도로에 미세플라스틱 뿌리는 전기 자동차

도로에 미세플라스틱 뿌리는 전기 자동차

대학생신재생에너지기자단 23기 김경훈, 23기 송태현

[우리를 위협하는 도로 위 타이어 마모]

영국 통계청이 공개한 1970~2021년 연간 미세먼지(PM10)와 초미세먼지(PM2.5) 발생량에서, 도로∙교통 부문 내 대기오염 물질 발생원 1위는 52%를 차지한 ‘타이어 마모’였다. 이는 1996년부터 배기가스 배출량이 줄어 상대적으로 타이어 마모의 비중이 커진 것으로 볼 수 있다. 하지만 타이어 마모로 발생한 미세 입자에는 다환방향족탄화수소(PAHs), 벤조티아졸, 납과 같은 중금속 등이 포함돼 있다. 모두 건강에 심각한 문제를 야기할 수 있는 독성 화학물질이다. 

UCL 연구팀에 따르면 현대에 들어 자동차의 효율이 향상되면서 배기가스로 발생하는 미세먼지보다 타이어 마모로 발생하는 미세먼지가 최대 2000배 많은 사례까지 확인됐다. 그리고 지난해 6월 미국 캘리포니아주는 타이어 마모와 균열을 막기 위해 첨가되는 고무 산화방지제 ‘6PPD-퀴논’이 연어를 죽음으로 내몰고 있다며 해당 물질의 사용 금지 법안을 발의했다.

[자료 1. 타이어 미세먼지 배출 현황]

출처: 네이버 블로그

유럽에서는 2035년부터 내연기관 판매를 금지한다는 계획을 발표했고, 한국 정부도 2025년까지 전기차의 보급 목표를 130만 대로 설정했다. 전기 자동차의 타이어 마모는 사람과 동물에게 모두 악영향을 끼치기에  마모로 발생하는 미세먼지에 대한 경각심을 키우고 동시에 엄격한 규제가 필요한 상황이다.

이러한 필요성에 맞게 유럽은 2025년 시행을 목표로 유로 7 규제를 준비하고 있다.

 

[처음으로 타이어 규제 도입하는 '유로 7']

2025년부터 시행될 유로 7은 유로 6 규제에는 없었던 브레이크 입자 배출, 타이어 미세플라스틱, 암모니아, 아산화질소, 포름알데히드 등의 기준을 강화하거나 추가한다. 또한, 실주행 도로 시험 기준 가운데 주행 온도와 고도를 높여 엄격화하고 배기계통 부품 내구성도 기존 5년 및 10만 km에서 유로  7에서는 10년 및 20만 km로 2배 강화됐다. 그만큼 후처리 장치의 내구성을 높여야 한다는 것이다. 기존 유럽 자동차 배출가스 관련 규제는 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)과 황산화물(SOx)을 중점적으로 규제하고 있다.

그런데 유로 7부터 브레이크 패드와 타이어에서 발생하는 미세먼지까지 규제 대상에 포함시키는 것에는 어떤 배경이 있는 것일까? 아이러니하게도, 그 배경에는 친환경 자동차의 상징처럼 여겨졌던 ‘전기차’가 있다고 한다.

[자료 2. 전기자동차 타이어]

  출처: 모토야

전기차는 내연기관 자동차와 달리, 배출가스를 단 1mg도 내뿜지 않는다. 그런데 친환경을 위해 도입한 전기차가 새로운 규제 대상을 만들어내게 된 원인으로 지목된 이유는 무엇일까? 유럽연합집행위원회(EC)의 조사에 따르면, 이미 2020년을 전후하여 자동차 업계를 거세게 뒤흔든 강력한 규제를 시행하고 있음에도 미세먼지 배출량은 오히려 더 증가했다고 한다. 그리고 이러한 미세먼지 증가에는 전기차의 급증을 원인으로 지목하고 있다. EC는 "브레이크 패드 미세먼지는 내연기관차와 전기차 양쪽 모두 발생하지만, 전기자동차는 내연기관 자동차 대비 차량의 무게가 훨씬 무거워서 더 많은 미세먼지를 유발한다"라고 지적한다.

