호주, 재생에너지 슈퍼파워 노린다[부상하는 호주](2)
“전 세계 태양광 모듈의 90% 이상이 퍼크(PERC) 기술을 채택하고 있죠. 이곳에서 개발한 기술입니다. 태양광 시장을 꽉 잡고 있는 중국 업체 중에도 이곳 출신들이 세운 회사가 많아요.” 지난 4월 15일 호주 시드니 뉴사우스웨일스대학(UNSW) 태양광산업연구시설(SIRF)에서 만난 알리스터 스프라울 교수의 말에서 자부심이 느껴졌다. 퍼크는 태양광 셀 후면에 보호막을 씌우는 방법으로 빛을 여러 번 재활용해 발전 효율을 크게 높인 기술이다. 이날 함께 만난 대니 알렉산더 UNSW 에너지연구소 최고경영자는 바나듐 레독스 플로 전지(VRFB)도 이곳 연구진이 개발했다고 덧붙였다. VRFB는 리튬이온전지를 대신해 초장기간, 대용량으로 전력을 저장할 수 있는 차세대 배터리로 평가받는다.
스프라울 교수가 이끄는 SIRF는 태양광 셀 연구개발 시설로 태양광발전의 첫 단계인 웨이퍼부터 마지막 단계인 셀과 모듈까지 모든 것을 생산할 수 있는 실험실을 갖추고 있다. 업계가 생산한 전 단계 생산품에 새 기술을 적용하는 데 초점을 맞춘다. 태양광 모듈과 셀의 효율, 불량 상태를 측정할 수 있는 이미징 검사 장비도 이 연구시설에서 개발했다. 더 값싼 대체 소재를 쓰면서도 발전 효율을 높인 차세대 태양광 전지 개발이 이곳 연구진의 목표다.
스프라울 교수는 “태양광 수요가 급증하면서 소재의 공급 문제가 불거질 수 있다. 일례로 태양광 셀이 만든 전기는 핑거(fingers)라는 선을 따라 전달되는데, 핑거의 주재료가 은이다. 전 세계에서 생산되는 은의 20%가 핑거 생산에 사용되고 있고, 앞으로 더 많이 필요하다. 또 하나 도전과제는 발전효율 향상이다. 현재 가장 높은 수준이 25% 정도인데, 이론상 태양광 효율은 80~90%까지 가능하다. 실리콘은 거의 이론적 한계에 다다랐다. 실리콘이 아닌 다른 소재로 그 너머의 가능성을 탐구하는 것이 이 연구소의 목적이다”라고 말했다.
■호주 발명품, 태양광으로 에너지 슈퍼파워 꿈꾼다
‘2050년 넷제로(탄소중립)’는 국제사회의 주요 목표가 됐다. 호주도 첫 단계로 2030년까지 온실가스 배출량을 2005년 대비 43% 줄이기로 했다. 유럽연합과 비슷한 수준으로 미국(50~52%), 중국(65%)보다는 약하지만 한국(2018년 대비 35% 감축)보다는 강한 목표다. 탈탄소가 상대적으로 쉬운 전력 분야에서 먼저 넷제로를 달성하려는 노력이 시작됐다. 호주는 2030년까지 전력의 82%를 재생에너지로 만들 계획인데 이미 상당한 진척을 보였다. 2023년 4월 28일 뉴사우스웨일스주 머스웰브룩에 있는 2GW 규모의 마지막 석탄화력발전소가 가동을 중단했다. 이곳의 발전소 부지는 태양광 제조 허브로 개발된다.
호주의 옥상 태양광 비율은 주택 3곳 중 1곳으로 세계에서 가장 높다. 평균 설치 규모는 2011년 2㎾에서 2023년 8㎾로 증가했다. 현재 호주의 옥상 태양광의 발전용량은 20GW에 이르는데 2054년까지 낮게 잡아도 3배 이상 증가가 예상된다. 값이 싸진 배터리를 결합해 태양광발전을 더 안정적으로 활용할 수 있게 되면서 옥상 태양광발전량은 급증할 것으로 전망된다. 스프라울 교수는 “2023년 전체 전력 생산 중 태양광 비율이 18%였다. 이중 11%가 주택의 지붕 태양광에서 왔다. 현재 호주 전력 생산의 약 40%가 태양광과 풍력, 수력 등 재생에너지로 이루어지고 있다. 서호주의 경우 이미 100% 재생에너지로 전력 생산이 가능하고, 호주 남부에선 옥상 태양광만으로 100% 전력 생산이 가능한 날도 있다”고 말했다.
