탄소중립 기술개발 고도화에 따른 온실가스 감축 시나리오 연구 : 도로수송부문 중심으로

표제지 1

목차 26

요약문 4

SUMMARY 14

Ⅰ. 서론 35

제1절 연구의 배경 및 필요성 36

1. 연구 배경 36

2. 연구의 필요성 40

제2절 연구의 목적 및 내용 42

Ⅱ. 대내외 환경분석 44

제1절 주요국 도로수송부문 온실가스 감축 전략 45

1. 미국 45

2. 중국 51

3. 일본 57

4. 노르웨이 61

제2절 국내 도로수송부문 온실가스 감축 전략 65

1. 수송부문 온실가스 배출현황 65

2. 수송부문 온실가스 감축 주요 정책 67

3. 친환경자동차 인프라 현황 69

Ⅲ. 온실가스 감축량 산정 71

제1절 온실가스 배출량 산정 개요 72

1. 배출량 산정 대상 온실가스 72

2. 배출량 산정식 개요 73

제2절 온실가스 배출량 산정 목적 및 방법론 74

1. 배출량 산정 국제표준 및 프로토콜 74

2. 온실가스 인벤토리 작성 77

3. 기업 배출량 계산 84

제3절 온실가스 감축 잠재량 산정 방법론 89

1. 온실가스 감축 잠재량 산정의 목적 89

2. 국내외 온실가스 감축 잠재량 산정 방법론 94

Ⅳ. 도로수송부문 탄소중립 기술 및 온실가스 감축 잠재량 산정 105

제1절 도로수송부문 탄소중립기술 106

1. 전기차용 이차전지 기술 106

2. 전기 구동 시스템 효율화 기술 110

3. 전기차용 전기충전 기술 111

4. 수소연료전지차용 연료전지 시스템 기술 114

5. 수소전기차용 수소저장시스템 및 수소 충전 기술 116

제2절 기술별 도로수송부문 온실가스 감축 잠재량 산정 119

1. 전기차 효율 향상 기술 119

2. 수소연료전지차 효율 향상 기술 129

3. 인프라확대 기술 136

4. 자원순환 기술 153

Ⅴ. 시나리오에 따른 온실가스 배출량 변화 164

제1절 친환경자동차 기술개발 목표 165

1. 탄소중립 시나리오 개요 165

2. 전기차 기술개발 목표 168

3. 수소차 기술개발 목표 170

제2절 친환경자동차 기술개발 시나리오 172

1. 효율 향상 효과 시나리오 172

2. 인프라확대 기술 시나리오 177

Ⅵ. 결론 및 향후 계획 185

제1절 결론 186

제2절 향후 계획 189

[별첨 1] 방법론 및 결과 서면자문 검토요청서 191

[별첨 2] 탄소중립 시나리오 분석 방법론: 부분균형모형 199

[별첨 3] 친환경자동차 인식 수준 설문조사 결과 202

참고문헌 205

판권기 212

〈표 1-1〉 국가온실가스 통계 37

〈표 1-2〉 한국형 탄소중립 100대 핵심기술 중 친환경 자동차 분야 해당 기술 43

〈표 2-1〉 수송부문 온실가스 배출량 변화 추이(1990~2021년) 46

〈표 2-2〉 2050 수송부문 탈탄소화 계획에 따른 미국 연방정부 대응 전략 49

〈표 2-3〉 부문별 최종에너지 소비현황 51

〈표 2-4〉 중국 탄소중립 로드맵 53

〈표 2-5〉 녹색교통 14.5 발전규획 도로부문 목표 54

〈표 2-6〉 주요 지역 인프라 지원정책 55

〈표 2-7〉 일본 수송부문 CO₂ 배출량(1990~2020) 58

〈표 2-8〉 일본의 도로 부문 온실가스 감축방안 59

〈표 2-9〉 세계 주요국 전기차 보급 대수 및 보급률 62

〈표 2-10〉 노르웨이 수송부문 온실가스 배출량(1990~2020년) 62

〈표 2-11〉 국내 수송부문 직접배출량(2015~2021년) 65

〈표 2-12〉 OECD와 국내 수송 온실가스 배출 비교 66

〈표 2-13〉 국내 부문별 배출량 목표 67

〈표 2-14〉 국내 탄소중립 로드맵 수송부문 세부 이행방안 68

〈표 2-15〉 제4차 친환경자동차 기본계획 목표 68

