3E기반 국가주도 중장기개발계획 수립, 기술개발 보급에 총력
21세기, 산업경쟁력 강화와 환경문제 해결의 키워드는 신재생에너지개발이다.’
선진외국들은 갈수록 심화되는 환경오염과 자원고갈 문제를 극복하기 위해 신재생에너지개발에 박차를 가하고 있다.
햇볕의 열이나 힘을 이용하는 태양광과 태양열을 비롯, 연료전지, 바이오, 풍력발전개발을 본격화하고 있다.
전문가들은 미래 신재생에너지로 불리는 대체에너지는 고갈의 우려성이 없고 무엇보다도 우리 인류의 생존을 최후까지 보장할 수 있는 유일한 청정에너지원이라며 그 중요성을 강조하고 있다.
석유파동과 기후변화협약 대응이라는 두 가지 현안 앞에서 선진국들은 기존의 공급중심에너지정책에서 탈피, 경제-에너지-환경을 통합하는 이른바 3E정책으로 국가주도의 중장기개발계획을 수립하고 있다.
이를 바탕으로 에너지절약이용효율향상과 신재생에너지개발 및 이용확대시책을 적극 추진하고 있는 것이다.
◇선진국의 신재생에너지 기술동향
△일본=석유파동후 NEDO(신에너지·산업기술 종합개발기구)주도로 Sunshine(신재생에너지)과 Moonlight(에너지절약기술)프로그램을 추진해왔다.
90년대 들어 환경을 고려한 종합에너지 기술개발계획인 ‘New Sunshine(1993∼2020)’을 수립, 총 1조 5500억엔의 규모가 투입될 전망이다.
지구환경기술개발을 통합하여 에너지·환경문제의 동시해결을 목표로 한 뉴선샤인 계획의 추진형태는 3가지.
첫째는 혁신적인 기술개발사업을 추진한다는 것이다.
지구온난화 방지 실천계획 수행을 위해 절대적으로 필요한 기술을 개발한다는 구상이다.
지구살리기 계획을 추진하는데 있어 경쟁형태를 갖추기 위해 국제대형기술분야는 공동연구를 추진한다는게 두 번째 전략이다.
세 번째는 개발도상국가와 적정기술을 공동으로 연구할 계획이다.
기반기술이 확립된 기술분야중 개발도상국의 여건에 적합한 기술을 보급하기 위해 개발도상국과 공동으로 연구를 추진한다는게 일본측의 복안이다.
에너지기술관련 핵심 촉진분야는 △화석연료를 고도로 이용한 연료전지와 세라믹 가스터빈 △에너지 수송·저장과 관련한 초전도 전력응용기술 및 분산형 전지전력 저장기술을 비롯 △태양광, 태양열, 바이오 등 신재생에너지 등을 꼽을 수 있다.
△미국=86년부터 ‘Clean Coal Technology Program’추진과 더불어 92년 국가에너지전략을 수립해 종합적인 기술개발을 추진해오고 있다.
그 일환으로 93년 11월에는 환경보호를 위해 에너지부문의 기술개발에 중점을 둔 ‘기후변화실천계획’을 수립, 1994∼2000년까지 7년동안 50조원을 투입해 기술개발속도를 가속화하고 있다.
98년에는 정부의 종합적인 국가에너지전략이 확정됐다.
종합에너지전략은 △신에너지기술의 보급 △공급의 안정적확보 △환경친화성 제고 △미래 에너지원의 선택폭 확대 등을 주요내용으로 담고 있다.
△유럽연합=신재생에너지사용 비중을 96년 총에너지사용량의 6%수준에서 2010년에는 12%로 끌어올린다는 계획이다.
이에따라 97년에는 CO₂배출량을 2010년까지 90년에 비해 15%를 감축한다는 강력한 정책목표를 채택한바 있다.
신재생에너지 개발과 관련된 프로그램은 3가지.
대체, 청정, 절약기술개발 프로그램인 JOULE은 비핵에너지기술개발 연구로서 에너지와 환경의 상호연관성을 고려한 에너지의 공급안정에 목적을 두고 있다.
