탄소 제로 자동차 제작: 순환 자재가 자동차 산업의 기후 목표 달성을 지원하는 방법
자동차 산업은 변화하고 있습니다. Industry 4.0은 해당 분야 전반에 걸쳐 빠르게 현실화되고 있으며 탈탄소화 메가트렌드는 디지털화, 신기술 및 전기모빌리티의 부상으로 가속화되고 있습니다. 탈탄소화는 OEM, 공급업체, 반제품 및 원자재, 재활용업체, 당국 및 궁극적으로는 최종 고객까지 생태계 전체 분야에 영향을 미칩니다.
자동차 제조업체는 야심 찬 지속 가능성 목표를 세웠습니다. 탄소 넷제로를 달성하고 파리 협정에 따라 지구 온난화를 1.5°C로 제한하려면 업계와 그 전체 가치사슬이 상당한 변화를 겪어야 합니다. 성공의 비결은 기업, 고객, 정부 간의 파트너십, 자원 공유 및 재사용을 위한 생태계 구축, 더 적은 원자재 사용으로 더 많은 작업을 수행하기 위한 협력, 에너지 소비 감축, 재생에너지원 증대, 그리고 결과적으로, 배출 감소입니다. 모든 생태계 참여자를 동원할 수 있는, 자동차 가치사슬에 대한 고무적인 비전이 있습니다. 바로 탄소 제로 및 순환 자동차입니다. 이 자동차는 탄소 효율성 및 순환성과 관련하여 잠재력을 최대한 발휘합니다. 자동차의 생산 및 수명 기간 동안 탄소 배출이 넷제로이며 수명이 다한 후에는 넷제로 재료 폐기물로 전환되어야 합니다. 하지만 어떻게 여기에 도달할 수 있을까요?
시장 상황 및 전망
지난 몇 년 동안 자동차 분야의 탈탄소화 노력은 주로 차량의 전기화에 중점을 두었습니다. 차량 수명 주기의 총 온실가스(GHG) 배출량을 살펴보면 기존 파워트레인이 배출량의 대부분을 차지합니다. 이는 또한 자재 생산이나 폐자재 회수와 같은 다른 GHG 배출원에 비해 자동차 제조업체가 긍정적인 영향을 미칠 수 있는 가장 중요한 기회가 있는 부분이기도 합니다.
McKinsey & Company에 따르면 전기자동차(EV)는 현재 전 세계 승용차 판매량의 7%에 불과하지만, 보다 지속 가능한 이동성에 대한 고객 수요 증가와 규제 압력으로 인해 향후 몇 년 동안 상황이 빠르게 변화할 것으로 예상됩니다. 유럽 자동차 제조업체 협회(ACEA)의 통계에 따르면 2019년 이후 유럽에서 배터리 전기자동차(BEV) 등록이 매년 두 배 이상 증가했습니다. McKinsey에 따르면 2035년이면 가장 큰 시장들(유럽, 중국, 미국)에서 전기차가 자동차 판매량의 100%를 차지할 것으로 예상되며 프리미엄 중심 업체가 물량 중심 업체보다 더 빠르게 전기화할 것으로 예상됩니다.
대안 파워트레인으로의 전환에는 새로운 개념 및 적절한 에너지 저장 시스템, 관련 차체 개념이 포함됩니다. 자동차 제조업체는 가장 효과적인 배터리 통합, 경량 설계의 중요성, 그에 따른 자재 개념, 성능 기준 충족 및 정교한 디자인 생성 등의 문제를 해결하고 있습니다.
2035년이면 가장 큰 시장들에서 전기차가 자동차 판매량의 100%를 차지할 것으로 예상됩니다.