〈표 2-16〉 지역별 자동차 주유 및 충전기 현황 70

〈표 3-1〉 온실가스 별 지구온난화 잠재력(Global Warming Potentials, GWP) 72

〈표 3-2〉 온실가스 배출량 산정의 목적과 방법론 예시 74

〈표 3-3〉 온실가스 배출량 산정방법론 75

〈표 3-4〉 기후변화 완화목표 표준 단계 78

〈표 3-5〉 정책 및 조치 표준과 기후변화 완화목표 표준의 비교 79

〈표 3-6〉 지자체 온실가스 배출량 산정지침의 산정 대상 분야 및 세부 카테고리 81

〈표 3-7〉 도로수송 분야에 적용되는 CO₂ 배출계수 84

〈표 3-8〉 기업 온실가스 인벤토리가 제공하는 비즈니스 목표 85

〈표 3-9〉 기업의 Scope 3 온실가스 인벤토리 개발 목표 86

〈표 3-10〉 제품 온실가스 인벤토리가 제공하는 비즈니스 목표 88

〈표 3-11〉 프로젝트 레벨 온실가스 감축 잠재량 산정 절차 90

〈표 3-12〉 프로젝트 활동에 대한 베이스라인 후보의 예시 91

〈표 3-13〉 상쇄등록부시스템 상의 승인된 외부사업 방법론 현황(2023년 11월 기준) 96

〈표 3-14〉 상쇄등록부시스템 수송분야 국내방법론 현황(2023년 11월 기준) 97

〈표 3-15〉 지자체 온실가스 감축사업별 감축원단위 적용 가이드라인의 수송부문 개요 및 감축원단위 98

〈표 3-16〉 청정개발체제(CDM) 도로수송부문 감축량 산정 방법론 및 분류 99

〈표 3-17〉 VCS 프로그램 감축량 산정방법론 103

〈표 4-1〉 이차전지 셀 성능 고도화 기술 국내외 기술 수준 106

〈표 4-2〉 차세대 이차전지 별 기술개발 로드맵 107

〈표 4-3〉 이차전지 셀 성능 고도화 기술 국내외 기술 수준 107

〈표 4-4〉 이차전지 시스템 고도화 기술 단계별 개발 로드맵 108

〈표 4-5〉 이차전지 셀 성능 고도화 기술 국내외 기술 수준 108

〈표 4-6〉 재활용 설비구축 전망 109

〈표 4-7〉 전기차 구동모터 국내외 기술 수준 110

〈표 4-8〉 전기차용 전기충전 세부기술 개요 111

〈표 4-9〉 전기차용 충전기술개발목표 114

〈표 4-10〉 세부기술 개요 114

〈표 4-11〉 국내외 기술수준 115

〈표 4-12〉 연료전지 시스템 기술 116

〈표 4-13〉 세부기술 개요 116

〈표 4-14〉 국내외 기술 수준 117

〈표 4-15〉 수소 저장 시스템 기술 117

〈표 4-16〉 수소 충전소 기술 118

〈표 4-17〉 친환경자동차 세부기술별 기술분류 119

〈표 4-18〉 배터리 에너지밀도와 전기차 최대 주행거리 126

〈표 4-19〉 전기차용 이차전지기술개발에 따른 온실가스 배출 감축 잠재량 산정 127

〈표 4-20〉 구동모터 출력밀도와 전기차 최대 주행거리 128

〈표 4-21〉 전기구동 시스템 효율화 기술개발에 따른 온실가스 배출 감축 잠재량 산정 128

〈표 4-22〉 연료전지 스택(Stack)의 기술 및 역할 130

〈표 4-23〉 운전장치 부품 및 기능 132

〈표 4-24〉 수소 저장장치 부품 및 기능 133

〈표 4-25〉 온실가스 감축량 산정을 위한 주요 영향요인 및 기준 134

〈표 4-26〉 연도별 온실가스 예상 배출량(tCO₂eq.) 135

〈표 4-27〉 친환경자동차 세부기술별 목표 및 속성/수준 141

〈표 4-28〉 연료선택 컨조인트 속성 및 수준 143

〈표 4-29〉 전기차 컨조인트 속성 및 수준 143

〈표 4-30〉 수소차 컨조인트 속성 및 수준 144

〈표 4-31〉 컨조인트 설문 예시 (전기차 컨조인트) 145

〈표 4-32〉 응답자 기술 통계 145

〈표 4-33〉 연료전환 컨조인트 분석결과 146

〈표 4-34〉 전기차 컨조인트 분석결과 147

