전기 자동차 산업 구조 - 에너지

화학이라곤 일반화학과 유기화학밖에 배운게 없고, 자동차라곤 전기자동차, 하이브리드 자동차공학 밖에 배운적 없습니다.

전공인 반도체 설계 위주로 쓸 것인데, 자동차/에너지/화학을 웨이브 할 수 없어서.. 이번 편은 빌드업을 위해 작성하였습니다.

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현재 지구촌에는 에너지 + 환경 문제 존제. 전세계 에너지 소모량의 30%는 자동차입니다.

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차세대 자동차 -> 전기 자동차 -> 많은 전기 필요 -> 전력 인프라 필요 (1편) -> 전기자동차 부품 (2편)

차세대 자동차 -> 자율 주행, 셀프 고장 검출 기능 필요-> 많은 종류의 고성능 반도체 필요 (3편)

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에너지, 자동차 산업은 세계에서 가장 큰 산업입니다. 전세계에 종합전자 회사들은 몇 개 없지만.. 에너지 회사는 수백개 있습니다.

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신 재생 에너지를 알아보기 전에 저희 세대가 교과서에서 배웠던 에너지에 대해서 정리하고 넘어가 보겠습니다~~ 그냥 가볍게 스르륵 스르륵 봐주세요~~

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BP - Statistical Review of World Energy, 2021

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점점 유가는 올라가고, 기름 소비 비중도 줄어들고 있다.(비중이 줄어들 뿐이지, 에너지 총 사용량은 계속 발전하는 추세.)

현재 발견된 전세계 원유 매장량은 1.7조 배럴. 오일가스나 셰일까지 포함하면 약 10조 배럴 정도이고…. 고갈된다면서 계속 대규모 신규발견이 나오고 있다. 생산량을 정해놓고 양털깎이하는 것으로 보이지만…. 음모론자 같으니 말을 줄이겠습니다.

(우리 자식세대까지는 쓸 수 있을거라고 생각함. 다만 원유는 앞으로 말할 환경 문제가 큼.)

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원유

현재 원유 생산량 1위는 미국. 트럼프 때까지 계속 상위권을 유지하다가 바이든(진보)은 친환경 에너지 정책으로 가고, 원유 생산량을 계속 줄이고 있음. 결과적으로 현재 유가 상승 중.

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이건 상식인데, 3대 원유로 WTI / Brent / Dubai 유가 있다. (품질이 괜찮고 생산량이 많아서 3대 원유.)

떠블유 티 아이유는 미국의 West Texas Index

브렌트유는 유럽 노르웨이쪽에 있는 북해. (원유 매장 발견 이후 얼마 안되어 노르웨이의 GDP는 약 2배가 되었다.)

두바이유는 중동쪽에 있는 유전.

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그래서 아메리칸들은 WTI, 유러피안들은 브렌트, 아시안들은 두바이유를 사용한다.

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이걸 왜 다르게 구분하냐? 다 똑같은 기름 아니냐? -> 황 함량이 다릅니다. 황 함량은 기름 품질에 작용한다.

황함량이 적을 수록 품질이 좋다고하는데, WTI는 약 0.24%임. 미국은 기름도 있고… 기름 품질도 가장 좋고.. 강과 바다도 깊어서 큰 배들이 드나들 수 있어 운송도 저렴합니다.(미국은 정말 축복 받은 땅 같아요….)

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디젤이 가솔린보다 점화 온도가 3~4배가 높고, 온도가 높을 수록 NOx가 엄청 나오는데, 이게 백인들 피부암 발병률을 엄청 높입니다. 디젤이 연비가 좋다고 환경에 좀 더 낫다고도 하는데… 각각의 단점이 있습니다. 정부에서 왔다갔다 하는게 문제죠 뭐……

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천연가스

주 성분은 CH4(메테인)입니다. 유전에서 원유와 함께 추출되거나, 가스전에서 추출됩니다.

한국에서도 동해 1, 2가스전이 있긴 하다만.. 양이 너무 적습니다.

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천연가스?? 환경에 깨끗한건가?

CH4입니다. 그래서 이걸 태워도 몸에 직접적으로 유해한 SO2(이산화황)이 나오지 않습니다. 그래서 가정용, 난방용으로 많이 쓰입니다.

LNG(Liquid Natural Gas) : 천연가스를 압축해놓고 저장시켜놓은 형태입니다.

