내연기관(ICE)은 의심할 여지 없이 20세기의 가장 위대한 혁신 중 하나였습니다. 내연기관은 장거리 이동을 가능하게 했으며, 이를 통해 사회와 경제에 급격한 변화를 가져왔습니다. 오늘날 내연기관은 수명의 끝자락에 다다르고 있으며, 많은 국가에서 이번 10년과 다음 10년 동안 가솔린 및 디젤 신차 판매 금지 조치가 시행될 예정입니다. 하지만 이것이 내연기관 관련 혁신의 종말을 의미하는 것은 아닙니다.
내연기관 차량의 신규 판매가 금지된 후에도 기존 내연기관 차량은 필연적으로 수십 년 동안 계속 운행될 것입니다. 배터리 전기차(BEV)는 현재 내연기관 차량을 대체할 주요 수단이지만, 2021년 기준 전 세계 자동차 판매량에서 차지하는 비중은 6%에 불과했습니다. 제조사들이 현재의 차량 수요를 충족할 수 있도록 BEV 생산 규모를 확대하는 데는 상당한 시간이 소요될 것이며, 인구 증가와 국가 발전으로 인해 수요는 계속 증가하고 있습니다. 그동안 각국 정부는 여전히 달성해야 할 전반적인 기후 목표를 가지고 있습니다. 따라서 기존 내연기관 차량에서 발생하는 유해 배출물을 줄일 필요가 있습니다. 이를 위한 한 가지 방법은 대체 연료를 사용하는 것입니다.
대체 연료의 예로는 바이오연료와 합성연료가 있습니다. 바이오연료는 식물성 원료로 생산되며, 그 자체는 탄소 중립적입니다. 즉, 연소 시 대기 중으로 방출되는 탄소량은 해당 식물성 원료가 성장하는 동안 흡수한 탄소량과 동일합니다. 그러나 아직 개조되지 않은 기존의 내연기관(ICE)은 바이오연료로 작동하기 위해 개조가 필요합니다. 반면, 합성 연료는 개조 없이도 기존의 내연기관에서 사용할 수 있습니다. 합성 연료와 우리가 알고 있는 휘발유 및 디젤의 기본 화학 구조는 동일합니다. 둘 다 수소와 탄소 원자가 결합하여 탄화수소를 형성하고 있습니다. 기존 휘발유와 디젤의 경우처럼 석유에서 이러한 탄화수소를 얻는 대신, 합성 연료에 사용되는 탄화수소는 물에서 추출한 수소와 대기에서 포집한 탄소를 이용하여 생산됩니다. 바이오연료와 마찬가지로, 합성연료는 연소 시 생산 과정에서 대기에서 추출한 양과 동일한 양의 탄소를 방출하며, 연료 제조를 위한 수소와 탄소를 생산하는 과정에서 재생 가능 에너지를 사용한다면 합성연료는 완전히 탄소 중립적일 수 있습니다.
기존 내연기관 차량에서 발생하는 배출가스 문제를 해결할 수 있는 또 다른 방법은 탄소 포집일 수 있습니다. 이는 내연기관에서 생성된 이산화탄소가 대기로 배출되기 전에 이를 포집하여, 나중에 사용할 수 있는 제품으로 저장하는 과정입니다. 예를 들어, 포집된 이산화탄소는 앞서 언급한 바와 같이 플라스틱, 콘크리트 또는 합성 연료 제조에 활용될 수 있습니다. 역사적으로 탄소 포집 기술은 발전소에서 전기를 생산하는 과정에서 이산화탄소를 포집하는 데 사용되어 왔습니다. 이 공정을 차량에 적용하기 위해 규모를 축소하고 조정하는 데는 몇 가지 과제가 있습니다. 그러나 에너지 기업 아람코(Aramco) 가 대형 트럭 한 대가 한 번 주행하는 동안 배출된 이산화탄소의 40%를 포집하는 데 성공함으로써 이 개념의 타당성이 입증되었습니다.
교통 부문에서 발생하는 온실가스 배출 문제를 해결하기 위한 방안으로 순수 전기차(BEV)로의 전환 추세가 뚜렷함에도 불구하고, 내연기관(ICE) 설계 분야에는 여전히 혁신의 여지가 있다고 주장하는 이들도 있다. “내연기관의 효율 및 환경 영향 개선 가능성”(『Transportation Engineering』 제1권, 2020년 6월)에서 Leach 등은 내연기관의 연료 소비량을 여전히 상당히 줄일 수 있으며, BEV 기술과 제조 과정이 완전히 친환경적인 교통 수단을 제공하기까지는 아직 갈 길이 멀다고 주장한다. BEV 생산 과정에서 발생하는 배출량은 여전히 내연기관 차량 생산 시 발생하는 배출량보다 일반적으로 더 높으며, 물론 BEV의 친환경성은 이를 구동하는 전기를 생산하는 방식에 따라 결정된다. Leach 등은 선택적 촉매 환원(SCR), 배기 가스 재순환(EGR), 가솔린 압축 착화, 물 주입, 희박 연소, 가변 압축비 등 내연기관의 연료 소비를 줄이기 위해 더욱 발전시킬 수 있는 기술들을 논의한다. Leach 등은 곧 시행될 예정인 신규 가솔린 및 디젤 차량 판매 금지 조치가 시기상조이며, BEV 기술이 더욱 발전할 시간을 주기 위해 이를 연기해야 한다고 시사하고 있다. 그동안 내연기관 기술의 개선을 통해 기후 목표를 달성해 나가야 한다는 것이다.
결론적으로, 내연기관 분야의 향후 혁신은 앞으로 수십 년 동안 계속 사용될 것으로 예상되는 기존 내연기관 차량의 환경적 영향을 어떻게 줄일지에 초점을 맞출 것으로 보인다. 이를 달성하기 위한 대체 연료의 개발은 유망해 보이며, 탄소 포집 기술 역시 추가 연구가 필요한 또 다른 기술로 보인다. 개인 교통 수단은 현재 탄소 중립을 향한 전환기에 있으며, 내연기관 혁신은 그 과정의 일부가 될 것이다.
이 기사에 대해 더 자세히 논의하고 싶으시다면, 저자나 평소 상담하시는 Barker Brettell 담당 변호사에게 문의해 주시기 바랍니다.
“내연기관(ICE)의 수명이 다해가고 있을지 모르지만, 이것이 내연기관 관련 혁신의 종말을 의미하는 것은 아니다”