지구상에서 가장 많이 재활용되는 자재 중 하나인 알루미늄은 모든 차량 부문에 걸쳐 경량 설계에 이상적입니다. 그 고유한 특성은 전 세계의 전기모빌리티 추세 및 자동차 산업의 탈탄소화 필요에 완벽하게 부합합니다. 알루미늄은 동등하거나 더 나은 성능의 강철과 비교하여 중량이 최대 42% 적어 안전하고 비용 효율적이며 지속 가능한 차체 구조를 위한 자재로 점점 많이 선택되고 있습니다. 노벨리스는 평판 압연 알루미늄 제품의 선도적인 생산업체이자 세계 최대의 알루미늄 재활용업체로서 대부분의 세계 최대 OEM 업체와 협력하여 자동차 분야의 증가하는 수요에 맞는 혁신적인 경량 솔루션을 개발하고 있습니다. 노벨리스 유럽 자동차 사업부 부사장인 Michael Hahne는 "지속가능성에 대한 우리의 약속은 당사 비즈니스 운영의 핵심이며 알루미늄 가치사슬에서 이해관계자와 협력하는 방식으로 확장됩니다. 우리는 OEM이 지속 가능성 목표를 달성하고 고객이 좋아하는 저탄소 제품을 제공할 수 있도록 무한하게 재활용 가능한 경량 알루미늄의 사용을 확대하는 것에 엄청난 기회가 있다고 보고 있습니다."라고 말했습니다.
자동차 수명 주기의 세 단계 전체 탈탄소화
사용 단계의 전기화
연구에 따르면 연료 및 배기가스는 자동차의 수명 기간 동안 배출되는 배출량의 65~80%를 차지합니다. 내연기관 차량(ICEV)의 단계적 폐기와 전기 파워트레인 기술로의 전환은 논리적이고 필수적인 것으로 보입니다.
많은 국가에서 각각의 규정으로 전기자동차 도입을 강화했으며 장기적으로 내연 파워트레인을 금지할 계획입니다. 기후변화에 맞서 가장 빠르게 행동한 국가 중 하나인 노르웨이는 빠르면 2025년부터 ICEV 판매를 금지할 것을 발표했으며 뒤이어 여러 유럽 국가에서 2030년부터 그 판매를 금지할 것을 발표했습니다. 결과적으로 대부분의 OEM은 가솔린 및 디젤 엔진의 사용 종료 날짜를 발표했으며 전기모빌리티로의 전환이 빠르게 진행되고 있습니다. 전기모빌리티는 재생 에너지로의 전환 및 충전을 위한 새로운 비즈니스 모델을 동반해야 합니다. 예를 들어, 가장 큰 BEV 시장인 중국에서는 다양한 배터리 교체 서비스가 개척되고 있습니다. 전기모빌리티의 발전과 순환경제로의 전환이 동시에 진행되면 자동차 제조 및 사용 방식을 혁신할 수 있습니다.
전기자동차 도입이 증가함에 따라 자동차의 수명 기간 동안의 배출량의 큰 비중은 사용 단계에서 생산 및 수명 주기 종료 단계로 이동합니다.
전기자동차 도입이 증가함에 따라 자동차의 수명 기간 동안의 배출량의 큰 비중은 사용 단계에서 생산 및 수명 주기 종료 단계로 이동합니다. 내장 자재 배출이 차량 수명 주기 배출량의 큰 비중을 차지할 것이며, 자동차가 더 이상 연료로 구동되지 않게 되면 이는 최대 60%를 차지할 것입니다. 따라서 탄소 배출량을 획기적으로 줄이려면 ICEV를 단계적으로 없애는 것 이상의 시간이 소요될 것이 분명해집니다.
생산 단계의 순환성
순환경제에서 원자재 및 상품은 가능한 한 전통적인 의미에서 더 이상 폐기물이 발생하지 않도록 설계, 제작, 수리 및 재사용되지만 원자재는 여전히 닫힌 고리 안에 남아 있습니다. 수명이 다한 자동차는 폐기물이 아니라 신차를 위한 "자재 은행"이어야 합니다.
자동차가 수명을 다한 후 가치 있는 자재원이 될 수 있는 세상은 아직 멀었지만 생산 단계에서 고리를 닫기 위한 이니셔티브는 계속 진행 중입니다. 예를 들어, 노벨리스는 많은 자동차 고객과 협력하여 고도로 발전된 닫힌 고리형 재활용 시스템을 구현했습니다. 이를 통해 고객은 자동차 제조 공정에서 생성된 알루미늄 부산물을 품질 손실 없이 유사한 고가치의 제품으로 재활용하기 위해 노벨리스로 직접 반환할 수 있습니다. 알루미늄 재활용에는 1차 알루미늄 생산에 필요한 에너지의 5%만 사용되기 때문에 이 닫힌 고리형 재활용 시스템은 1차 알루미늄의 필요성을 줄여 에너지 사용 및 탄소 배출량을 줄여 줍니다.
