[한국가스공사 한정옥 수석연구원]
세계적으로 수송용 에너지는 전체 사용에너지의 28%를 차지하는 대량 수요처인 동시에 생활수준의 향상으로 수요증가도 타용도에 비해 지속적으로 증가하고 있다. 수송연료는 95%가 석유계 연료가 차지하며 나머지는 가스와 재생에너지 등으로 공급되고 있다.
국내의 경우 수송에너지는 전체에너지의 약 21%를 차지하고 있으며 에너지원별 비중은 97%가 석유제품, 2.5%는 전기에너지, 천연가스는 0.5% 수준이다.
이에 따라 유가가 상승할 경우 직접적인 영향을 받게 되며 단일용도의 시장이 유가흐름에 민감하게 반응할 수밖에 없다.
2006년부터 시작된 고유가 상황은 현재까지도 지속되고 있으며 이러한 상황은 화물연대 집단운송거부 사태 등 고유가에 따른 국민경제적 문제를 야기한 경우가 있었다.
결국 국제유가 상승에 따른 수송 에너지 가격의 상승은 국민경제적으로 부정적 영향을 미치고 있으며, 특히 운송을 주목적으로 하는 운송업계의 경영환경을 악화시키고 있다.
한편, 수송용 에너지 가격이 상승에 따라 상대적으로 저렴한 수송용 에너지에 대한 공급 요구가 증대되고 있으며 특히 저렴하고 청정한 LNG에 대한 수송용 연료로의 사용요구가 증대되고 있는 실정이다.
-LNG 혼소화물차 보급배경 및 추진경과-
정부는 2008년 6월 화물연대 집단운동거부 관련 대책의 일환으로 LNG화물자동차 보급정책을 발표했다.
또한 2008년 7월경에 유가급등으로 인해 화물차운전자의 총 지출액에서 유류비가 약 50~60%를 차지할 정도로 물류경기의 침체를 가져왔다.
경유자동차는 국내 전체자동차가 배출하는 질소산화물(NOx) 81%, 미세먼지(PM)의 100%를 배출 하고 있는 실정이다. 이에 국토해양부는 대체연료 도입의 필요성을 느끼고 LNG혼소 화물자동차 전환사업을 추진하기에 이른다.
LNG혼소 화물자동차는 현재 국내에 보급되어있는 CNG자동차와는 달리 1회 충전으로 600km(450리터 용기 1개) 이상 운행이 가능하다.
기존 CNG자동차와 마찬가지로 천연가스를 연료로 사용하기 때문에 대기오염물질의 배출이 적고 미세먼지 배출은 거의 없다. 또한 기존 경유의 70% 정도 수준에서 경제성을 보이고 있다.
이에 국토해양부는 2008년부터 한국가스공사를 보급사업 시행주체로 100% 국고보조금으로 10톤 이상 영업용 화물차에 대해 LNG혼소 화물차 개조 사업을 진행하고 있다.
LNG혼소 화물차 보급이 본격적으로 추진되면 국가물류비 절감은 물론 화물운송업계의 경영부담이 완화될 것으로 기대되고 있다.
또한 친환경 운송수단 도입을 통한 녹색물류체계를 구현할 수 있고, 천연가스자동차 기술개발 및 관련업체 일자리 창출을 통해 최근 이슈화되고 있는 녹색성장에 이바지하는 효과를 거둘 것으로 보인다.
- LNG혼소차, 경유 대비 연비 저하-
시범보급 대상으로 선정된 LNG혼소 화물차는 EURO2, EURO3 엔진을 적용한 차량으로 EURO2 차량의 경우 2002년 7월 이전까지 적용된 배출가스 허용기준이며 EURO3 엔진은 2007년 12월까지 출고된 차량이다.
이 중 본사업의 주 대상이 될 EURO3 엔진을 기준으로 분석한 결과 경유엔진과 LNG혼소엔진에 대한 연료소비율로부터 각 연료의 저위발열량을 적용해 열량소비율을 계산, 열량기준으로 약 4%의 차이가 있음을 알 수 있다.
또한 단위동력(1kWh)당 소비열량을 1kWh의 에너지(860kcal)와 비교해 엔진효율을 각각 구할 수 있으며 경유엔진의 경우는 37.4%, LNG혼소엔진의 경우는 35.9%의 효율로 운전됨을 알 수 있다.
연간 연료사용량을 구하기 위해 1년간 사용되는 경유화물차의 사용동력을 구하여 연료소비율로부터 연간 연료사용량을 구할 수 있다.