옥상 태양광 확대엔 경제적 동기가 크다. 스프라울 교수는 “산업계는 내가 이런 말을 하는 걸 좋아하지 않지만 이제 보조금은 필요 없다고 생각한다. 설치비를 비롯해 여러 비용을 고려해도 내가 직접 생산해서 사용하는 것이 전력망에서 공급받는 것보다 3분의 1에서 4분의 1 수준으로 더 싸기 때문에 보조금을 지급하지 않아도 충분히 설치할 유인이 된다”고 말했다. 그는 자신의 집에도 10㎾ 용량의 태양광을 설치해 가정용 전기, 전기차 충전 용도로 사용하고 있다. 지붕 태양광이 없다면 한 해 2000호주달러의 휘발윳값과 2000호주달러의 전기료를 내야 했을 텐데 태양광 설치로 사실상 에너지 비용이 ‘제로’라고 했다.
호주의 모든 가정이 10㎾ 규모의 태양광을 설치했을 때 절약할 수 있는 돈은 매년 300억호주달러(약 27조1300억원·호주 전체 차량 대수 1500만대×2000호주달러)로 추정된다. 스프라울 교수는 “전적으로 수입에 의존하는 기름을 사지 않아도 된다는 점에서 무역수지 개선에 큰 효과가 있지만 기후변화에도 대응할 수 있고, 공기가 더 깨끗해질 수 있다. 도시를 사람들이 더 잘살 수 있는 공간으로 만들 수 있고, 아이들이 더 건강할 수 있다”고 말했다.
2022년 원유 수입에 약 1054억달러(약 144조원), 가스 수입에 568억달러를 쓴 한국이 에너지 자립·안보 측면에서 귀담아들을 말이다. 스프라울 교수는 “장기적으로 볼 때 재생에너지는 지구에 굉장히 좋고, 비용적으로도 굉장히 경제적이다. 원자력의 경우 폐기물 문제를 어떻게 해결할 지에 대한 고민이 있어야 한다. 오염이 됐을 때 누가 책임을 질 것인지의 문제도 있다. 재처리를 하지 않을 경우 핵발전 연료가 상당히 빠르게 소진될 것”이라고 말했다.
호주의 목표는 화석연료발전을 재생에너지로 교체하는 수준을 훨씬 뛰어넘는다. 풍부한 자원을 활용해 경제 성장과 신산업을 일궈내고, 그린 에너지 슈퍼파워가 되겠다는 것이다. 석탄과 천연가스를 수출하는 나라에서 케이블, 간접적으로는 수소를 활용해 재생에너지 전기를 수출하는 나라가 된다. 주요 수출품인 철광석 생산의 탈탄소를 이룬다. 녹색 철강, 녹색 알루미늄, 녹색 암모니아를 비롯해 재생에너지를 활용한 탈탄소 자원 수출도 염두에 두고 있다.
이 계획을 위한 가장 중요한 과제는 태양광 공급망 구축이다. 중국이 태양광 공급망을 꽉 쥐고 있는 한 호주의 탈탄소 계획이나 재생에너지 슈퍼파워가 되겠다는 야망은 사상누각일 수 있다. 중국은 폴리실리콘(세계시장 점유율 91.4%), 잉곳·웨이퍼(98.5%), 셀(90.6%), 모듈(84.7%) 등 태양광 공급망의 전 단계를 지배하고 있다. 중국 의존도를 낮추기 위해 호주 정부는 지난 3월 28일 ‘솔라 선숏(Solar SunShot)’ 계획을 발표했다. 10억호주달러(약 9000억원)를 투입해 호주에 태양광 공급망을 구축하는 게 목표다. 모듈 생산만이 아니라 폴리실리콘과 잉곳, 웨이퍼, 모듈 조립을 비롯해 태양광 공급망 전반을 포함한다.
학계, 산업체가 함께 작성한 ‘실리콘에서 태양광으로’라는 이름의 보고서가 솔라 선숏의 계기가 됐다. 이 보고서는 국내 공급망 확보가 태양광 부품을 안전하게 확보할 수 있는 방편일 뿐 아니라 지역에 일자리를 만들고, 민간 투자를 늘리고, 잠재적인 수출 기회를 만들어내는 장점이 있다고 강조했다. 앤서니 앨버니지 호주 총리는 솔라 선숏 계획을 발표하면서 “호주는 호주의 발명품을 기반으로 구축된 글로벌 공급망의 마지막 연결 고리여서는 안 된다”면서 “석탄발전소의 노동자들이 고임금의 안전한 일자리에 계속해서 고용될 기회를 찾아야 한다”고 말했다. 알렉산더 CEO가 “깨끗하면서도 적정한 가격으로 접근할 수 있고, 신뢰할 수 있으면서 평등하고 차별이 없어야 한다는 에너지전환에서의 네 가지 도전 과제를 해결하는 데 연구소의 목적이 있다”고 밝힌 것과 비슷하다.