알루미늄 시트 운송 방식이 도로에서 철도로 점점 많이 전환되고 있는 덕에 노벨리스는 이러한 닫힌 고리형 재활용에 보다 지속 가능한 물류를 결합하고 있습니다. 이로써 운송 중 CO2 배출량은 최대 70%, 개별 사례에서는 최대 90% 감소합니다.
탄소중립을 향한 여정에서 노벨리스는 용융 공정을 탈탄소화하고 2차 알루미늄 생산 중에 생성된 탄소를 포집하는 옵션도 연구하고 있습니다.
생산 단계에서 탄소중립에 도달하기 위해서는 재생에너지를 확보하는 것이 중요합니다. 재생에너지 공급의 가용성 및 안정성을 높이는 것은 업계 전반의 지속적인 목표입니다. 새롭고 에너지 집약도가 낮은 프로세스 및 기술을 구현하여 전체 에너지 집약도를 줄이는 것도 중요합니다. 그러나 에너지 소비 감축과 재생에너지로의 지속적인 전환만으로는 차량의 수명 주기를 탈탄소화하기에 충분하지 않습니다. 제조 과정에서 발생하는 배출을 줄이기 위해서는 순환 비즈니스 모델이 필요합니다. 현재 시스템의 첫 번째 단계는 생산 중에 재활용 고리를 닫는 것입니다. 그 다음으로 필요한 단계는 가까운 미래에 재활용을 위한 자동차를 설계하고, 차량 수명이 다한 후 자재를 회수하고 재활용 고리로 다시 들일 수 있는 프레임워크를 구축하는 것입니다.
수명이 다한 차량을 다시 고리 안으로 들이기
특히 무한으로 재활용 가능한 알루미늄과 같은 자재의 경우 순환 제품 시스템을 활성화하고 장려하는 프레임워크를 갖추는 것이 탈탄소화의 핵심입니다. 즉, 수명이 다한 제품을 동일한 제품으로 계속 재활용하는 시스템 말입니다.
Michael Hahne은 “알루미늄처럼 다시 고부가가치 제품으로 재활용될 수 있는 자재는 다시 새 차로의 삶을 시작할 수 있도록 가치를 보존하는 방식으로 분해, 수거, 분류되어야 합니다. 재활용 및 재제조를 위한 설계는 OEM 및 기타 업계 파트너와의 파트너십에서 하나의 자체적인 개발 영역이 될 것이므로 생산 폐기물의 닫힌 고리형 모델에서 함께 쌓아온 것과 같은 성공 스토리를 만들 수 있습니다.”라고 설명합니다.
많은 국가에서 재활용 시스템이 이미 잘 확립되어 있으며, 이는 알루미늄 음료 캔과 같은 제품에 대해 효율적입니다. 캔은 한 번 소비되면 재활용 쓰레기통에 버릴 수 있으며 그때부터 빠르면 60일 만에 새 캔으로 전환되는 여정을 시작합니다. 이에 비해 자동차는 한 대의 차량에 1,000가지가 넘는 자재가 포함된 매우 복잡한 제품입니다. 자동차 가치사슬은 수명이 다한 차량에 포함된 수많은 자재를 신차 생산에 다시 사용될 제품으로 재활용할 수 있는 솔루션을 찾기 위해 여러 분야에서 혁신하고 협력해야 합니다.
효율적으로 재활용하고 원자재 투입의 필요성을 줄이려면 차량 설계 단계에서부터 수명 주기의 끝에 대해 고려해야 합니다.
자동차에 내장된 알루미늄을 효율적으로 재활용하려면 몇 가지 요소를 고려해야 합니다. 제품 수명 주기의 끝에서 활용된 자재를 효율적으로 확보하기 위해 새로운 개념과 비즈니스 모델을 개발하는 데 중점을 두어야 함은 명백합니다. 효율적으로 재활용하고 원자재 투입의 필요성을 줄이려면 차량 설계 단계에서부터 수명 주기의 끝에 대해 고려해야 합니다. 노벨리스는 또한 제품의 스크랩 사용률을 지속적으로 늘리는 것을 목표로 하고 있습니다. 신제품 설계 단계에서부터 고객 및 업계 파트너와 협력하고 있으며 제품 수명이 다한 시점의 해체 프로세스를 고려하여 자재를 더 쉽게 수거, 분류 및 재활용할 수 있게 합니다.
