기후 변화에 맞서는 새로운 해결책: 전기 비행기

기후 변화에 맞서는 새로운 해결책: 전기 비행기

 

 

항공 산업은 최근 수십 년 동안 크게 성장했으며, 매년 전 세계 이산화탄소 배출량의 약 2%, 기후 변화에 미치는 영향의 약 4%를 차지한다. 항공은 기후 변화 및 기타 환경 문제에 중요한 기여를 하고 있지만, 전기화는 이러한 환경 영향을 줄이기 위한 한 가지 옵션이다. 최초의 전기 항공기는 현재 이미 운항 중이며 주로 조종사 훈련과 인근 지역에서의 단거리 비행에 사용되는 소형 비행기이다. 수명 주기 평가에서 연구된 비행기의 유형이다.

 

"단기적으로 배터리로 구동되는 전기 항공기는 노르웨이에서 '피오르드 호핑'이라고 불리는 깊은 피오르드 사이의 단거리 비행과 같이 단거리 비행에 주로 사용될 것이다. 더 큰 관점에서 보면 이 연구는 배터리 구동 전기 항공기가 항공이 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있음을 보여준다."라고 Chalmers의 수석 저자인 리카드 아르비손(Rickard Arvidsson)은 말한다.

 

연구: 동일 항공기지만 별개의 항공기

 

연구팀은 수명 주기 평가에서 2인승 상용 배터리 전기 항공기인 'Pipistrel Alpha Electro'를 검사했다. 동일한 항공기를 화석 연료로 구동하는 모델도 구할 수 있어 연구진은 직접 비교할 수 있었다. 연구팀은 원자재 채취부터 수명이 다할 때까지 '요람에서 무덤까지' 각 항공기의 전체 영향을 1시간의 비행 시간이라는 기능적 단위로 조사했다. 항공기 제조업체의 데이터와 기록이 연구의 많은 부분을 차지했다.

 

온실가스 배출로 인한 지구 온난화(예: 이산화탄소), 희귀 광물(예: 배터리용 리튬) 사용으로 인한 광물 자원 부족, 입자 배출로 인한 미세먼지 형성, 산성 배출로 인한 산성화(예: 질소산화물), 질소산화물 및 탄화수소 배출로 인한 지상 오존 형성에 중점을 두고 광범위한 영향 범주를 고려했다.

 

"이 연구의 핵심은 소형 전기 항공기가 동급의 화석 연료 항공기보다 기후에 미치는 영향을 최대 60%까지 낮추고 다른 유형의 환경 영향을 현저히 줄일 수 있다는 것이다. 그러나 전기 항공기의 배터리에 주로 사용되는 희귀 금속으로 인해 가장 유리한 시나리오에서도 약 50% 더 많은 광물 자원이 부족하다는 상충 관계가 있다."라고 리카드 아르비손은 말한다.

 

전기 자동차와 마찬가지로 전기 항공기는 배터리 생산에 많은 에너지와 자원이 소비되기 때문에 비행기가 새것일 때는 기후 측면에서 상대적으로 더 나쁘다. 하지만 시간이 지남에 따라 전기 비행기를 사용하고 배기가스 배출이 없는 전기 추진이라는 이점이 실현되면서 상대적인 영향은 감소한다. 전기 비행기를 오래 사용할수록 환경에 더 좋은 영향을 미치고 결국에는 '손익분기점'에 도달하게 된다.

 

약 1,000시간의 비행 시간이 지나면 전기 항공기가 기후 영향이 적다는 측면에서 화석 연료 항공기를 추월하고, 그 이후에는 전기 항공기가 환경에 더 좋다. 이는 비행 시간당 이산화탄소 환산량인 CO2 eq/h로 측정되며, 친환경 에너지를 사용하는 최적의 조건에서 해당된다. 따라서 그 이후의 모든 사용은 기존 항공기와 비교하여 "기후 혜택"이 된다. 항공기의 예상 수명은 최소 4,000시간으로, 손익분기점 시간의 4배에 달한다.

 

"하지만 리튬 이온 배터리의 수명이 전기 비행기와 화석 연료 항공기의 광물 자원 부족률이 거의 같아지려면 리튬 이온 배터리의 수명이 두 배 정도 길어야 한다. 또는 에너지 저장 용량을 두 배로 늘려서 동일한 비행 시간 동안 두 팩 중 하나만 기내에 탑재하면 된다."라고 이 연구의 다른 저자 중 한 명인 안더스 노르델뢰프 선임 연구원은 말했다.

 

더 친환경적인 미래를 위한 새롭고 더 나은 배터리

 

이 연구에서 연구원들은 전기 항공기의 수명 주기에 미치는 영향을 줄이기 위한 주요 단계로 배터리의 추가 개발에 대해 논의한다. 이미 이 연구가 수행된 후 항공기 모델 제조업체는 배터리 수명을 3배까지 연장하는 데 성공했다. 새로운 배터리 기술은 기후 영향과 광물 자원 부족 문제를 모두 개선할 수 있다.

 

"전기 항공기의 환경 성능을 개선하고 화석 연료를 사용하는 항공기보다 상대적으로 훨씬 더 선호되는 리튬 이온 배터리가 지속적으로 개발되고 있다. 리튬-황 배터리와 같이 장기적인 관점에서 전기 항공기에 적용될 수 있는 새로운 배터리 기술도 개발되고 있지만 아직은 기술 개발 초기 단계에 있다."라고 리카드 아르비손은 말했다.