전기자동차와 가솔린차의 차이는, 단순히 모터를 움직이는 데 사용되는 것이 전력이냐 가솔린이냐 하는 점뿐만이 아니라, "에너지 효율"에서도 양측은 큰 차이가 있다. 사실은, 전기차의 에너지 효율은 가솔린차와 비교해 놀라울 정도로 높다고 하는데, 그 이유는?
가솔린차에 이용되는 내연기관은 근본적으로 비효율적이라고 지적하는데, 기존 휘발유 차량은 연료가 되는 휘발유에 포함된 에너지의 약 80%를 낭비하고 있으며, 실제 바퀴를 앞으로 나아가는데 이용되는 에너지는 약 20%에 불과하다고 한다.
내연기관이 비효율적인 것은, 열역학적 이유로 인한 것인데, 내연기관은 액체연료를 가열해 가압가스를 생성하고, 피스톤을 눌러 크랭크샤프트를 돌림으로써 바퀴를 회전시키기 때문에, 그 과정에서 많은 에너지가 열 등으로 변환돼 도망치기 때문에 바퀴에 도달하는 에너지는 한정되어 있다.
가솔린차에서 낭비되는 에너지와 바퀴에 도달하는 에너지를 나타낸 이미지가 아래.
가솔린에 포함된 에너지의 약 68~72%는 엔진의 폐열로 되고, 4~6%가 엔진의 냉각 시스템 등으로 동력으로 쓰이며, 나아가 변속기 등 드라이브 기구의 기계적 마찰로 3~5%의 에너지 손실이 발생.
또 오디오와 라이트 등 보조 전기부품에 사용되는 에너지는 최대 2%에 달해, 최종적으로 바퀴의 동력이 되는 것은 전체 휘발유의 16~25%에 불과하다. 즉, 약 10000원 정도의 5리터의 휘발유를 구입한다고 해도, 차량이 이동하는데 쓰이는 것은 1리터뿐이고, 나머지 4리터는 다른 곳에서 소비된다는 것이다.
연비가 좋은 차는 더 가볍고, 작고, 공력적으로 뛰어나 구동부품에 도달하는 에너지를 최대한 이용할 수는 있지만, 내연기관 구조상의 에너지 손실을 회피할 수는 없다. 그래서 "가장 연비가 좋은 휘발유 차량조차 이들의 에너지 손실을 피할 수 없습니다"라고 지적하고, 가솔린 차량보다 효율적인 디젤 엔진에서도 60% 정도의 에너지가 열 등으로 손실되고 있다고 말한다.
반면, 전기차는 가솔린차와는 완전히 다른 시스템으로 추진되는데, 에너지는 전기 형태로 차량 내에 충전되며, "액체연료를 태워 가스로 만든다"와 같이 별도의 에너지로 변환되지 않고, 직접 구동 부품에 에너지를 공급한다.
전기 모터는 내연기관과 비교하면 가동부품이 매우 적은 구조이며, 움직이는 과정에서 에너지 손실도 적고 바퀴의 회전을 발전기로 하는 회생제동의 의해 마찰이나 열로 손실되는 에너지를 전기에너지로 회수할 수도 있다.
전기자동차의 에너지 효율을 나타낸 그림이 아래.
물론 전기 자동체에서도 약간의 에너지 손실이 불가피하고, 충전 시 10% 정도의 에너지 손실이 발생하며, 약 18%가 구동 프로세스에서 손실되거나 약 3%가 냉각 시스템 등으로 손실되기도 한다. 또 보조 전기 부품으로 소비되는 에너지량은 최대 4%로 이고, 겨울철 난방에 폐열을 사용하기 어려울 수 있어, 다소 휘발유 차량보다 넉넉하다. 그러나 구동 부품에 도달하지 못해 손실되는 에너지 손실은 31~35%에 그치고 있으며, 회생제동에 의한 에너지 회수율이 22%로 나타나기 때문에, 종합적으로는 충전 에너지의 87~91%가 바퀴를 움직이는 데 사용된다는 계산이 나온다.
미국에서는 하루 890만 배럴(약 14억 1500만 리터)의 자동차용 휘발유가 사용되고 있지만, 에너지적으로 보면 전체의 약 80%가 열과 마찰 등으로 낭비되고 있으며, 차량 추진에 이용되고 있는 것은 겨우 180만 배럴(약 2억 8600만 리터)상당의 에너지에 불과하다.
만약, 휘발유 차량을 모두 전기자동차로 대체할 경우, 소비되는 에너지 총량은 11%의 에너지 손실을 더해도 기껏해야 휘발유 200만 배럴(약 3억 1800만 배럴)상당해, 큰 폭의 비용과 에너지 절약을 달성할 수 있다.
물론, 전기 발전 시에도 에너지 손실은 생기기 때문에, 연료가 되는 화석연료나 원자력 등에 포함된 에너지가 모두 전기에너지로 변환되는 것은 아니다. 그러나 발전소는 가솔린 차량의 내연기관보다 효율적이어서 석탄/원자력 발전의 에너지 효율은 약 33%, 천연가스 발전소라면 약 44%로 수력 발전에 이르러서는 약 90%의 발전 효율을 자랑하고 있다.
발전소의 에너지 효율을 고려하여, 전기자동차의 에너지 효율을 나타낸 그림이 아래.
석탄 화력발전이라면 에너지 효율은 31%, 천연가스 발전은 48%, 수력발전이라면 75%로 가솔린 차량을 웃도는 효율로 에너지를 추진력으로 바꿀 수 있다.
또한 전기차의 배터리 제조 프로세스에도 눈을 돌릴 수 있는데, 배터리 제조에 필요한 에너지는 휘발유 약 74갤런(약 280리터)상당인 것으로 알려져 있고, 전기차로 전환하면 순식간에 본전을 찾을 수 있다는 계산.
전문가는, 세계의 에너지를 탈탄소화하는 것은 거대하고 곤란한 과제라고 인정하면서, 적어도 자동차 분에에 있어서는 전기자동차로의 이행으로 큰폭으로 개선할 수 있다고 주장. 전기자동차는 주행효율을 크게 향상시켜 이산화탄소와 환경오염 물질 배출량을 줄일 수 있고, 동시에 에너지 수요 전체도 줄일 수 있다는 것....