THERMIE의 경우 에너지기술의 시범, 실증 및 보급확산이 핵심 목적이다.
또한 ALTHNER프로그램을 통해 신재생에너지의 활용증진으로 CO₂배출량 저감을 적극 유도하고 있다.
△중국=국가기획위원회(SPC), 과학기술위원회(SSTC), 경제무역위원회(SETC) 주도로 95년부터 신재생에너지 개발프로그램을 시행해오고 있다.
변환효율 향상 및 저가화를 통해 보급을 촉진한다는 목표아래 2천년까지 선진국수준으로 기술확보 및 보급을 추진하고 2010년까지 대량생산체계를 구축, 3억9천만TOE를 보급할 예정이다.
중점과제로는 태양열을 이용, 중고온 및 태양열 냉난방 시스템을 개발하고 태양광을 통해 저가의 고효율 결정질 실리콘 태양전지를 개발하는 한편 고효율 연료화와 가스화 기술개발의 상업화가 가능한 바이오에너지를 적극 발굴한다는 것이다.
◇기술 분야별 동향
△태양열=태양에너지는 다른 에너지원에 비해 공급량이 무한하고 무공해 청정에너지라는 점에서 모든 분야에서 이용이 가능한 장점이 있다.
그러나 단위면적당 밀도가 적고 계절, 시간, 지역별 또는 날씨에 따라 이용가능하기 때문에 에너지량의 변화가 커서 이용범위가 제한되는 실정이다.
이외에도 태양열로 고온의 증기를 발생시켜 발전을 하거나 태양열을 모아 용광로 등에 이용하는 기술도 미국, 일본, 유럽 등 선진국에서 개발중에 있으나 경제성이 없어 실용화는 되지 않고 있다.
현재 미국의 경우 120만호에 태양열 건물이 보급됐고 일본은 약 5백만기의 태양열 온수기가 보급된 상태다.
△태양광=태양광발전은 태양빛이 반도체 PN접합으로 구성된 태양전지에 입사되면 광기전력(Photovoltaic effect)에 의해 기전력이 발생, 이때 외부에 접속된 부하에 생산된 전력을 직접 이용하거나 축전지에 지정해 필요시 이용하는 기술.
이 발전은 기계가동 부분이 없기 때문에 소음과 진동이 없는 청정에너지로서 이용가능한 분야가 많다는게 특장점이다.
단, 기술이나 태양전지 가격이 비싸 초기 투자비가 많이 들어 경제성이 약한 것이 단점이다.
전세계 태양전지 생산량은 연간 90MW정도로 연 15%씩 증가하는 추세지만 수요처에 비해 공급이 딸리는 형편이다.
현재 미국의 EPRI가 변환효율 25∼28%를 시현, 상업화 단계에 있다.
△풍력=바람으로 풍차날개를 회전시켜 전기를 생산하는 기술이다.
풍력발전은 90년대 들어 대형화되어 경제성 있는 MW급 풍력발전 시스템이 개발되고 있다.
미국, 유럽, 중국, 인도 등에서 대규모 풍력발전단지를 건설중에 있어 대체에너지원중 가장 빠르게 보급량이 확산되고 있는 추세다.
98년말 현재 전세계 풍력발전 용량은 8,120MW이며 연간 1,200MW정도가 유럽, 아주지역을 중심으로 증가하고 있다.
미국의 경우 91년 캘리포니아주에 총용량 1,620MW규모(15,500대)의 풍력 발전 단지를 건설, 운영중에 있으며 덴마크도 MW급 대형풍차를 개발완료했다.
△바이오=바이오에너지는 모든 유기성폐기물을 에너지원으로 활용할 수 있는 기술이다.
유럽, 일본, 미국등은 축산폐기물등 유기질 폐수를 혐기성 처리하며 이때 발생하는 메탄가스를 이용하는 기술이 축산농가와 오·폐수처리장, 주정공장, 식품공장등에 상용화돼있다.
바이오에너지는 수송용 알코올 제조에도 유용하게 쓰인다.
미국, 브라질은 폐목이나 옥수수등을 이용해 바이오 알코올 공정을 건설, 각각 38억㎘, 120억㎘의 연료용 알코올을 자동차 연료등에 이용하고 있다.
