울산은 우리나라 최대의 공업도시이자 에너지 집적 도시다.

이 곳에는 국내 최대 정유단지와 화학플랜트, 현대자동차 등의 산업시설이 자리잡고 있으며, 한편으로는 울산과기대(UNIST)에서 태양전지 소재 등 다양한 신재생에너지 관련 연구가 활발히 진행 중이다. 또 울산시에서도 에너지 분야에 깊은 관심을 갖고 공해도시에서 탈피해 그린에너지 기술 보급의 중심 도시가 되기 위한 다각도의 노력을 기울이고 있다.

이 같은 사실에 주목한 한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 울산에 차세대전지원천기술센터를 설립한 데 이어 오는 2015년 분원급을 새로 설치해 그린 에너지 연구를 본격화 할 예정이다.

에스오일 울산 공장이 원유 정제과정에서 배출되는 부생수소는 시간 당 6만 7000루베.

이는 수소연료전지 자동차 25만 대를 1년 동안 운행할 수 있는 수치이며, 발전소 기준으로는 120만 ㎿에 해당한다.

그런데 울산시 전체에서 배출되는 부생수소는 시간당 120만 루베로, 우리나라 전체 발생량의 2/3에 해당하며, 이는 전 세계 부생수소 생산량의 3%를 차지하는 어마어마한 규모다.

부생수소는 원유로 플라스틱 등 합성수지를 만드는 과정에서 주로 생산된다. 부생수소 중 일부는 열로 회수하거나 원유 정제 공정에 사용되기도 하지만, 상당부분은 버려진다.

수소연료전지 상용화 연구가 활발해지면서 수소 공급이 새로운 화두로 떠오르고 있는데, 우리나라는 이미 수소가 충분한 것이다.

이 같은 사실에 주목한 울산시는 공장에서 발생한 부생수소를 직접 파이프라인으로 공급하는 체계를 구상 중이며, 에너지연 울산센터도 이에 주목하고 있다.

◆태양전지와 이차전지

태양전지와 이차전지는 발전 비용이 비교적 고가임에도 그 활용성 측면에서 신재생에너지의 일정 비율을 담당하는 중요 에너지원이다.

태양전지는 현재 널리 사용 중인 박막태양전지와 차세대 GIGS 태양전지, 3세대로 일컬어지는 유기연료감응태양전지 등이 연구되고 있다.

에너지연 울산센터는 아직까지 높은 태양전지의 단가를 낮추는 원천 소재분야 연구에 집중하고 있다. 태양전지가 비싸다고 하지만, 한 번 설치하면 20년 이상 저렴하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

만약 15% 효율의 태양전지를 고비사막 전체 면적에 설치할 경우 전 세계 에너지 생산량과 대등한 것을 물론 생산된 에너지를 직접 사막 녹지화에도 사용할 수 있다.

이 같은 태양전지의 가치 때문에 세계 연구팀은 태양전지의 단가 절감을 위한 소재 개발에 열중인 것이다.

에너지연 울산센터는 태양전지의 핵심 부품인 고가의 실리콘 웨이퍼를 보다 얇게 만들어 가격을 낮추는 연구를 진행 중이다.

이정철 에너지연 차세대전지원천기술센터장은 “현재 실리콘 웨이퍼 두께를 기존의 1/4 수준으로 줄이는 연구가 진행 중”이라며 “향후 4년 이내 기술적 완성이 실현돼 태양전지 단가를 크게 낮추게 될 것”이라고 전망했다.

◆새로운 에너지 개척, 베타전지

최근 미국의 화성탐사 로봇의 활동이 화제가 됐다.

고온과 초저온이 교차하는 극한의 환경에도 불구하고 설정된 한계 이상의 임무를 수행한 화성탐사 로봇의 비밀에는 태양전지와 함께 베타전지라는 신기술이 숨어있다.

베타전지는 원자가 붕괴할 때 발생한 방사선 중 베타선이 특정 소자와 충돌해 전기를 만드는 원리를 이용한 것이다.

방사선에는 알파·베타·감마선이 있는데, 이중 베타선은 종이 한 장으로 차폐될 정도로 안전하다.

때문에 베타전지의 원료는 이 세가지 방사선 중 베타선만 방출하는 특수 원료를 개발하는 것이 관건이다.

이 물질은 100년 내외의 반감기 동안 계속해서 베타선을 방출하는데, 이는 곳 발전 가능한 기간과 동일하다.

베타전지는 극한 환경에서 작동할 수 있으면서도 오래 사용할 수 있는 장점이 있어 모 기관의 미래 7대 기술 중 하나로 꼽히기도 했다.

그러나 베타전지 연구는 전 세계적으로 초기 단계에 머물고 있으며 미국 등 극히 일부 국가만 잠수함 동력 실험을 위한 군사용이나 인공심장 박동기와 같은 의료용 등 한정된 분야에서 사용 중이다.

베타전지 개발의 가장 큰 난제는 소제와 효율성, 가격이다.

우선 베타선만 나오는 물질을 개발하고, 이를 소자기술과 결합해 표면적을 넓게 펴서 효율성을 높여야 한다.

에너지연 울산센터는 이와 관련해 휴대폰 크기의 베타전지 개발을 검토 중이다.

이 센터장은 “베타전지는 아직 기초연구 단계로 개선할 것이 매우 많으며, 결국은 소재 싸움이 될 것”이라며 “앞으로 5년 이내에 휴대폰에서 사용할 수 있는 베타전지 개발을 목표로 하고 있다”고 밝혔다.