1년간 경유사용량은 25톤의 화물을 적재한 실차조건에서 운수업체가 제시하는 평균 연비(2.4km/ℓ)를 기준으로 연간 주행거리를 12만km로 설정하면 연간 5만ℓ(4만1000kg)의 연료가 소비된다.
따라서 1년간 사용동력은 연간 경유사용량인 4만1000kg에 따라 연료소비율로부터 4만1000/223.6*1000 = 18만3363kWh를 얻을 수 있다.
이 기준을 LNG혼소엔진의 연료소비율 결과에도 적용하면 경유사용량과 LNG사용량을 얻을 수 있다.
또한 연간 연료사용량 결과로부터 경유엔진과 LNG혼소엔진에 대한 연비를 구할 수 있다. LNG혼소엔진의 경우 LNG를 열량환산을 통해 경유로 환산하여 경유등가 연비를 구하면 2.31km/ℓ로 개조 전 연비에 비해 다소 떨어지는 것으로 나타난다.
-배출가스 저감효과는 탁월-
엔진 배출가스 측정방법은 연비측정과 동일한 엔진에 대해 국제적으로 공인된 ND-13모드 조건에서 측정이 이루어 졌다.
개조 전 경유엔진과 LNG혼소 조건에 대해 각각 결과를 도출하였기 때문에 엔진 개조에 따른 영향을 비교 하는데 적합한 자료다.
성분별 배출가스 결과는 경유엔진과 LNG혼소엔진의 경우에 대해 비교했다. 각 배출가스 성분별 배출량은 연료사용량 분석 시 적용한 방법과 동일하게 연간 사용한 동력을 기준으로 환산하였다.
즉 연간 사용동력(18만3363kWh)을 적용해 성분별 연간 배출량을 산출한 것이다.
이에 따르면 CO2의 경우 연간 저감량은 16톤이 된다. 이 결과는 LNG혼소 화물차 기준으로 LNG전소 자동차의 경우 더욱 더 절감효과는 커질 것으로 예상된다.
교통안전공단 자동차성능연구소의 측정결과로부터 연간 배출가스 배출량을 산정한 결과 LNG혼소화물자동차의 전환에 따른 자동차 연료별 연간 오염물질 배출량은 표 4와 같다. 경유와 LNG혼소화물자동차를 비교하여 저감률 분석 결과 NMHC는 약 71% 증가하는 특성을 보이고 있으나 CO2는 12%, CO는 57%, NOx는 11%, PM은 38% 감소하는 것으로 나타나고 있다.
-유가보조금 1200만원 수준 절감 기대-
유가보조금과 할인을 고려할 경우 차량소유자는 연간 814만원, 유가보조금과 할인을 제외할 경우는 연간 2만3855만원의 비용절감효과가 있는 것으로 분석되고 있다. 한편 경유연료 사용량 감소에 따른 유가보조금 절감효과는 연간 1212만4000원으로 나타나고 있다.
-대기오염 환경비용 효과는 연간 약 235만원-
본 연구에서는 배출가스의 사회적 한계비용 산출을 위해 UNEP에서 산출한 적용치와 국내 KAIST에서 제시한 연구결과를 토대로 KEI에서 2002년도 재수정․작성한 사회적 한계비용을 2009년 9월 환율로 변환․적용하였다.
보급이 예상되는 LNG 화물차는 대부분을 도심지역이 아닌 도심 외 지역을 운행할 것으로 판단되기 때문에 EC의 자료보다 UNEP의 자료를 기준으로 활용하였다.
LNG혼소화물자동차의 환경비용은 배출가스 측정결과로부터 LNG혼소화물차 1대가 연간 12만㎞을 운행함에 따라 초래하는 환경비용을 산출하였으며 LNG혼소화물차의 대기오염의 환경비용의 효과는 연간 234만5000원으로 분석되고 있다.
-경제적 편익 연간 수천만원대 달해-
LNG혼소화물자동차 보급 시 해당 사업자와 정부가 얻을 수 있는 편익을 분석하면 운송사업자는 연료비 절감효과를 기대할 수 있으므로 유가보조와 할인을 받지 못하는 사업자의 경우는 연간 2384만6000원의 절감효과가 기대되고 유가보조와 할인을 받는 사업자의 경우 813만7000원의 절감효과가 기대된다.
또한 정부가 얻을 수 있는 효과로는 유가보조금 절감효과와 환경비용에 의한 효과를 고려할 수 있으며 그 규모는 연간 1446만9000원으로 분석된다.
LNG혼소 화물자동차의 연차별 보급에 따른 기대효과 분석을 위해 연간 보급대수를 누적기준으로 50대, 2500대, 1만대로 예상하여 효과를 분석했다.