효율적인 해체 능력은 또 하나의 핵심 측면입니다. 2차 자재가 시장에서 경쟁하려면 차량 및 개별 부품을 빠르고 비용 효율적으로 분해해야 합니다. 차량 설계 시 이를 위한 전제 조건 또한 적용되어야 합니다. 예를 들어, 연결부를 접착제로 고정하는 대신 차량 수명이 다한 후에 효율적으로 다시 분리할 수 있도록 설계하여 서로 다른 자재가 혼합되지 않도록 하는 것입니다.
고객 및 규제 기관 또한 수명이 다한 차량의 부품에 대한 추적을 요청하여 수명이 다한 폐기물의 수거, 분류 및 재활용을 개선하기 위한 변화를 가속화할 수 있습니다. 부품 및 자재를 추출하여 순환 고리로 다시 들이는 작업은 환경의 판도를 바꿀 것입니다. 이를 지지하는 노벨리스는 재활용과 새로운 개념 및 기술 개발에 대한 대중의 인식을 제고합니다. 특히 디지털 분야에서 그렇습니다.
신기술은 추적을 가능하게 하고 순환경제를 강화할 것입니다.
자동차 산업의 복잡한 가치사슬은 OEM도 아닌 고객이 이 산업의 배출에 대한 완전하고 일관된 가시성을 확보할 수 있음을 의미합니다. Michael Hahne은 “파트너십 구축과 ‘동시 엔지니어링’은 그 어느 때보다 탈탄소화의 성공 비결 중 하나로 잠재력을 가지고 있습니다. 그 핵심은 혁신적이고 순환적이며 효율적인 제품 및 솔루션뿐 아니라 업계 내에서 새로운 비즈니스 및 협력 모델, 디지털화 및 업계 내 투명성의 새로운 차원을 구축하는 것입니다. 업계 관계자와 고객을 위한 자재 배출 추적에 대한 포괄적인 접근 방식을 개발하면 탈탄소화가 크게 촉진될 것입니다.”라고 말했습니다. 이에 대한 접근 방식은 이미 존재하며, 노벨리스는 현재 자재 생산업체부터 최종 제품에 이르기까지 관련된 모든 당사자에 걸쳐 자재를 추적하고자 하는 파일럿 프로젝트에 참여하고 있습니다.
블록체인 기반의 스마트 계약과 같은 새로운 기술은 (민감하고 독점적인) 자재 구성 정보를 공유하지 않고 CO2/t와 같은 데이터를 교환할 수 있게 하여 순환경제를 실현할 수 있습니다. 또한 공급업체, 폐기물 관리 회사, 서비스 제공업체 및 신규 업체와의 협업이 쉬워져 투명하고 순환적인 생태계를 만들 수 있습니다. 이를 통해 파트너 간에 더욱 긴밀하고 지속적인 관계를 형성할 수 있으며 수명이 다한 대부분의 자동차 자재를 유사한 수준의 고품질로 되돌리지 못한다는 기존의 문제를 해결할 수 있습니다.
4차 산업혁명은 상품의 생산은 반드시 폐기물 생산으로 이어진다는 원칙을 뒤집을 수 있습니다. 각 부품은 디지털 제품 ID로 추적 가능하게 될 것이며 "수집 - 제조 - 폐기"의 기존 개념을 "재구상 - 재사용 - 재활용"으로 대체할 수 있을 것입니다.
결론
전기자동차는 자동차 업계에서 2050년까지 달성할 것으로 계획한 배출 제로 목표에서 중심적인 역할을 하지만, 이제는 차량 사용 단계의 전기화를 넘어서야 할 때입니다. 자동차 업계는 차량 수명 주기의 세 단계 전체에서 근본적인 변화를 일으키고 완전한 순환경제로 나아가야만 기후 목표를 달성할 수 있을 것입니다. 탄소 제로 자동차를 현실화하려면 이제 업계에서 끌어낼 수 있는 모든 수단에 노력을 집중해야 합니다. 특히 수명 주기의 끝에서 순환의 고리를 닫는 것은 자동차 생태계의 구성원 모두가 전례 없는 방식으로 함께 협력할 때에만 가능합니다.
순환경제는 Henry Ford의 조립 라인처럼 산업에 혁명을 일으킬 수 있지만 이는 우리 모두가 형성해야 할 기술적, 환경적, 경제적, 정치적 및 사회적 면면에 달려 있습니다.
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