대부분의 시판용 전기차의 경우는 오로지 대용량의 배터리팩에 의존하는 BEV(Battery Electric Vehicle, 배터리식 전기차) 들이다. BEV는 내연기관 자동차 대비 훨씬 단순한 구조로 인해 기술적인 허들이 낮고, 내부 공간 확보 면에서 유리한 등, 여러 가지 장점이 있다. 하지만 치명적인 단점으로는 배터리팩의 무게로 인해 같은 체급의 내연기관 자동차 대비 적게는 1백 수십 kg에서 많게는 200~300kg 이상 중량이 늘어나게 된다. 이로 인해 동급의 내연기관 자동차 대비 브레이크 시스템과 타이어에 가해지는 부담이 더해지고 많은 미세먼지를 유발하게 되는 것이다.

[자료 3. 자동차 브레이크]

출처: 모토야

유로 7 규제는 완성차 업계에서는 '내연기관 자동차의 종말'로 받아들여지고 있다.  EU가 내연기관차 배출가스를 규제하는 마지막 기준, 2035년부터 내연기관 신차 판매 전면 중단 선언했기 때문이다. 2025년부터 시행될 유로 7 규제는 내연기관이 내뿜는 질소산화물을 현재의 유로 6 스텝D 기준 0.12g/km의 1/4 수준인 0.03g/km으로 감축해야 한다. 게다가 측정 방식도 훨씬 엄격해지기 때문에 내연기관으로서는 규제 대응이 매우 어려울 뿐만 아니라 이에 대응하기 위한 연구개발에 막대한 비용이 수반될 것으로 보인다.

 

[유로 7 반대 여론, 기준 완화?]

유로 7 규제 도입을 반대하는 배경에는 어떤 이유가 있을까?

1. 규제 대비 적은 효과

유로 7 규제는 현실을 반영하지 않은 정책이라는 비판이 쏟아지고 있다. 프랑스, 이탈리아, 불가리아, 체코, 헝가리, 포르투갈, 루마니아, 슬로바키아 등 EU 8개 회원국은 최근 나머지 회원국들에 보낸 서한에서 EU 집행위원회가 지난해 말 내놓은 새로운 유럽 배출가스 기준인 유로 7에 대해 반대한다는 입장을 밝혔다. 이들 8개국은 유로 7이 탄소중립 전환 달성에 필요한 투자를 위축시킬 수 있다고 주장했다. 유럽 최대 자동차 강국인 독일은 서한에는 서명하지 않았지만, 규제 강화가 자국 자동차 산업에 미칠 영향에 대해 우려를 표명했다. 유럽 자동차 업계는 전동화 전환에 집중하고 있는 상황에서 유로 7이 도입되면 내연기관차에도 추가적인 투자가 불가피해 업계의 부담이 커질 것으로 보고 있다. 배기가스 기준을 충족시키기 위해서는 내연기관차에 각종 오염물질 저감 장치를 추가하거나 관련 연구개발이 필요하기 때문이다.

  [자료 4. 유럽연합(EU)]

출처: 오토포스트

또한, 유럽 자동차 업계가 유로 7에 반발하는 건 ‘비용 대비 효과’가 적다는 이유에서다. 유로 7을 충족하기 위해선 막대한 비용을 들여 신규 엔진을 개발해야 하는데, 막상 유로 7의 배기가스 감축 효과가 현행 규제를 유지했을 때와 비교해 크지 않다는 것이다.

