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EV 혁명에 물꼬를 트는 EV 충전 기술과 순환 배터리 수명

  •  운송 수단은 온실가스(GHG) 배출의 28% 차지한다. 전기차(EV) 무탄소 여행의 기회를 제공한다.
  •  EV 채택의 장벽으로는 신뢰할 있는 공공 충전소의 부족, 탄소 배출량이 많고 낭비가 심한 배터리 생산 공정이 있다.
  •   스타트업이 EV 새로운 장을 열고 있다. 차저헬프!(ChargerHelp!) 충전소의 신뢰성을 보장하기 위해 데이터를 활용하고 인력을 업스킬링하고 있으며, 엔스사이클(Nth Cycle) EV 배터리를 위한 광물 자원을 순환적으로 사용하고 이를 추출하는 나은 방법을 만들고 있다.

“제 바람은 1년 안에 전기 자동차 제조를 시작하는 것입니다.” 헨리 포드(Henry Ford)는 1914년 뉴욕타임스에 이렇게 이야기했다. 포드 자동차(Ford Motor Company)는 1908년에 가솔린으로 구동되는 모델 T를 도입했다. 그러나 토마스 에디슨(Thomas Edison)과의 우정은 포드가 다음으로 꿈꾸던 큰 계획으로 이어졌는데, 바로 19세기부터 추진하던 전기 자동차(EV)의 대중화다. 포드의 아내 클라라도 포드의 디트로이트 일렉트릭(Detroit Electric)을 운전하는 것을 선호했다. 그러나 이 아이디어는 성공하지 못했고, 포드는 현대의 자동차 제조업체들과 마찬가지로 "재충전하지 않고 장거리를 운행할 수 있는" 배터리를 설계하는 문제에 봉착했다. 포드의 시도 이후 한 세기가 지난 현재, 전기 자동차는 마침내 포드가 그리던 순간을 맞이하고 있으며 에너지와 재료의 발전 덕분에 이번에는 그 순간이 영원히 지속될 수 있게 되었다.

인간의 영향은 세계 기후 측면에서 중요한 순간에 도달했으며, 모든 온실 가스 배출의 28%는 운송 수단에서 비롯된다. 실제로 자동차는 연평균 4.6미터톤의 이산화탄소를 대기에 배출한다. 환경적 영향으로 인해 화석 연료대신 EV를 선호하는 방향으로 바뀌었다. 자동차 제조업체들은 열광적인 속도로 전기차를 생산하고 있으며, 백악관은 최근 2030년까지 판매하는 모든 차량의 50%를 전기차로 만들겠다는 목표를 발표했다.

전기차가 대세가 되려면 해결해야 할 몇 가지 과제가 여전히 존재한다. 첫째, 신뢰할 수 있는 충전소가 부족하다. 미국의 경우 모든 공공 항구에 25곳의 EV 충전소가 있고 최소 충전 시간은 20분이다. 또한 가솔린에서 벗어나는 대신 지구 광물 자원을 고갈시키는 환경 파괴적 채굴 관행과 얽혀 있는 리튬 이온 배터리에 의존해야 한다. 미래 지향적인 기업가와 혁신가들은 이러한 과제에서 자동차 산업을 변화시키고 전기차의 대량 보급을 가속화할 기회를 포착한다.

구매자 유치를 위한 전기차 충전 기술 강화

퓨 리서치 센터(Pew Research Center)에 따르면 미국 자동차 구매 인구의 절반은 전기차를 구매할 의향이 없다고 한다. 그 이유 중 하나는 운행 중 어디에서 충전해야 할지 모른다는 것이다. 전기차 충전소는 아직 주유소를 따라잡지 못했다. 전국에 16만8000개의 주유소(각각 6~12개의 펌프를 보유)가 있는 데 비해, 전기차 충전소는 14만1000개에 불과해 가솔린 차량에 대한 의존도를 높인다. 그러나 연방 정부는 50만 개의 전기차 충전기에 투자하고 있으며, 충전소의 가동 시간(사용자가 충전소에 도착하여 플러그를 꽂고 차량을 성공적으로 충전할 수 있는 시간)을 97%로 유지하도록 의무화하고 있다. 그러나 최근 UC 버클리의 연구에 따르면 전기차의 메카인 샌프란시스코 베이 지역에서만 충전 포트 중 27%가 제대로 작동하지 않는 것으로 나타났다.

카밀레 테리(Kameale Terry)와 에베트 엘리스(Evette Ellis)는 전기화 인프라를 위한 길을 닦기 위해 차저헬프!를 설립했다. 차저헬프!의 학습 및 개발 담당 수석 부사장인 키아나 스콧(Kianna Scott)은 "충전소가 만들어지고, 배포되고, 설치되는 것을 봤다"며 "설치 후 운영 및 유지 보수에는 공백이 있었다"고 말했다.