유가보조를 받는 운송사업자의 경우 전체적으로 813억원의 수익성이 개선되는 효과가 있으며 유가보조를 받지 않는 사업자의 경우는 2384억원의 수익 효과가 예상되고 있다.
정부에서도 환경비용과 유가보조금 절감효과를 합치면 약 1446억원의 편익이 발생하는 것으로 나타난다.
이러한 결과는 LNG화물차 보급사업이 사업자 측면과 정부측면에서 모두 상당한 효과가 있음을 보여주는 것이며 보급이 확대될수록 효과는 더욱더 증가될 것이다.
-LNG혼소차 보급 정부, 사업자 일거양득-
국내 수송용 자동차는 약 2천만대로 생활의 필수품이 되어 온지 오래다. 이만큼 자동차는 운송수단으로서 소형에서 대형에 이르기 까지 종류와 형태가 다양하며 매년 지속적으로 증가되는 추세이다.
이러한 수송수단은 인류의 발전과 더불어 성능과 효율이 향상되어 왔으며 특히 배출가스에 대한 성능개선은 환경오염 저감에 대한 관심과 녹색성장의 화두 속에 앞으로 더욱더 중요한 이슈가 될 것이다.
특히, 대형자동차의 경우 이동수단뿐 아니라 물류 수송의 역할을 담당하는 중요한 수단으로 경유자동차가 대부분을 차지하고 있다. 이러한 대형자동차는 보급대수는 작지만 배출가스 비중은 매우커서 친환경 수단으로의 전환이 절실한 상황이다.
천연가스는 연료의 청정성뿐만 아니라 연료의 내 노킹특성이 우수하여 대형차량의 연료에 적합하며 세계적으로도 친환경 자동차의 보급이 확대되고 있다. 국내의 경우 시내버스에 CNG버스를 도입하여 상당한 효과를 거두고 있으며 외국에서 성공적인 벤치마킹 사례가 되고 있다.
CNG는 장거리 대형차량의 경우 연료저장능력의 한계로 적용에 어려운 문제를 가지고 있으며 이러한 한계를 극복하기위해 LNG를 적용하는 방안이 있다.
LNG는 연료밀도가 높아 장거리 운행이 가능한 장점이 있으며 충전인프라 또한 배관망에 의존하지 않기 때문에 입지선정이 자유로운 특성이 있다. 특히, 대형 물류단지 및 고속도로 휴게소에 충전소를 설치할 경우 인프라의 부담을 줄일 수 있어 LNG자동차의 보급이 용이한 특성이 있다.
결론적으로 LNG화물자동차 보급 시 기대되는 효과는 첫째 LNG 혼소화물차의 연료비 경제성은 자동차성능 시험기관에서의 엔진성능 평가 자료를 분석한 결과 ND-13모드 시험조건에서 LNG 혼소화물차의 엔진 효율은 경유엔진에 비해 1.5% 감소한 35.9%를 나타냈다.
또 등가연비는 2.31km/ℓ로 경유엔진의 연비인 2.4km/ℓ와 비교 시 약 3.8% 낮은 수준을 보이는 것으로 분석되었다.
이러한 결과는 경유 대체율이 70% 수준임을 고려할 때 LNG혼소 화물차의 경우 LNG사용에 따른 연료경제성이 기대된다.
둘째 LNG 혼소화물자동차의 보급에 따른 환경성 분석결과 경유화물자동차에 비해 대기오염 물질이 NMHC를 제외하고 모두 감소하였으며 연간 배출량 감소율은 PM -38%, NOX -10%, CO -56%, CO2는 -12% 수준을 보이고, NMHC의 경우는 71% 증가하였지만, 모두 EURO3 기준에 부합하는 것으로 분석되었다.
셋째 LNG혼소 화물자동차의 보급효과는 LNG혼소 화물차가 연간 12만㎞를 운행함에 따라 발생하는 연료비 절감에 따른 사업자측면의 효과와 유가보조금과 환경비용 등 정부측면의 효과를 분석한 결과 1만대를 LNG혼소 화물차로 전환할 경우 유가보조를 받는 운송사업자는 전체적으로 813억원의 수익성이 개선되는 효과가 있으며 유가보조를 받지 않는 사업자의 경우는 2384억원의 수익 효과가 예상된다.
또한 정부 측면에서도 약 1446억원의 편익이 발생하는 것으로 나타난다.
이러한 결과는 LNG화물차 보급 사업이 사업자 측면과 정부측면에서 모두 상당한 효과가 있음을 보여주는 것이다.