실제로 유럽자동차제작자협회(ACEA)가 올해 초 공개한 ‘질소산화물(NOx) 배출량에 대한 유로 7의 영향 분석’에 따르면, 현행 규제(유로 6)를 유지할 경우 2035년 대형트럭의 NOx 배출량은 2020년 대비 87.9% 감축할 수 있지만, 유로 7을 도입할 경우 이 숫자는 90.6%까지 늘어나는 것으로 나타났다. 바꿔 말하면 유로 7을 시행하더라도 배출량 감축 효과가 2.7%p 개선되는 데 그친다는 뜻이다.

2. 높아지는 전기차의 가격

규제를 충족하면 평균 1,000만원 가량의 차 값이 올라 소비자들의 구매 부담으로 연결되고 이는 다시 자동차공장의 일자리를 줄이는 결과를 낳는다 것이 우려되는 지점이다. 실제 우려는 현실로 나타날 조짐을 보이고 있다. 체코에 기반을 둔 폭스바겐그룹 산하 스코다는 유로 7이 시행되면 부득이하게 3,000명을 감원해야 하고 가격 인상에 따라 소형차는 생산을 중단하겠다는 입장을 발표했다. 평균 1,000만 원가량의 찻값이 오르면 상대적으로 저소득 계층이 구매하는 소형차의 경제적 접근성이 현저히 떨어지는 탓이다. 

[자료 5. 자동차 공장]

출처: 오토타임즈

이러한 상황은 유럽에 국한되지 않고 우리나라에도 영향을 미칠 것이다. 유럽연합이 유로 7을 도입하면 한국도 배출 규제를 따라가야 하기 때문이다. 반면 일자리 유지를 위해 기준을 유예하면 오히려 친환경 산업에 역행하는 것이어서 비판을 피하기 어렵다. 그야말로 '진퇴양난'이다. 그렇다고 불과 2년 만에 연평균 국민 소득이 1,000만 원가량 늘어나는 것도 불가능하다. 

이러한 이유로 일각에서는 EU 회원국들의 반대로 인해 유로 7의 기준이 완화될 수 있다는 전망이 제기된다. 앞서 EU 집행위는 2035년부터 내연기관차 판매를 전면 중단하기로 했다가 독일을 비롯한 회원국의 반대로 기준을 일부 완화한 바 있다. 합성연료(e-fuel)를 쓰는 차에 대해서는 예외를 두기로 한 것이다. 또한, 현행 유로 6에 따르면 질소산화물 배출 기준은 가솔린 60 mg/km, 디젤 80mg/km다. 유로 7의 질소산화물 배출량은 가솔린과 디젤 상관없이 60mg/km로 통일된다. 따라서 가솔린은 현행 수준을 유지하고 디젤만 20mg/km 감소하면 된다. 절반 이하로 감소해야 했던 초기 계획과 비교하면 크게 완화된 수준이다.

 

[그럼에도 유로 7 시행을 해야 하는 이유]

많은 반대 여론에도 유로 7을 시행해야 하는 이유는 무엇일까?

1. 전기차 판매와 투자의 급증

전기차동차 판매량은 2022년에 1,000만 대를 초과하면서 기하급수적으로 성장하였고, 2023년에도 계속해서 빠른 증가세를 유지할 것으로 전망된다. 이미 2023년 1분기 동안 전기차 230만 대 이상이 판매되었고, 이는 전년 동기 대비 약 25% 이상 높은 수준이다. IEA는 2023년 말까지 전기차가 총 1,400만 대가 판매될 것이며, 특히 금년 하반기에 신규 구매 가속화로 2022년 대비 35%의 증가율을 기록할 것으로 전망된다. 

그리고 아직 개도국의 전기차 시장은 크지 않지만, 2022년에 인도, 태국, 인니 등에서 전기차 판매가 빠르게 증가할 것으로 예상된다. 위 세 국가의 2022년 누적 전기차 판매량은 2021년 대비 3배 이상 증가해 8만 대에 달했으며, 특히 인도에서는 정부의 총 32억 달러 규모의 인센티브 지원이 커다란 역할을 했다. 이에 힘입어 인도의 전기차 산업에 83억 달러의 투자도 유입되었다.