〈표 4-35〉 수소차 컨조인트 분석결과 147

〈표 4-36〉 휘발유차 및 친환경자동차의 현재 기술 수준 148

〈표 4-37〉 기술별 개발목표에 따른 속성수준 요약 150

〈표 4-38〉 전기차 사용후 배터리 재사용 단위 장ㆍ단점 153

〈표 4-39〉 연료전지 종류 155

〈표 4-40〉 연도별 전기차 판매대수 및 평균 배터리 용량 157

〈표 4-41〉 공정별 온실가스 배출량 및 감축 잠재량[kgCO₂eq./kWh] 159

〈표 4-42〉 연도별 수소차 판매대수[대] 161

〈표 5-1〉 기후 시나리오 분석 분류 및 주요 고려 요인 165

〈표 5-2〉 주요기관 2050 온실가스 감축 시나리오 설계 사례 166

〈표 5-3〉 전기차 기술개발 목표 요약 169

〈표 5-4〉 수소차 기술개발 목표 요약 171

〈표 5-5〉 배터리 에너지 밀도 개발 시나리오에 따른 전기차 최대 주행거리 증가 172

〈표 5-6〉 전기차용 이차전지기술개발에 따른 온실가스 배출 감축 잠재량 산정 172

〈표 5-7〉 이차전지 배터리 소재별 온실가스 감축 잠재량 174

〈표 5-8〉 수소연료전지차의 효율 향상 시나리오 175

〈표 5-9〉 온실가스 감축량 산정을 위한 주요 영향요인 및 기준 176

〈표 5-10〉 시나리오 기반 연도별 예상 배출량 176

〈표 5-11〉 전기차 현 수준 및 목표 요약 178

〈표 5-12〉 전기차 기술별 개발목표에 따른 속성수준 요약 178

〈표 5-13〉 수소차 현 수준 및 목표 요약 182

〈표 5-14〉 수소차 기술별 개발목표에 따른 속성수준 요약 183

〈표 6-1〉 도로수송부문 온실가스 감축잠재량 산정 방법론 및 범위 186

[그림 1-1] 전지구 평균온도 추세 36

[그림 1-2] 에너지 연소 및 산업공정에서 발생하는 전세계 CO₂ 배출량과 연간 변화(1900~2022년) 37

[그림 1-3] 에너지분야 온실가스 배출량(1990~2020년) 38

[그림 1-4] 2022년 전세계 수송 분야에서 발생한 이산화탄소 배출량의 하위 부문별 비중 39

[그림 1-5] 한국형 탄소중립 100대 핵심기술 추진안 주요 내용 40

[그림 1-6] 연구추진 체계도 42

[그림 1-7] 온실가스 감축 잠재량 산정 프로세스 43

[그림 2-1] 부문별 온실가스 배출량 점유율(2021년) 45

[그림 2-2] 수송부문 온실가스 배출량 점유율(2021년) 45

[그림 2-3] 수송부문 온실가스 배출량 변화 추이(1990~2021년) 46

[그림 2-4] 수송 에너지원/연료(2021년) 47

[그림 2-5] 미국 수송부문 최종 에너지 사용량 목표 경로(2005~2050년) 48

[그림 2-6] 미국 수송부문 정책 50

[그림 2-7] 부문별 CO₂ 배출량 51

[그림 2-8] 수송부문 에너지 믹스 현황 52

[그림 2-9] 온실가스 배출 목표(2030년, 2060년) 52

[그림 2-10] 중국 수송부문 정책 56

[그림 2-11] 일본 부분별 CO₂ 배출량 추이(1990~2020년) 57

[그림 2-12] 일본의 탄소중립 달성 시나리오(2050년) 58

[그림 2-13] 일본 수송부문 정책 60

[그림 2-14] 노르웨이 온실가스 배출 현황(1990~2020년) 61

[그림 2-15] 노르웨이 차량 판매 현황(2011~2020년) 63

[그림 2-16] 노르웨이 수송부문 정책 64

[그림 2-17] 국내 분야별 온실가스 배출추이(1990~2021년) 65

[그림 2-18] 전기차 충전기 분류 69

[그림 3-1] 국가 및 도시를 위한 온실가스 프로토콜 77

[그림 3-2] 기업 및 조직을 위한 온실가스 프로토콜 85

[그림 3-3] 베이스라인 시나리오 대비 온실가스 감축량 정량화 92