CNG(Compressed) : 대중교통 버스들 꽁무니에 보면 CNG 버스라고 써있는데, 그게 이거에요. 천연가스 부피를 압축해서 태우는 겁니다.

PNG(Piped) :가스전에서 파이프로 이어 보내주는 형태입니다. 러시아에서 이 방식으로 유럽에 수출하고 있습니다. 유럽에 있는 자동차, 공장, 난방 등…….. 아주 많은 것들이 러시아 가스로 돌아갑니다. 러시아에서 이거로 돈도 엄청나게 벌고, 유럽인들은 이거에 대한 의존도가 아주 높아요.

이 PNG 중에 뉴스에 자주 나오는 이름이 ‘노드 스트림’입니다. PNG가 끊기면, 러시아에 큰 경제적 타격이 있습니다. 문제는(?) 이 Pipe line의 80%가 우크라이나를 지나고, 우크라이나에는 반러 성향이 있죠. 그래서 결국 전쟁까지 치닫게 되었구…… 이거만으로도 썰 풀면 1시간이라, 줄이겠습니다.

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석탄

고생대 석탄기 무렵의 식물들이 습지에 매몰되어 오랜 기간동안 지압과 지열에 탄화되어 생성된 퇴적암입니다. 그래서 전세계 여기 저기에 있고 우리나라에도 있어요.

원가는 싸지만, SO2(이산화황) 배출량이 많아서.. 제가 쓴 에너지원 중에 가장 오염이 심한 에너지원입니다. 오래된 지질일 수록 탄소 함유량이 높은데, 그러면 연기는 덜나고 뜨겁게 타기만해서 발전을 하긴 어렵습니다. 그래서 연탄으로 씁니다.

무연탄 : 탄소함량 90% 이상

역청탄 : 80~90%

살탄/아탄 : 60~80%

이탄 : 60%이하

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보수파 매스컴에서 보이는 중국의 이미지와는 다르게, 중국 정부는 환경에 엄청나게 신경을 쓰고 있습니다. 중국은 전세계 석탄 사용량의 80%입니다. 많은 Infra가 석탄을 Base로 함에도, 탈석탄을 선언했습니다. 그로써 중국에 석탄을 수출하는 호주와 관계가 악화되고… 작년엔 요소수 대란도 있었죠. 요소수는 석탄을 가공해서 만들거든요.

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원자력발전

요즘 가장 핫한 원자력 발전입니다.

원자력은 원자핵이 다른 원자핵으로 변환되는 과정에서 방출되는 에너지를 사용합니다.

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핵분열 : 우라늄, 플루토늄

핵융합 : 중수소

2019년 기준 채산성 있는 우라늄은 600만톤입니다.

전문가들은 우라늄 기준 채굴 가능 연한은 21세기 중반으로 보고, 증식로가 보편화되면 1000년 이상 사용할 수 있을 것이라고 카더라…입니다.

이전 에너지원들은 자동차라면, 원자력은 비행기입니다. 엄청나게 효율적이고, 평소엔 사고도 안 납니다. 다만 사고가 나면 재앙입니다.

우리나라는 중수로, 경수로 발전을 사용합니다.

참고로 우리나라는 몇년전까지 원자력 강국이었습니다. 원전을 짓든 유지하든 조단위의 비용이 필요합니다.

문정부에서 원자력 산업들을 접으면서 중공업 산업이 사양길로 접어들다가.. 최근에 윤석열 정부에서 원전 사업을 다시 살리면서 두산중공업이 다시 올라오고 있죠. (이미 많은 엔지니어들이 미국 가서 영주권 따고 억대연봉 받고 있지만요.)

그리고 북한은 자기땅에 엄청 많은 우라늄이 있다하고, 일부 진보 진영에선 이거 이상으로 많을거다….통일정책에 이용하며 대북지원에 사용하는데, 우라늄 매장량에 대한 공식적인+과학적인 증거는 없습니다.

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전기가 있어야 IT든… 제조업이든… 할 수 있습니다.

유럽에서 많은 나라들이 러시아 가스를 이용하는 대신 러시아 눈치를 보고있고,

프랑스는 강가에 원자력 발전소를 엄청나게 지었고,

독일은 30년전부터 풍력발전에 대한 투자를 엄청나게 해왔습니다. 아우토반 가보신 분들은 아시겠지만 도로 양쪽에 풍력 발전소가 엄청나게 많아요.