이에 따라 민간투자도 급증세를 보이고 있다. 2022년에 세계 전기차 산업에 대한 투자는 총 4,250억 달러로 2021년 대비 50% 증가했으며, 이중 90%가 민간투자였고, 단 10%만이 정부 지원이었다.

[그림 6. 세계 주요 민간 기업의 전기차 투자]

출처 : IEA

2. 전기 자동차에서 발생하는 미세먼지, 타이어 마모 미세먼지

탄소중립연구소 모빌리티동력연구실 이석환 박사 연구팀에 따르면 가솔린, 디젤, 전기자동차의 미세먼지 배출량은 각각 PM10(미세먼지) 기준 42.3mg/km, 43.2mg/km, 47.7mg/km, PM2.5(초미세먼지) 기준 14.5mg/km, 14.1mg/km, 13.9mg/km 수준의 미세먼지가 발생했다. 

[그림 7. 브레이크 종류에 따른 미세먼지 발생원별 배출량]

출처 : 한국기계연구원

검은색으로 표시된 부분은 도로 재비산먼지이다. 대체로 차량 중량에 비례하는 것으로 보고 있다. 전기자동차는 파란색으로 표시된 배출가스(1차 오염물질)가 없는 대신 검은색의 도로재비산먼지가 내연기관차보다 훨씬 많다.

이는 배터리팩 때문에 전기차 중량이 내연기관차보다 20% 정도 더 무겁고 이 차이 때문에 도로 재비산먼지를 많이 일으키는 것으로 계산된다. 2차 오염물질까지 포함하면 디젤과 가솔린이 전기차보다 미세먼지를 더 많이 배출하지만 전기차도 완전한 친환경차라는 것은 아니다. 따라서 우리나라에서 운행하는 모든 차량이 전기차로 바뀌어도 자동차로 유발되는 미세먼지 문제는 사라지지 않는다. 결국 타이어와 도로, 브레이크 부품에서 생성되는 미세먼지를 해결해야 한다는 것이다.

그래서 유로 7의 타이어 규제로 가솔린 차량, 디젤차, 전기차량의 가격 상승의 우려되지만 규제로 먼저 잡아내지 못한다면 미세먼지 문제로 인한 더 큰 비용을 지불해야 할지도 모른다. 

또한 늘어만 가는 전기차 수요와 판매에도 타이어 관련 환경규제는 효율성과 안전성 등에만 국한됐었다. 주행과정에서 타이어와 브레이크에서 많은 미세먼지가 나온다는 것은 잘 알려져 있었지만 그것을 규제할 수 있는 안은 마련되지 않아 사실상 ‘무방비’ 상태였기 때문에 유로 7을 시행해야 한다.

 

[대한민국, 유로 7에 어떻게 대응해야 하나]

전기차에서의 타이어 마모는 막을 수 없지만, 줄일 수 있다. 또한 마모되어 나오는 미세먼지를 잡는 기술을 이용할 수 있다. 한국기계연구원은 타이어나 브레이크 패드 마모에서 발생하는 미세먼지 저감 차량 개발에 나섰다.

[자료 8. 미세먼지 저감 장치]

출처 : SBS 뉴스

주행 중 먼지가 가득한 공기가 차량 그릴을 통과하면 먼지에 전기적 성질을 띠게 해, 바로 뒤편 집진기에 99% 달라붙게 만드는 방식이다. 한국기계연구원 신동호 박사는 “바퀴에서 60%의 효율을 갖고 있고, 이 효율을 높이는 연구를 지속적으로 진행하고 있다”고 말했다. 또한, 연구진은 이 기술을 모든 차량에 적용할 경우, 대기 중 미세먼지가 30%가량 줄 것으로 기대하고 있다. 

그리고 전기차 전용 타이어 제품 또한 속속 나오고 있다. 한국, 금호, 넥센타이어 등 국내 타이어 3사는 전기차 전용 신제품을 잇달아 출시하고 있다. 