최근에는 선진국에서 쓰레기 매립에서 발생하는 가스(LFG=Land Fill Gas)를 이용하는 기술개발도 추진되고 있다.
△연료전지=물의 전기분해 역반응을 이용, 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 연료가 지닌 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전장치.
열역학적인 제한을 받지않기 때문에 발전효율이 기존장치보다 10∼20% 높다.
특히 무공해, 무소음 장치로서 공해가 거의 없을 뿐만 아니라 다양한 용량으로 제작이 가능해 21세기의 새로운 첨단 발전기술로 기대되고 있다.
미국이나 일본은 막대한 연구비를 투자, 기술이 상용화 돼있으며 우리나라도 중점기술개발과제로 지원하고 있어 2000년에는 빌딩이나 공장을 중심으로 소형 열병합 발전용이나 가정용, 차량용 PC등에 이용가능한 초소형이 확대보급될 전망이다.
△석탄액화가스화 복합발전=석탄의 주성분인 탄소에 수소를 첨가, 가연성 가스를 제고하고 이를 연소시켜 발전하는 ‘석탄가스화복합발전기술’과 석탄에 수소를 첨가, 액체연료를 제조하는 ‘석탄액화기술’이 있다.
고효율이면서 환경보전성이 우수한 이 기술은 현재 미국, 독일, 일본 등에서 일부 실증플랜트를 시험운전하여 상용화를 추진하고 있다.
〈김은경 기자>
(기고)
21세기 신재생 에너지기술개발과 이용발전
이인영처장(에너지관리공단 R&D 본부)
인류가 불을 이용할 줄 알면서부터 문명의 발전이 시작되었다고 할 수 있으며 처음에는 단순한 취사나 난방에 이용하던 불을 차츰 생활용구 등을 가공 제작하는 등 여러 분야에 활용하면서 청동기, 철기문화가 꽃을 피우게 되었다.
18C말 석탄을 이용하는 증기기관의 발명으로 시작된 산업혁명 이후 에너지는 인류생활에 가장 기본적인 원동력이 되었으며 석탄에 이어 석유와 가스의 채굴·이용기술의 발달에 따라 단순한 에너지 이용 이외의 석유화학공업이 발전하게 되었고 그 결과 현대사회에서는 에너지가 의식주는 물론 정보통신이나 생명공학·우주산업 등 다양한 분야에서 필수적으로 이용됨으로써 복잡·다양한 사회구조에서도 편리하고 풍요로운 생활을 가능하게 하는 가장 중요한 자원으로 인식되고 있다.
이와 같은 현대 문명사회를 영위하기 위해서는 석탄·석유·가스등 엄청난 양의 화석에너지사용이 전제가 되어야 가능한 것이며 우리나라의 경우 단기간에 급속하게 경제개발을 추진함에 따라 에너지 해외의존도가 1960년대 10% 미만에서 현재 97% 이상으로 높아져 연간 200억불 이상의 에너지를 해외에서 수입 사용함으로서 경제·환경·사회적으로 많은 문제가 야기되고 있는 실정이다.
이로 인한 에너지 공급의 불안정, 국제유가 급등으로 인한 국제무역 수지부담, 기후변화협약에 따른 CO₂발생억제 압력과 에너지환경설비 증설의 어려움 등으로 그 어느 때보다도 화석에너지 사용을 줄일 수 있는 정책이 강구되어야 할 때이다.
이러한 여건하에서 에너지절약 기술개발과 에너지저소비형 산업구조, 에너지이용기기의 효율적 이용을 위한 에너지이용합리화사업의 확대 추진과 함께 무한한 양과 환경오염 걱정이 없는 태양열이나 태양광 또는 풍력, 수력, 바이오, 해양, 지열에너지같은 자연에너지와 연료전지, 수소, 폐기물, 석탄의 액화·가스화 등의 저공해 재생에너지 등 신재생(대체)에너지기술의 개발과 이용확대는 21세기의 에너지정책 중 가장 중요한 해결과제라고 생각한다.
