바람, 태양으로 '에너지 보물 만드는 현대의 연금술 기대

인류에게 가장 소중한 것이 있다면, 그것은 바로 에너지다.

에너지는 의식주와 같이 인간 생존의 가부를 결정짓는 최소한의 필요 요소이자, 잘 살고 못 사는 정도를 가늠하는 삶의 질 척도의 충족 요건이 되기도 한다.

이처럼 우리 생활의 원천이 되는 에너지에 대한 패러다임이 최근들어 급변하고 있다.

지금까지 값 싸고 편리하게 사용하던 에너지는 최근 자원의 고갈과 환경 논란 등 그 한계를 드러내고 있다. 이에 따라 세계 각국은 지금까지 진행된 화석연료 기반 에너지 공급에서 탈피하는 전혀 새로운 에너지 시스템 개발의 필요성에 따라 대안을 마련 중이다.

◆ KIER가 만드는 에너지 보물

한국에너지기술연구원(KIER, 이하 에너지연)은 미래 국가 성장동력의 원천이 될 에너지 보물을 만들고 있다. 개중에는 제법 대중에 알려진 것도 있지만 아직 드러나지 않은 보물들이 더 많다.

에너지연은 이미 ‘신재생에너지 보급률 향상’, ‘온실가스 감축률 제고’, ‘에너지 효율 향상’, ‘석유 의존도 감소’ 등 4대 R&D(연구개발) 전략목표를 수립하고, 미래 성장 잠재력이 높은 융합연구를 중심으로 각 분야 6대 중점 연구영역, 7대 전략기술을 선정해 연구를 진행 중이다. 이의 밑바탕이 되는 기술들이 바로 우리의 미래 에너지를 책임질 보물이 되는 것이다. 에너지연이 개발 중인 미래 에너지 기술은 크게 신재생에너지 분야와 고효율 청정에너지 분야로 구분할 수 있다.

◆ 신재생에너지 분야

△풍력발전 제어=풍력발전은 청정 에너지원의 대표 주자 중 하나로, 신재생에너지 가운데 상대적으로 쉬운 사용화와 높은 효율성이 장점으로 꼽힌다.

이 같은 사실에 주목한 에너지연은 이미 육상풍력발전에 이어 해상풍력발전까지 그 영역을 확대 중인데, 여기에서 중요한 것 중 하나가 실제 바람 변화에 따라 풍력발전기의 운동을 제어하는 기술이다.

에너지연은 풍력발전기 제어 시뮬레이터를 개발, 사전에 핵심 부품인 증속기와 베어링 등의 역학적 특성을 분석함으로써 풍력발전기 개발 소요 시간과 비용을 절감시키고 있다.

△CIGS 박막 태양전지=무한 에너지원 중 하나인 태양을 활용하는 방법 중 CIGS 박막 태양전지는 변환효율이 17%에 이르는 고효율성을 자랑한다.

에너지연은 이미 지난 2007년 CIGS 박막 태양전지 기술을 개발하고 후속 연구를 진행 중이다. CIGS 박막 태양전지는 건물일체형 태양광 시스템(BIPV)에 적합하고, 유리 대신 금속필름을 기판으로 사용하면 자유자재로 변형이 가능해 휘어지는 태양전지도 구현할 수 있다. 에너지연은 본원은 물론 제주신재생글로벌에너지센터의 건물에도 이 기술을 적용해 실제 에너지를 생산하며 효율을 더욱 높이고 있다.

△태양열 에너지 활용 기술=태양은 빛 에너지와 함께 높은 열 에너지를 갖고 있는데, 이를 이용하는 것이 태양열 기술이다. 이 기술은 추적식 반사판을 이용해 모은 태양열로 터빈을 돌려 전기는 물론 청정 에너지 수소를 생산할 수 있다. 이를 위해서는 태양광을 1만 배로 모아 2200℃ 이상의 고온을 만들어야 하는데, 에너지연은 이 기술을 아시아에서는 최초로, 세계에서는 5번째로 개발했다.

이 밖에도 에너지연에는 저렴한 생산가가 특징인 ‘프린터블 실리콘 태양전지’, 태양열과 지열로 100% 냉난방을 이루는 ‘하이브리드 패키지형 시스템’, 고분자 연료전지의 기반이 되는 ‘탄화수소기반 전해질막’, 태양열 흡수기용 ‘탄소섬유-탄화규소 허니컴 복합소재’ 등 신재생에너지 관련 각종 기술을 연구개발 중이다.

◆고효율청정에너지 분야

△석탄으로 석유를 만든다=석탄과 석유는 그 구성이 탄소와 수소로 이루어져 매우 유사하다. 때문에 석탄을 1000℃ 이상의 고온에서 가스화시켜 합성석유를 만드는 기술 개발이 세계 각국에서 진행됐는데, 에너지연도 이 기술을 성공시키며 새로운 가능성을 제시했다. 이 기술은 원유 수입으로 인한 무역수지 불균형 해소는 물론 국가 에너지 안보에 필수적인 석유를 일정부분 확보할 수 있다는 점에서 특히 그 의미가 높다.

△온실가스 잡아먹는 KIERSOL=선진국을 중심으로 지구 온난화의 주범으로 지목된 이산화탄소 배출 규제 움직임이 강화되면서 CCS(이산화탄소포집) 관련 기술이 주목받고 있다. KIERSOL은 이산화탄소를 흡수하는 물질로, 에너지연은 지난 2006년 개발한 우리나라 최초의 포집 소재다.

KIERSOL은 연소 후 가스 중 이산화탄소만 선택적으로 포집할 수 있고 비용도 적게 들어, 석탄화력발전소나 제철소 등 이산화탄소 대량 발생 산업단지 등에서 그 역할이 기대된다. KIERSOL은 연소배가스 중 선택 포집한 뒤 재생 공정을 거쳐 이를 다시 분리한 후 재생을 거쳐 다시 흡수 공정을 할 수 있기 때문에 그 활용 가능성이 특히 높다.

△석탄에도 등급이 있다=발전 등을 위해 석탄을 전량 수입하는 우리나라는 갈수록 국제 시장에서 고품위 석탄을 구하기 어려워지면서 저등급 석탄 도입 비중을 높이고 있다. 에너지연은 질이 낮은 석탄의 열량을 높여 발전소에서 안정적으로 활용할 수 있는 저등급석탄 고품위화 기술을 독자 개발해 국내 에너지 효율 향상에 일조하고 있다. 저등급 석탄의 열량과 효율을 높일 경우 500MW 발전기 1기당 연간 석탄 운송비 50억 원, 석탄 사용비 300억 원 등을 절감할 수 있고, 발전효율은 2.5% 증가시키는 반면 이산화탄소 발생량을 10% 감소시켜 1석 3조의 효과를 거둘 수 있다.

이 밖에 고순도 수소 정제 기술과 연소 전 이산화탄소 포집공정 등 고효율청정에너지 생산을 위한 에너지연의 노력은 계속되고 있다. 홍종철 에너지연 미래전략정책부장은 “에너지연은 치밀한 분석으로 기존 에너지의 효율을 향상시키는 연구와 신재생에너지 관련 연구를 동시에 진행해 에너지에 대한 종합적 대비를 마련하고 있다”고 밝혔다.