[자료 9. 전기차 전용 타이어]

출처 : 중앙일보

전기차 전용 타이어는 기존 타이어에 해 내마모성도 30% 이상 높다. 내마모성이란 마모를 견디는 힘이 강해 그만큼 마모가 안된다는 것이다. 전기차의 타이어가 마모되는 속도는 내연기관차보다 20% 정도 빠른데, 이는 순간적으로 강한 힘을 내는 전기차의 특성 때문이다. 따라서 순간적인 출력을 버티는 강한 타이어가 전기차에 필요하다. 

하지만 그만큼 가격도 일반 타이어에 비해 20~30% 정도 비싸다. 기아 EV6를 기준으로 전기차 전용 타이어는 개당 24만 원으로 4개를 모두 교체하면 100만 원 가까이 나온다. 소비자에게는 부담이 되는 가격이다. 그리고 교체 주기도 2 ~3년 안팎으로, 내연기관 차량용 타이어의 수명인 4~5년에 비해 짧다. 

하지만 새로운 전기차와 타이어가 출시되는 만큼 가격 또한 줄어들 것으로 예상하고 있으며 유로 7 규제에 대응하기 위해 필요한 과정으로 생각된다. 진정한 친환경차로 성장해 나가는 과도기를 잘 지나가 비배기가스까지 배출하지 않는 전기차가 되기를 바란다.

 

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전기차와 내연기관차에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "전기차, 너 진짜 친환경 맞아?", 19기 김수정, 21기 이태환, https://renewableenergyfollowers.org/3836

전기차, 너 진짜 친환경 맞아?

2. "내연기관의 몰락", 21기 마승준, https://renewableenergyfollowers.org/3883

내연기관의 몰락

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참고문헌

[우리를 위협하는 도로 위 타이어 마모]

이재은, "도로 미세먼지 76%가 '타이어 마모'…"배기가스보다 위험"", 뉴스트리, 2023.02.23.,  https://www.newstree.kr/newsView/ntr202302230003 

[처음으로 타이어 규제 도입하는 '유로 7']

박병하,  "곧 발표될 유로 7 규제... 전기차도 규제 대상 되나?", MOTOYA, 2022.06.16., https://www.motoya.co.kr/news/articleView.html?idxno=35542

[유로 7 반대 여론, 기준 완화?]

1) 권용주, "유로 7 배출규제, 각국 정치권 후폭풍 '촉각'", 2023.03.22.,http://autotimes.hankyung.com/apps/news.sub_view?popup=0&nid=01&c1=01&c2=01&c3=00&nkey=202303220914381 

2) 이정현, "망하려고 작정했나... 갑자기 700만 원 신차 가격 인상에 소비자들 '역대급 분노'", 오토포스트, 2022.11.24., https://autopostkorea.com/104199/

3) 정하용, "유럽 상용차업계 "유로7 도입? 유로 6 확대가 더 시급"", 2023.04.20., http://www.cvinfo.com/news/articleView.html?idxno=24680 

[그럼에도 유로 7 시행을 해야 하는 이유]

정귀희, "최근 세계 전기자동차 시장의 특징과 정책 추진 방향", 세계 에너지시장 인사이트, 제23-13호, 2023.7.3.

한국기계연구원, "[연구성과] 차종별 미세먼지 통합 측정 세계 최초 성공", 한국기계연구원, 2022.10.06., https://www.kimm.re.kr/sub0504/view/id/19536#u 

[대한민국, 유로 7에 어떻게 대응해야 하나]

1) 서동균, ""끼익" 도로에 뿌려진 미세먼지... 이제 달리면서 잡는다.", 2023.04.10., https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1007148613 

2) 김민상, "가격 20만 원 비싸도.. 전기차 전용 타이어 시장도 가속도 낸다.", 2022.12.07., https://www.joongang.co.kr/article/25123923#home