대체에너지기술에 대한 개발과 이용확대의 중요성은 인식하면서도 개발된 기술의 상용화와 이용량의 획기적 증가가 안되고 있음은 안타까운 일로 정부와 관련업체, 연구기관, 사회단체 등이 다음과 같은 문제해결을 위해 힘을 모아 노력해야 가능할 것이다.
첫째, 정부나 기업에서 기술개발투자비를 대폭적으로 확대 지원하여 다소 무모한 기술이더라도 안정적으로 기술개발에만 몰두할 수 있는 여건이 되어야 할 것이다.
대체에너지이용기술은 오랜 연구기간과 많은 투자비가 필요한데 비해 상용화까지의 성공 가능성은 낮음에도 불구하고 에너지, 경제, 환경 등 파급효과가 큰 점을 감안하고 경쟁력 있는 미래의 에너지를 확보하기 위해 세계각국은 지속적으로 투자를 확대하고 있는 것이다.
둘째, 기술개발결과를 적용하여 실증규모의 이용시설을 건설하고 운전연구를 함으로써 기술의 문제점을 개선하고 운전기법을 확립하며, 기술의 규격화와 기술인증 업무도 담당하고 개발기술에 대한 국민적 신뢰도를 제고할 수 있도록 교육홍보도 겸할 수 있는 대체에너지실증연구 단지의 건설·운영이 필요하다.
그렇게 함으로써 누구나 쉽게 대체에너지 기술을 접근하고 이해해 상용화와 이용확대는 물론 외국기술의 수입억제나 개발기술의 수출확대에도 기여할 수 있을 것이다.
셋째, 대체에너지 이용자가 경제성을 확보할 수 있도록 각종 지원제도를 확대해 나가야 하겠다.
선진국은 물론 동남아 국가에서도 태양광 발전이나 풍력 등의 대체에너지이용시설 설치시 보조금과 함께 장기 저리의 정책금융을 지원하면서도 각종 세금을 감면하고 발전한 전력을 고가로 매입하는 등 경제성이 확보될 수 있는 수준까지 지원을 확대하여 이용확대를 유도하고 있는 실정이며 우리도 이와 같은 정책이 빨리 시행되어야 할 것이다.
넷째, 대체에너지 이용을 경제적 측면 이외에도 에너지자원의 유한성이나 환경·교통·지역문제 등과 함께 생각하는 국민적 공감대 형성이 필요하다.
21세기에는 아무리 많은 돈을 주고도 화석에너지를 마음대로 쓸 수 없는 국제적 여건이 되어가고 있음을 모두가 이해하고 대체에너지 이용비중이 높은 전력은 비싼 가격으로 판매하는 미국의 Green Price제도같이 에너지이용자가 더 많은 비용을 부담하더라도 친환경적인 에너지를 이용할 수 있도록 언론이나 사회단체 등의 노력이 더 필요하다고 생각한다.
이와 같은 여건이 조성되면 21세기에는 모든 분야에서 대체에너지의 이용이 가능할 것인 바 예를들면 무공해 태양열광을 혼합, 이용할 수 있는 기와나 타일, 창문 등 건축자재가 개발 이용됨으로써 외부 에너지의 공급이 필요없는 에너지 자립형 건물에서 전력과 냉·난방문제를 스스로 해결할 수 있을 뿐만 아니라 첨단 시설농업 등 태양에너지로 중·고온에너지를 얻어 각종 산업에 다양하게 활용될 것이다.
물과 자연에너지만을 이용하여 생산되고 연소 후 다시 물로 환원되는 무공해 수소에너지 사용이 일반화되어 연료전지와 함께 산업이나 수송·가정용 에너지를 대부분 대체하게 될 것이다.
또한 가정과 공장에서 발생되는 각종 쓰레기나 오·폐수가 바이오에너지나 RDF 등 에너지자원으로 이용되고 연소재같은 2차 폐기물도 건자재 원료로 활용됨으로써 쓰레기 매립장 문제나 하천오염 문제가 근본적으로 해결될 수 있을 것이다.