오토데스크 재단(Autodesk Foundation) 워크 앤 프로스페리티(Work and Prosperity) 포트폴리오에 포함된 이 스타트업은 충전소에 서비스형 신뢰성(RaaS)을 제공한다. 충전소 운영자는 차저헬프!와 계약을 맺고 EVSE(전기 자동차 공급 장비) 신뢰성 기술자가 모바일 장치에서 차저헬프!의 Empwr 앱을 사용하여 소프트웨어를 다시 실행하도록 맡길 수 있다. 처음 3년 동안 차저헬프!는 스테이션과 1만8000개의 접점을 가지며 기계 고장 원인에 대한 인사이트를 제공했다. 스콧은 "데이터는 약 96%의 경우 소프트웨어가 문제임을 일관되게 나타낸다"며, 이러한 분석은 "기술자가 현장에 있는 시간을 줄여 97%의 가동 시간을 달성하는 데 기여한다"고 말했다.

EV 충전소를 검사하는 차저헬프! 신뢰성 기술자. 이미지 제공: ChargerHelp!.

그러나 이 하이테크 현장 연구에는 아직 많은 사람들에게는 없는 완전히 새로운 기술이 필요하다. 그것은 “직접 발로 뛰고 현장에서 직접 작업하는 일”이라고 스콧은 말했다. “그러나 이는 우리가 처한 전환기를 상징적으로 보여줍니다. 여전히 운전자가 필요하고, 여전히 토크가 필요하며, 메가 미터가 필요할 수 있습니다. 게다가 여전히 소프트웨어에 대해 알아야 합니다.”

차저헬프!는 주로 지속 가능한 자동차 산업에 전념하는 기술 회사이지만 녹색 경제를 위해 사람들을 업스킬링할 고유한 기회를 포착했다. 스콧은 "에너지의 전환은 사람의 전환"이라고 말했다. “운영 및 유지 보수를 위한 인력이 없었기 때문에 인력을 양성해야 했습니다. 의도한 것은 아니었지만 놀라운 도전이었고 비전과 사명을 갖는 계기가 됐습니다.” 이 차세대 인력이 다양성과 포용성을 더 갖출 수 있도록 하는 것도 이러한 목표의 일환이다. 스콧 부사장은 "차저헬프!가 콤프턴 출신과 중남부 LA 출신인 두 명의 아프리카계 미국인 여성이 운영하고 있다는 것은 모두가 다 아는 사실”이라며 “그렇게 접근성이 좋은 지역은 아니다”라고 말했다.

EV 충전소 테스트 기술의 클로즈업 뷰. 이미지 제공: ChargerHelp!.

차저헬프!는 인력 개발 기관과 협력하여 IT 분야에서 종종 소외되는 사람들을 재교육한다. 차저헬프!가 개발한 획기적 교육 과정은 현장에서 기술자를 신속하게 확보할 수 있도록 설계됐으며 SAE(Society of Automotive Engineers, 미국 자동차 엔지니어 학회)에 의해 교육 표준으로 채택됐다. 이 교육 과정은 사람들에게 대량 전기차 채택을 뒷받침하는 데 필요한 기술을 갖추게 할 뿐만 아니라, 이 새롭고 지속 가능한 세상에서 생계를 유지할 수 있는 이력도 제공한다.

스콧은 "우리 회사는 대량 전기차 채택에 필요한 자신감을 지원하는 데 계속 참여하고 싶다" 며 "하지만 전기차뿐 아니라 기후 문제 해결에서도 그만큼 영향력을 발휘할 수 있도록 사람들을 교육, 양성, 업스킬링, 지원하고자 한다"고 덧붙였다.

순환 배터리 기술로 자동차 산업의 지속가능성 추진

대부분의 긍정적인 움직임과 마찬가지로 자동차 산업의 전기화에도 그만한 대가가 따른다. 전기차는 온실 가스 배출량을 줄이지만, 전기차를 생산하려면 엄청난 양의 핵심 자원이 필요하다. 이를 위해서는 기존 자동차보다 6배 많은 양의 광물을 생산해야 하며, 2035년까지 증가하는 수요를 충족하려면 300개의 새로운 광산이 필요할 것이다.

리튬 이온 배터리에는 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연이 필요하다. 수명 주기가 끝나면 95% 가 폐기되며, 그 모든 귀중한 자원이 함께 버려진다. 실제로 2030년까지 1500만 톤 이상의 배터리가 폐기될 것이며, 여기에 포함된 금속의 가치는 180억 달러(약 24조9300억 원) 이상이다. 자동차 전기화에 대한 요구가 증가함에 따라 이러한 약점은 엔스사이클이 자원을 순환적으로 사용하고 자원을 추출하는 더 나은 방법을 찾을 수 있는 기회가 되었다.

