는 지난해 시내버스 1만6천여 대를 모두 전기버스로 교체했다. 전기버스 보급에 팔을 걷어붙인 뉴욕과 런던 등 세계 주요 도시가 2천대 수준인 것과 비교하면 놀라운 변화라고 할 수 있다. 선전시의 이런 결단은 대기오염 문제를 해결하려는 중국 정부의 배기가스 규제 강화가 지렛대로 작용했다. 선전에 본사를 둔 중국의 전기자동차 업체 비야디(比亞迪)는 전기버스의 대량 수주를 기반으로 미국의 전기자동차 업체 테슬라(Tesla)를 제치고 세계 전기자동차 1위 업체로 올라섰으며, 정부와 지자체의 육성 정책에 힘입어 중국 전기버스 시장은 지난해 9만대 가까이 커졌다. 이와 같이 중국이 친환경차 판매 분야에서 압도적인 이유는 그들의 뛰어난 EV(Electric Vehicle) 기술력이 가장 중요하지만, 지자체의 저탄소 혹은 제로배출 존(zone) 설정과 다양한 지원책 마련 등 그들의 강력한 정책 실행력도 한 몫 한다고 생각한다. 이 같은 전기버스 바람이 불고 있는 한국은 중국과 같이 강력한 정책적 지원이 뒷받침돼야 활발한 기술개발을 통해 이러한 미래시장분야에서 승승장구 할 수 있을 것이다.

[표 1. 전기버스 도입한 세계 주요 도시 현황]

출처 : Weconomy

 뿐만 아니라 유럽의 경우, 전 세계 최고 수준의 경유 세금을 부과하여 경제적 측면에서 초기단계에 전기버스로의 전환이 용이하도록 적극적인 전기버스 보급 도입을 하고 있다. 정보서비스 업체인 블룸버그 뉴에너지 파이낸스(BNEF)가 최근 보고서에서 “세계 전기버스 시장이 지난해 38만대 수준에서 2025년 120만대로 성장할 것”이라고 전망한 것처럼 기후변화 대응 및 환경 목표 달성을 이행하는데 있어 많은 국가에서 상당한 노력을 가하고 있음을 알 수 있다.

 

4. 결론

 한국이 계절을 불문하고 고농도의 미세먼지에 노출이 되면서 현재 우리는 대기오염에 대한 공포심에 사로잡혀있다. 다수의 최신 연구에 나타나있듯이, 오늘날 대부분의 차량은 도로주행 조건에서 이산화탄소, 질소산화물 모두 배출기준을 초과하고 있고 이로 인한 대기질 악화 및 극심한 기후변화를 통해 우리에게 계속해서 경고 메시지를 보내는 것이 이를 뒷받침한다. 따라서 이를 극복하기 위해 전 세계적으로 대기오염에 주범이 되는 내연기관 자동차의 대안인 친환경자동차에 대한 정책을 추진하고 있다. 그 중 대기오염물질 배출이 전혀 없는 전기버스를 도입하는데 팔을 걷어붙이고 각국의 자동차 제조사들이 성능을 개선한 전기버스를 속속 출시하면서 국내에서도 전기버스 보급이 활기를 띠고 있다. 천연가스 버스가 기존 디젤 버스의 새로운 대안이었다면, 각종 환경 문제와 유류비 등의 문제를 가진 디젤과 천연가스 버스는 이러한 이유로 언젠가 교체될 대상이라고 보았을 때 전기 버스는 확실히 이를 대체할 새로운 친환경 버스로 부상하고 있는 것은 사실이다. 그러나 아직까지 내연기관을 사용하는 일반 시내버스 대비 효율성 등을 따져보면 전기 버스의 상용화는 아직 이르다는 시각이 있다. 또 충전방식에 따라 장단점이 명확히 드러나고, 앞서 설명한 문제점들을 고려했을 때 전기 버스의 기술은 아직 많은 보충이 필요한 미완성 단계라고 볼 수 있다. 그렇지만 과거 단시간에 디젤 버스를 시내버스 시장에서 몰아내고 CNG로 교체한 것처럼, 정부의 강력한 정책과 적극적인 지원을 바탕으로 기술 개발과 함께 전기버스 시장을 확대해나간다면 이젠 도로 위에 빠르게 CNG 버스가 아닌 전기버스를 흔히 볼 수 있을지도 모른다. 이렇듯 기존의 디젤과 CNG 버스의 새로운 패러다임으로 급부상한 전기버스 시장이 모든 수요를 아우르는 시장으로 성장하여 더 이상의 대기오염 걱정이 없도록 이를 극복해 나가길 바란다.

 

참고문헌

1) 나무위키, 천연가스버스

https://namu.wiki/w/%EC%B2%9C%EC%97%B0%EA%B0%80%EC%8A%A4%EB%B2%84%EC%8A%A4

2) 미세먼지 저리가! 각광받는 친환경 천연가스버스에 대해 알아보자, 2018.08.03

https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=16430989&memberNo=6411495

3) 나무위키, 전기버스

https://namu.wiki/w/%EC%A0%84%EA%B8%B0%EB%B2%84%EC%8A%A4

4) 권이선 기자, 전기 시내버스 2025년까지 3000대 도입, 세계일보, 2018.11.16

http://www.segye.com/newsView/20181115005805

5) 박장식 기자, 전기버스 '파워 업', 도로 풍경은 어떻게 달라질까, 오마이뉴스, 2017.11.11

http://www.ohmynews.com/NWS_Web/View/at_pg.aspx?CNTN_CD=A0002369470

6) 홍대선 기자, 전기버스 경쟁 가속도 붙었다, Weconomy, 2018.03.04

http://www.hani.co.kr/arti/economy/car/834550.html

7) 리브레위키, 전기버스

https://librewiki.net/wiki/%EC%A0%84%EA%B8%B0%EB%B2%84%EC%8A%A4

8) 친환경이 달린다! 서울을 누비는 전기버스

https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=17516409&memberNo=7441963

9) 눈앞에 다가온 내연기관 자동차의 종말, 한경비즈니스, 2018.08.08

http://magazine.hankyung.com/business/apps/news?popup=0&nid=01&c1=1013&nkey=2018080601184000271&mode=sub_view

10) 김선엽, 구본우 기자, CNG버스 멀쩡한데… 서울 전기버스 도입논란, 조선닷컴, 2018.08.28

http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2018/08/28/2018082800158.html

11) 대한석유협회 미래전략팀, 전세계 전기자동차 보급 동향, 2018.07.12

12) 박현욱 기자, 도시 이미지 개선·친환경 버스로 각광, 상용차신문, 2016.06.28

http://www.cvinfo.com/news/articleView.html?idxno=4845

13) 박호걸 기자, 교통문화 바로 세우자 <6> 부산 전기버스 늘리자, 국제신문, 2018.07.01

http://www.kookje.co.kr/news2011/asp/newsbody.asp?code=0300&key=20180702.22006014494