반도국가인 우리나라 해안선이나 산간지역에는 바람을 이용하여 전기를 생산하는 풍력 발전기가 수없이 설치되어 장관을 이루고 대규모 조력·풍력발전소가 건설되어 화력발전소나 원자력발전소는 20C 이전의 선조들이 쓰던 역사적 유물로 전락될 수도 있을 것이다.
새천년에는 이와같은 일들이 모두 실현되어 우리나라도 에너지100% 자립국가로서 에너지·환경문제가 완전해소될 수 있는 날이 꿈이 아닌 현실로 다가올 수 있기를 기대해 본다.
(기고)
21세기 대체에너지개발을 위한 우리의 과제
21세기의 에너지 미래는 지금 우리가 걸어온 에너지의 발자취와는 또 다른 새로운 변화를 몰고 올 것이 예상된다. 화석연료의 매장량 한계로 고갈위기, 가격폭등, 공급중단 등 에너지 위기가 조성되고 있는데다 기후변화협약에 따른 화석에너지의 사용제한이 가시화되고, CO₂에 의한 지구온난화 방지 등이 새로운 국제 이슈로 등장되고 있기 때문이다.
그럼에도 불구하고 화석에너지를 대체할만한 경제성 있는 대체에너지원은 별로 많지 못한 반면 지속적인 경제성장으로 오히려 미래에너지 수요는 크게 증가할 것으로 전망되고 있어 화석 에너지 가격의 상승은 불을 보듯 뻔하다.
99년 초 두바이산 원유가 배럴당 ＄10하던 것이 '99년말 $25대로 오르내릴 수 있는 것도 바로 이를 반영하는 증거라 하겠다.
1987년 대체에너지 개발 촉진법 제정이후 '88년부터 '98년까지 11개 대체에너지 분야에 1,378억원(정부지원)의 기술개발 자금이 투자지원된 바 있다.
이로인하여 대체에너지 전문인력 양성 및 기술수준 향상으로 선진국과의 기술격차를 줄이는데 기여했고 더 나아가서는 사업초기 대학, 연구소 중심의 기초연구 위주에서 민간 기업의 점진적인 참여 증대로 실용화 기반을 구축하는데 크게 기여했다는 평가를 받고 있다.
'98년도까지 실용화보급된 대체에너지는 태양열, 태양광, 바이오메스, 폐기물에너지, 소수력 그리고 풍력등 6개 분야이며 그 공급비중은 총에너지 사용량의 1%(1,715천toe)이다. 이중 폐기물에너지가 90% 이상을 점유하고 있는 것은 앞으로 계속 풀어나가야 할 숙제이다.
위의 6개 분야중 개발완료되어 상용화 된 대체에너지는 2∼3개 분야에 불과하고 대부분 시범사업화 수준에 머물러 있을 정도이다. 이것이 20세기까지 공들여 왔던 우리의 대체에너지 기술개발의 현주소이다.
그러나 21세기 앞에선 우리의 모습은 선진 외국이 걸어온 모습과 비교해보는 일에 소홀해서는 안된다. 가까운 일본을 보면 1차 석유파동후 Sunshine계획(에너지이용 효율향상 및 절약기술)까지 확대하였으며, 90년대 들어 기후변화협약후 환경을 고려하여 두 계획을 통합한 종합 에너지기술개발계획인 `New Sunshine계획(1993년 ∼2020년)'을 수립·추진(1조 5,500억엔 투자)해오고 있다.
미국은 86년부터 ‘Clean Coal Technology Program’추진 및 '91/'92국가 에너지 전략을 수립하여 종합적인 기술개발 능력을 확보하는데 주력해왔으며 '98년 11월 Clinton행정부는 환경보호를 위해 에너지부문의 기술개발에 중점을 둔 기후변화 실천계획(1994년∼2000년)을 수립하여 운영하고 있다.
유럽연합은 '96년 총에너지중 대체에너지 사용비중을 6%에서 2010년에 12%로 확대하는 거대한 목표를 수립해 놓고 있다.