작업자가 오하이오주 페어필드에 있는 MHP 시설에 엔스사이클의 오이스터(Oyster) 시스템을 설치하고 있다. 이미지 제공: Nth Cycle.

엔스사이클의 홍보 책임자인 콜린 마호니(Colin Mahoney)는 “엔스사이클은 시장의 기존 배터리 재활용 업체와 두 가지 점에서 다르다. 우리의 분산형 비즈니스 모델은 공급 원료가 어디에 있는지 찾기 위해 파트너십을 맺는 것이며, ‘전기 추출(Electro-Extraction)’이라는 기술은 금속 정제 방법을 현대화하는 것"라고 말했다. "이를 통해 엔스사이클은 공급망의 상류 부분에서 광부들과 직접 일할 수 있고, 현장에서 순도 높은 제품을 시장으로 보내면서 더 많은 제품을 생산하기 위한 환경 의존도를 낮출 수 있습니다. 그리고 우리는 재활용 업체에 수명이 다한 금속을 가장 효율적으로 정제하는 방법을 제공합니다. 두 경우 모두 모듈형 자산인 오이스터(Oyster)를 통해 엄청난 양의 온실가스 배출량을 절약할 수 있죠."

오이스터는 휴대폰, 자석 및 EV 배터리와 같은 공급 원료의 특정 금속을 목표로 하여 회수 및 정제한다. 오토데스크 Fusion(퓨전)으로 설계된 핵심 기술은 전기 및 물만 사용하며 정제 배출량은 기존 광업보다 92%, 현재의 재활용 방법보다 44% 낮다. 엔스사이클은 오하이오주 페어필드에 자체 독립형 생산 센터를 보유하고 있을 뿐만 아니라, 작은 면적(약 185.8제곱미터)의 모듈형 시스템을 배터리 제조 시설의 공장에 쉽게 설치하여 사내에서 금속을 추출 및 재활용할 수 있다.

개먼(Gammon)은 "우리의 비즈니스 모델은 광부, 폐기물 재활용 업체 및 OEMS와 협력하여 금속 정제 요구 사항을 충족시키고 지속가능한 솔루션을 제공하는 것"이라고 말했다. "우리의 새로운 디자인은 폐기물 최소화 및 소모품의 자체 생산에 초점을 맞추고 있으며 빠른 처리 시간, 작은 설치 공간, 높은 회수율이 특징입니다." 그리고 180억 달러(약 24조9480억 원)의 광물을 매립지로 보내는 대신 영구적으로 순환시킨다.

엔스사이클의 오이스터 시스템 상평면도. 이미지 제공: Nth Cycle.

이 발명으로 엔스사이클은 미국 EV 배터리에 필요한 성분인 니켈 제품 MHP(혼합수산화침전물/니켈수산화침전물)을 생산하는 미국 최초의 회사가 되었다. 대부분의 MHP는 해외에서 생산되며 순도가 일정하지 않은 반면, 엔스사이클의 MHP는 니켈 농도가 90%에 가깝다.

신뢰할 수 있는 MHP 현지 공급원이 있으면 다가오는 EV 열풍에 대비할 수 있는 더 강력한 공급망이 만들어진다. 또한 이는 자동차 제조업체에 최선의 이익이 된다. 2022년 제정된 인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act, IRA)은 미국 내 청정 에너지에 대한 더 많은 투자를 요구하여, 미국 자동차 제조업체는 2029년까지 국내 공급원으로부터 EV 배터리 부품의 100%를 확보해야 한다. 엔스사이클의 기술은 이를 가능케 할 것이다. 개먼은 "더 많은 규제가 결실을 맺고 자동차 산업이 금속 공급을 확보해야 할 필요성이 커짐에 따라 엔스사이클이 순환 경제의 일부가 될 필요성도 더 커졌다"고 말했다.

청정 에너지 전환은 마침내 자동차 산업에서 자리를 잡아가고 있다. 여기까지 오는데 오랜 시간이 걸렸다. 운송 수단은 글로벌 지속가능성 목표를 달성하고 환경을 탈탄소화하는 데 중요한 요소다. 엔스사이클과 차저헬프! 같은 회사는 그 짜릿한 미래로 가는 길을 개척하며 이를 실현하기 위한 인력을 양성하고 있다. 

필자 소개

젠 시랄도(Jen Ciraldo)는 미디어 프로듀서이자 작가이다. 잡지, 영화, 기업 및 박물관을 위한 콘텐츠 제작을 통해 캘리포니아에 내화 주택을 짓는 것에서부터 직장 문화를 개선하는 기술에 이르기까지 우리가 사는 방식에 영향을 미치는 주제를 탐구한다.

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