이탈리아는 2010년대에 원전으로 들어서는 도중에 후쿠시마 원전사고 보고나서 의회에서 부결났고, 전기세가 비쌉니다. 그래서 그런지 이탈리아 젤라또 뿐만아니라 다른 아이스크림도 딱딱하게 얼려먹지 않구…… 대부분 집에 에어컨 없고, 제조업이나 IT쪽도.. 발전이 더딥니다.

캐나다는 수력에너지 인프라, 브라질은 에탄올, 중국은 태양발전. 한국은… 자원 없고 땅이 작다보니 수소발전 연구를 했는데… 잘 안되고 있네요.

에너지(전력) 패권을 갖고 있어야, 여름에 시원하고 겨울에 따뜻하게 보내고…… 공장도 돌리고…… 제조업을 근간으로 한 첨단산업들이 발전하겠죠.

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석탄은 우리 몸에 직접적으로 안 좋다보니까 사람들이 안 쓰는데, 연비 나쁜 차 타는 사람들이 환경에 죄의식을 갖는 경우는 거의 없습니다.

석유나 천연가스는 우리 몸에 나쁜건 아닌데, 사용하면 CO2가 발생하고, 이 CO2는 축적되면서 지구 온난화에 영향을 끼칩니다. 근데 우리나라에서 석유 태운다고 우리나라에만 영향이 있는게 아니라 외국에도 영향을 줍니다.

그래서 전세계에서 기후협약을 맺습니다. 다같이 안 써야 지구온난화를 막을 수 있거든요.

바이든은 기후변화에 민감한 대통령입니다. 현재 우리나라의 에너지원 총량에서 3%정도뿐이 신 재생에너지인데, 중국의 반정도 되는 수치죠. 2030년까지 신재생에너지 비중 안 높이면 환경규제 통한 무역제재가 있을 것으로 예상됩니다.

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미국에서 인구가 가장 많은 주는 어디일까요? 캘리포니아 주입니다. 날씨가 1년 내내 따스합니다. 애플, 구글 등 초일류 IT 대기업들이 모여있어요. 인구 많고.. 구매력 있는 사람들 많다보니 자동차와 공장은 엄청 많은데, 날씨 때문에 공기 정화가 안됩니다. 그래서 캘리포니아 사람들이 환경에 민감하고.. 유기농 음식 산업이 가장 잘나갑니다.

캘리포니아에 있는 대학들이 환경 분야에서 전세계 탑이고, 캘리포니아 사람들이 유난히 환경에 민감하다보니.. 여기는 주정부에서 환경 규제를 따로 정합니다. 예를들어 공기의 경우, Califonia Air Resources Board에서 관리를 해요. 주에서 공기 규제 하는 기관인데, 여기서 규칙이 하나 생기고.. 이게 5년 정도 잘 시행되면 연방정부에서 그대로 가져와서 쓰고, 이게 세계 표준이 됩니다.

COVID-19 CARB Operations Update In-person services are not currently available at CARB locations. Staff remain available to serve the public and provide assistance via email & phone. More Information Our Progress California has made significant progress to reduce our exposure to harmful air pollutan…

ww2.arb.ca.gov

이 CARB에서 나온 것들 중 예로,

1. 자동차 주기검사(캘리포니아에서는 2년에 한번 법적으로 꼭 받아야한다고 들었습니다.) : 안전도 있지만.. 배기가스가 얼마나 되는지… 중요하거든요.

2. OBD : 자동차 계기판에 기능+성능 경고등 뜨죠? 이것도 CARB에서 시작.

3. 독일의 자랑인 디젤 엔진의 경우, 외부 공기를 흡입해 실린더의 피스톤으로 공기를 압축하고, 연료를 분출하며 점화시켜 폭발적인 반발력을 만들어 크랭크축을 돌려 자동차를 굴립니다. 이런 디젤 엔진이 공기 흡입량 제한도 다 CARB에서 시작합니다.

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캘리포니아 사람들이 어떤거에 대해 싫증이 난다 -> CARB에 규칙이 제정된다 -> 미국을 시작으로 전세계에

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뭔가 신기하지 않나요?ㅎㅎ 그래서 그런지 환경운동가중에 진보 성향을 가진 사람이 많고, 캘리포니아는 오래전부터 진보 성향이 짙은 도시중 하나입니다.

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쓰다가 졸려서 이만 글을 마칩니다.