2023년 3월 1일 인베스터데이에서 머스크는, 테슬라의 마스터 플랜 3 를 발표하였습니다. 발표초반 머스크가 직접 강조한 것은, 앞으로 인류가 지속가능한 에너지로 전환하기 위해서는 명확한 계획이 필요하다는 것입니다.
마스터 플랜 3 개요
○ (목표) 마스터 플랜 3의 목표는 모든 지구를 위한 지속가능한 에너지로의 전환이다. (Sustainable Energy for all of Earth)
○ (배경) 현재 지구상에 존재하는 에너지 경제는 더럽고, 낭비스럽다. 현재 약 20%만이 지속가능한 에너지를 사용중이고 약 80%는 화석연료이다. 매년 1차 에너지 소비를 165 PWh/yr로 가정하였다. 그렇다보니 오직 전세계 에너지의 약 33%만이 유용한 작업 또는 열을 제공한다. 이처럼 화석연료를 에너지로 사용하는 것은 비효율적이다.
○ (수단) 현재 지속가능한 에너지 경제에 속한 지속가능한 리소스들로부터는, 약 82 PWh/yr 만으로도 에너지 전환이 가능하다. 결국 이러한 전환은 최종 사용 효율성에 달려있다. 석유의 경우 땅, 바다 등에서 뽑아내기 위해 많은 에너지가 필요하고, 토지 면적의 많은 점유도 요구된다. 지속가능한 에너지라면, 화석연료 대비 50% 수준으로도 현재 요구되는 1차 에너지에 대한 충족이 가능하다. 더 쉽다. 이러한 가정 및 계산은 보수적(비합리적, 비관적)으로 수행되었기 때문에 더 작은 에너지로도 화석연료를 대체 할 수 있다.
마스터 플랜 3 세부내용
○ 마스터 플랜 3는 화석연료 사용을 제거시킬 계획이다.
(현재의 46+28+29+22+7=132 PWh/yr에 해당하는 화석연료 사용량을, 2배 더 효율적으로, 현재의 50% 수준인 82 PWh/yr만으로도 기존 에너지 요구를 달성할 수 있다.)
○ 테슬라는 기술적으로 100 %의 지속가능한 에너지 경제는 가능하다고 주장하며, 이를 가속화 시킬 능력 또한 있다.
○ (어떻게) 화석연료를 대체하기 위해 필요한 마스터 플랜 3는, 에너지 저장시설로 240 TWh 구축이 필요하고, 재생가능한 전력인 태양광 풍력 발전으로 30 TW의 발전이 가능하도록 발전 설비 구축이 필요하다. 이를 위해서는 제조 투자 $10T 필요하다. 화석연료대비 재생에너지로 요구되는 에너지는 50%이며, 태양광 및 풍력발전에 요구되는 토지면적은 전세계 토지의 0.2%수준이다. 경제규모로는 2022 세계 GDP의 10%수준이다. 또한 이를 달성하기 위해 극복할 수 없는 자원 문제는 없을 것이다. 머스크는 태양광과 풍력으로 생산되는 전력에 대해 8:1의 비율로 저장시설이 필요하다고 생각한다.
테슬라의 목표를 달성하기 위한 세부계획은 다음과 같다.
(2-1) 태양광같은 신재생에너지로 기존 그리드에 전력 공급한다.
(2-2) 전기자동차로의 교체한다.
(2-3) 모든 가정과 기업에서 난방방식 등을 히트펌프로 교체한다.
(2-4) 고온 가열 딜리버리와 수소로 대체한다.
(2-5) 비행기와 선박에 대한 지속가능한 연료로 교체한다.
이 5가지 방법으로 지속가능한 에너지로 100% 대체 시킬수 있다는 테슬라의 계획이다.
각 세부내용을 분석하였다.
(2-1) 재생 에너지로 기존 그리드에 전력 공급
에너지 그리드 부분에 재생에너지 도입을 통해, 전세계 화석연료 사용의 35% (약 46 PWh/yr)를 감소 시킬 수 있다.
여기에 대해서 24 TWh에 해당하는 에너지 저장시설을 구축하고, 10 TW의 태양과 풍력발전을 통해 전력을 공급 및 저장 하면 되겠고, 이러한 설비를 구축하기 위해서는 $0.8T 제조 투자로 가능하다.(제조 투자가 필요하다.)
이미 미국내에서는 태양광 발전 설비로의 투자가 활발하며 매년 50%수준의 성장률을 보이므로, 원활히 달성 가능하다고 생각하는 듯하다.