[그림 3-4] 수송부문 외부사업 방법론 승인 절차 95

[그림 3-5] 전기 및 하이브리드 차량의 배출 감축량 산정방법론의 베이스라인 및 사업 시나리오 개요 101

[그림 4-1] 국가별 전기차 충전 표준규격 112

[그림 4-2] 현대자동차 무선충전 시범사업 개요 113

[그림 4-3] 리튬 이차전지의 전기 생성 원리 120

[그림 4-4] 배터리 셀의 에너지 밀도(Wh/kg)에 따른 전기 자동차의 예상 주행 거리 122

[그림 4-5] 전기차의 구성요소 123

[그림 4-6] 전기차의 전기구동 시스템 구성요소(3세대 PE) 124

[그림 4-7] 온실가스 배출 감축 잠재량(tCO₂eq./년) 127

[그림 4-8] 온실가스 배출 감축 잠재량(tCO₂eq./년) 128

[그림 4-9] 수소연료전지 원리 129

[그림 4-10] 국가별 전기차 충전 표준규격/수소연료전지차(FCEV)의 시스템 129

[그림 4-11] 연료전지 스택 세부구조 130

[그림 4-12] 스택 부하에 따른 효율 131

[그림 4-13] 수소 저장 밀도에 따른 주행거리 133

[그림 4-14] 연도별 온실가스 예상 배출량(tCO₂eq.) 135

[그림 4-15] 인프라확대 기술 온실가스 감축 잠재량 추정 프로세스 136

[그림 4-16] 선택실험법 분석 절차 138

[그림 4-17] 현재 기술 수준의 휘발유차 및 친환경자동차 선택확률 148

[그림 4-18] 기술 수준 변화에 따른 휘발유차 및 전기차 선택확률 변화 149

[그림 4-19] 전기차 기술개발에 따른 선택확률 변화 151

[그림 4-20] 수소차 기술개발에 따른 선택확률 변화 152

[그림 4-21] 사용후 배터리 재활용 공정별 프로세스 155

[그림 4-22] 사용후 배터리 폐기 및 재사용 시나리오 158

[그림 4-23] 사용후 배터리 재활용 시나리오 159

[그림 4-24] 사용후 배터리 재사용을 통한 온실가스 감축 잠재량 160

[그림 4-25] 사용후 배터리 재활용을 통한 공정별 온실가스 감축 잠재량 161

[그림 4-26] 사용후 연료전지 폐기 및 재활용 시나리오 162

[그림 4-27] 사용후 연료전지 재활용을 통한 온실가스 감축 잠재량 163

[그림 5-1] IPCC AR6 표준경로 167

[그림 5-2] 온실가스 배출 감축 잠재량(tCO₂e/년) 173

[그림 5-3] 온실가스 배출 감축 잠재량(tCO₂e/년) 174

[그림 5-4] 수소연료전지차 효율 향상 시나리오 방법론 175

[그림 5-5] 시나리오 기반 연도별 예상 배출량(tCO₂eq) 177

[그림 5-6] 전기차 판매전망(2025-2040년) 179

[그림 5-7] 전력배출계수 전망(2025~2035년) 180

[그림 5-8] 전기차 시나리오별 선택확률 180

[그림 5-9] 인프라확대 시나리오에 따른 전기차 온실가스 감축 잠재량 181

[그림 5-10] 차량 판매전망(2025~2040년) 183

[그림 5-11] 수소차 시나리오별 연료전환(왼쪽) 및 수소차 컨조인트(오른쪽) 선택확률 184

[그림 5-12] 인프라확대 시나리오에 따른 수소차 온실가스 감축 잠재량 184

[그림 6-1] TIMES 모델 입ㆍ출력 도식화 199

[그림 6-2] MESSAGE 모델 에너지시스템 구조 도식화 200

[그림 6-3] LEAP 모델 구조 201

[그림 6-4] 친환경자동차 인지수준 202

[그림 6-5] 친환경자동차 구매의향 202

[그림 6-6] 친환경자동차 미구매 결정요인 203

[그림 6-7] 친환경자동차 안전성 인지수준(전체 응답자) 203

[그림 6-8] 친환경자동차 안정성 인지수준(낮은 인지도) 204

[그림 6-9] 친환경자동차 안전성 인지수준(높은 인지도) 204