'97년에는 CO₂배출량을 2010년까지 1990년 수준대비 15%를 감축하도록 하는 정책목표를 채택했으며 JOULE(대체, 청정, 절약기술개발), THERMIE(시범 및 실증사업), ALTENER(대체에너지기술을 통하여 CO₂저감)프로그램을 수립하여 EU공동으로 추진해 오고 있다.
다시말하면 선진외국의 경우 21세기형 에너지로 신·재생대체에너지를 주종에너지로 지목해 놓고 있는 셈이다. 예를 들면 석유 등 화석에너지에 고갈신호가 올때면 이에 긴급히 대처하는 방안으로 오일샌드, 탈샌드, 오리멀젼 등의 대용석유자원이 준비되어 있고 그것마저 고갈될 경우 태양, 물, 바람 등의 자연에너지를 여러 가지 형태의 에너지로 변형할 수 있도록 기술준비를 갖추고 있으며 물과 대기의 온도차를 이용하는 하천수열, 해수열, 하수열, 그리고 공기차를 이용하는 지하철 및 지하상가의 배기열을 이용하는 미활용에너지도 꾸준한 기술개발로 실용화의 기회만 엿보고 있다.
우리정부는 그 동안 경제성장(Economic growth), 에너지안보(Energy Security), 환경보전(Environmental Preservation)의 세 마리 토끼를 한번에 잡기 위하여 부단한 노력을 경주해 왔던 것이 사실이다. 그러나 그러한 해결책을 단번에 실행하기란 어렵고, 그 대안으로 지속가능개발(Sustainable Development)이란 기치아래 에너지의 효율적 사용과 비화석 연료공급 촉진으로 3E의 조화를 시도하는 길을 모색해오고 있다.
이러한 바탕위에서 정부가 취해야 할 미래의 에너지 정책방향은 ①공급안정적 ②비용효과적 ③환경친화적 ④고효율 기술집약적 ⑤인간친화적인 신·재생 대체에너지 개발 및 이용에 주력하는 것이다.
이러한 정책목표하에서 실천해야 할 수단은 대략 4가지를 제시할 수 있다.
①기술개발 ②기술하부구조 확충 ③이용·보급 촉진 ④시장활성화이다.
그러나 이러한 수단은 단독 플레이로는 곤란하고 상호 조화되고 통합운영될 때 비로서 시너지효과를 발휘할 수 있게 된다.
21세기를 맞이하여 신·재생에너지개발을 위한 우리자세는 중·장기외 단기로 나누어 생각해 볼 수 있겠다. 전자를 위하여는 비교우위성이 있고 성공가능성이 높은 신에너지, 고부가가치형, 그리고 인간 및 환경친화적 신·재생대체에너지 기술개발에 집중하는 것이다.
특히 기후변화협약상의 중요한 정책수단인 청정개발체제(CDM)에서 효율향상 기술 및 대체에너지기술은 향후 선·후진국간에 추진할 수 있는 공동사업(기술 이전^보급확대)으로 중요성이 크게 부각되고 있어 이를 적극 활용할 수 있는 장치를 마련해야 한다.
대체에너지기술은 특성상 기술개발에 장기간이 소요되는 점을 고려하여 기술개발 기본계획에 따른 장기안정적인 기술개발자금을 확보하여 지속적인 지원이 이루어지도록 보장할 필요가 있다. 후자를 위하여는 현재 산업구조가 에너지다소비형 장치산업위주로 형성되어 있음을 감안하여 에너지기기효율성을 높이고 낭비되고 있는 미활용에너지부문의 기술개발을 통하여 기존자원을 최대한 활용하는 틀을 마련하는 쪽으로 가닥을 잡아가야 한다.
신·재생대체에너지는 환경 및 인간친화적 에너지이고 계속적인 기술개발로 비용 효과적인 에너지로 활용될 가능성이 높아 기존 화석연료의 고갈이후 미래에너지의 주역으로 그 역할을 충분히 담당할 수 있을것으로 기대된다.
이에 대비하여 민·관·학·연 간의 실질적인 협력과 에너지산업의 기술을 한곳에 집중할 때만이 지금 우리가 겪고 있는 에너지 및 경제위기를 단숨에 극복하고 밝은 새천년을 열 수 있겠다.
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