(2-2) 전기자동차로의 교체
전기자동차로 전환을 통해, 전세계 화석연료 사용의 21% (약 28 PWh/yr)를 감소 시킬 수 있다.
115 TWh의 차량 배터리 및 고정 저장장치, 4 TW의 태양광 및 풍력 발전이 필요하다. 이를 구축하기 위해서는 $7.0T 제조 투자가 필요하다.
앞으로 필요한 전기차의 수는, 40M + 380M + 20M + 300M + 700M = 1440 M = 1.44 B = 14억 4천만대이다.
한국자동차산업협회 2019년 연보에 따르면 전 세계 운행중 자동차수는 14억 9천만대로, 테슬라의 주장은 이 모든 차량을 전기자동차로 대체 시켜야, 차량 부분 화석연료 사용을 0으로 만들수 있다는 것이고, 기존 자동차를 대체시키려면 차세대 (아마도 테슬라 모델 2 같은 저가형 전기차) 모델이 700 M 필요하다는 것이다.
또한 전기자동차가 기존 화석연료자동차 보다 기술혁신으로 효율적이다보니, 늘어나는 인구, 경제성장하는 개발도상국 등으로 증가하는 차량대수는 고려하지 않은듯 하다.
(2-3) 모든 가정과 기업에서 가스 난방 방식 등을 히트펌프로 교체
가정, 기업, 산업에 히트펌프를 통해, 전세계 화석연료 사용의 22% (약 29 PWh/yr)를 감소 시킬 수 있다.
6 TWh의 고정 에너지저장장치, 5 TW의 태양광 및 풍력 발전이 필요하다. 이를 구축하기 위해서는 $0.3T 제조 투자가 필요하다.
테슬라의 기술력 적용되는 히트펌프는, 가스가열로(Gas Furnace)보다 3배더 효율적이다.
같은 1차 에너지가 공급된다면 테슬라의 히트펌프는 3배 더 많은 열을 생산할 수 있다.
(생각 : 린나이, 귀뚜라미 같은 회사들이 가정에 보급하는 보일러(가스가열로)를 대체하는 것이 테슬라의 전기 히트펌프다 라는 의미이다.) 히트펌프를 통해, 가정용, 건물 난방용 분야에 테슬라가 사업 확장 가능하다.
(2-4) 전기를 통한 고온 열전달과 수소로 대체
전세계 화석연료 사용의 17% (약 22 PWh/yr)를 차지하는 고온 가열 등에서 대체가 가능하다. 48 TWh의 고정 에너지저장장치, 6 TW의 태양광 및 풍력 발전이 필요하다. 이를 구축하기 위해서는 $0.8T 제조 투자가 필요하다.
산업 분야 화학공정, 대규모 고온 가열이 필요한 분야에 화석연료가 아닌 전기로 가능하다는 의미다.(전기 고온 열 전달)
또한 강철 제도, 철 환원공정의 용광로 등 따위의 산업 공정을 위한 수소 시스템이 화석연료를 대체 할 수 있다는 것이다.
(수소시장에도 테슬라가 사업영역을 확장하겠다는 의미로 생각된다.) 의미있게 운송하지만 일부 공정에서는 수소를 사용하지 않기도하다, 물분해만 하는 수소공정을 통해 화석연료를 대체 할 수 있겠다.
(2-5) 비행기와 선박에 대한 지속가능한 연료로 교체
전세계 화석연료 사용의 5% (약 7 PWh/yr)를 차지하는 비행기 및 선박 분야 대체가 가능하다. 44 TWh의 비행기 및 선박용 배터리와 고정 에너지저장장치, 4 TW의 태양광 및 풍력 발전이 필요하다. 이를 구축하기 위해서는 $0.8T 제조 투자가 필요하다. (테슬라가 전기 항공기, 전기 선박도 제조하겠다는 포부라기 보다는 이 산업에서 테슬라의 역할이 존재한다는 뜻으로 받아들여졌다.)
비행기는 어렵겠지만 짧은 운송거리 경우 대체가 가능할 것이다.
항공기를 통한, 장거리 비행 경우 리튬 배터리 활용시 선박 뿐만 아니라 재설계가 필요하다.
항공기에 들어가는 배터리도 테슬라에게 기회가 될 것이다.
결론
앞서 5가지 방법을 정리하면, 필요한 태양광 및 풍력 설비는 약 30 TW이고 필요한 탈것 및 고정형 에너지저장설비는 240 TWh이다. 이를 구축하기 위해 필요한 제조 투자는 $10T 이다.
이번 발표에서 제일 먼저 언급한 "마스터 플랜 3이 어떻게 수행되는가"를 나타낼때 나왔던, 숫자가 240 TWh, 30 TW, $10T이었는데 이 숫자는 위 5가지 사업부분이 원활이 수행되어 전세계가 사용중인 화석연료를 모두 재생에너지로 대체 할 경우 도출되는 숫자이다.
즉, 테슬라는 메가팩, 파워팩 등을 지속적으로 생산하여 고정형 에너지 저장장치를 전세계에 공급하겠다는 것이고, 이러한 에너지저장장치에 들어가는 전력은 Solar 태양광 및 풍력 발전소로서 공급되며 30 TW의 발전소가 필요하다.
이러한 제조 시설을 구축하기 위해서는 약 $10T의 투자가 필요하다.
이러한 재생에너지로 화석에너지를 대체할 경우 요구되는 전력은 절반 수준이며, 필요한 토지면적은 전세계의 0.2% 수준이고 리튬, 니켈 공급부족 같은 원자재 문제는 없다고 단언한다는 것이다.
테슬라는 2030년까지 메가팩, 배터리, 전기자동차, 태양광 설비 같은 생산능력을 계속해서 확장해나갈 것이며, 테슬라의 계산으로는 2050년이되면 화석연료는 100%로 대체 될 수 있다는 것이다.
2050년까지 완전대체를 이루기 위해서는 태양광 설비의 경우 2022년보다 3배 이상의 생산능력이 필요하며, 탈것, 고정형, 열전달, 배터리 부분에서는 29배의 생산시설 전기자동차는 11배의 생산능력이 필요하다.
이처럼 앞으로 지속가능한 에너지 경제를 구축하기 위해 필요한 $ 달러는, 기존 석탄, 천연가스, 석유 설비에 투자($14T)보다 저렴($10T)하다. 비용효율적이다.
태양광 설치에 필요한 토지면적은 전세계의 0.14% 수준이고, 풍력 설치에 필요한 토지면적은 전세계 0.03%로, 필요한 토지면적은 전세계의 0.2% 수준이다.
이 같은 지속가능한경제 시스템은 화석연료보다 필요한 광물자원은 적다.
니켈, 리튬, 아연, 구리, 코발트, 철, 망간, 알루미늄, 흑연 등에 대해, 2023년 USGS(미국지질조사국)이 추정한 매장량 대비, 2050년까지 필요한 누적 요구량이다. 리튬이 배터리 주요 원자재이다 보니 최근 2~3년간 급격한 가격 상승을 보여왔는데 테슬라가 주장하는 바로는 2023년 현재에 추정하는 매장량 대비 30% 수준이 필요한 양이다. 즉, 극복할 수 없는 자원 문제는 없을 것이다.
또한 2002년 이후 사람들은 지속해서 니켈, 리튬, 코발트, 구리 같은 원자재가 부족하고 매장량이 감소 할 것으로 생각해왔지만, 지난 20년간 2002년 대비 2022년까지 증가추세였고 특히 리튬은 2008년 이후 급격히 오히려 증가하는 추세다.
배터리 재활용 기술등은 오히려 필요한 자원량을 감소시킬 것이다.
결론적으로, 테슬라의 마스터 플랜 3는, 화석연료를 제거시키고, 태양광 풍력 설비를 30 TW까지 확장하고 고정형 에너지 저장시스템을 240 TWh 구축하여 기존 에너지 요구량 대비 50%만 확보하면 되겠고, 토지 면적 또한 0.2% 수준으로 매우 미미하다. 리튬, 니켈, 코발트 같은 자원부족으로 발생하는 문제는 없다.
이번 마스터 플랜 3 발표로, 테슬라가 2030년까지 앞으로 걸어갈 길을 제시하였다. 테슬라는 전기차 자동차 생산능력을 크게 증가시키고, 메가팩이나 파워팩과 같은 에너지 저장설비를 꾸준히 생산하여 시장에서 점유율을 높여간다. 또한 태양광 및 풍력 발전설비도 생산하여 에너지 사업분야를 성장시키고, 가정용 히트펌프 생산시설 구축 및 확대, 전기를 통한 열전달 설비 생산 및 수소시스템 구축 사업확장, 항공, 선박의 화석연료 사용을 전기 배터리 등으로 대체하는 사업확장, 원자재 확보 등 신규 사업에 대한 기회도 모색 할 것이다.
결국, 테슬라의 최종적인 목표는 미국 행정부의 목표처럼 2050년까지 화석연료를 재생에너지로 대체 시키는 것이다.
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