■수소연료전지 기반 드론으로 헬기 대체
태양광과 풍력은 호주에서 가장 싸게 전력을 생산할 방법이 됐는데, 호주는 이 비용을 더 줄이려고 한다. 재생에너지를 사용한 녹색 수소 생산 가격을 1㎏당 2호주달러(약 1800원)까지 낮추기 위해서다. 초저비용 태양광으로 지금보다 훨씬 저렴한 전기를 제공하고, 녹색 수소를 통해 탄소 감축이 어려운 산업, 운송 부문의 탈탄소를 지원한다는 계획이다. 이를 위해 지난해 ‘2030년까지 태양광 모듈 효율 30%, 와트당 설치비용 30센트를 달성한다’는 ‘30-30-30’ 계획을 발표했다. 현재 모듈 효율은 22%, 와트당 설치비용은 1호주달러 이상인데 이 계획을 달성하면 태양광발전단가는 1메가와트시(㎿h)당 20호주달러(약 1만8000원) 아래로 떨어진다.
호주에서 태양광발전 단가의 하락 추세를 보면 불가능한 목표는 아니다. ARENA에 따르면 이 기구가 처음 대규모 태양광 단지에 투자한 2016년 당시 태양광발전 비용은 1㎿h에 140~178호주달러(약 12만6000원~16만원)였는데, 현재는 50~80호주달러(약 4만5000원~7만2000원)로 떨어졌다. 2022년 기준 우리나라 태양광발전단가(12만8000원~15만5000원)의 3분의 1 수준이다. 대규모 투자와 정책적 지원으로 비용이 하락했다.
재생에너지 가격이 떨어지면 녹색수소 생산도 쉬워진다. 이런 기회를 노리고 수소를 활용한 드론 개발에 나선 기업도 있다. 시드니 교외 지역인 뱅크스타운에 있는 AMSL이다. 이 회사는 수소연료전지를 이용한 드론을 개발해 2027년부터 호주 운송회사에 인도할 예정이다. 호주는 땅이 넓어 항공 수요가 높은 편인데 특히 의료용이나 산불 진화용으로 헬기가 많이 쓰인다. 헬기는 운용 비용이 많이 들고, 이동거리가 짧고, 속도가 느린 편이다. 이 회사가 개발하는 드론은 10분 충전해 3시간을 날 수 있다. 2t 정도의 무게에 500㎏의 사람과 화물을 싣고 시속 300㎞의 속도로 1000㎞를 비행하는 게 목표다. 배터리로는 최대 150~200㎞ 비행만 가능해 수소연료전지가 헬기의 강력한 대안이 될 수 있다고 본다.
막스 요크 AMSL 최고경영자는 지난 4월 15일 한·호주 언론인 교류프로그램의 하나로 방문한 한국 취재진에게 “인구 3만명 이상의 도시 중 절반이 항공 서비스에 접근할 수 없어 이런 지역의 수요가 높다”면서 “우리 드론은 최소 가격이 300만호주달러로 헬기의 4분의 1 수준이고, 2배 더 먼 거리를 1.5배 빠르게 이동할 수 있다. 사고가 나도 드론 전체에 낙하산이 퍼져 안전하게 착륙할 수 있다”고 설명했다. 그는 “특히 수소를 연료로 해서 탈탄소에 기여할 수 있다. 퀸즐랜드주 북쪽 지역에서 재생에너지 전기로 물을 전기분해해 수소를 생산하는 시설이 만들어지고 있는데 관련 기업과 협업하고 있다”고 덧붙였다.
■맥주 공정·슈퍼컴퓨터도 지속가능성 따져
국가 차원에서 재생에너지와 지속가능성을 강조하는 분위기 속에서 흥미로운 연구도 진행되고 있었다. 지난 4월 16일 테크놀로지시드니대학(UTS) 테크랩에서 만난 아이번 초우 사업개발담당매니저는 취재진에게 UTS에서 가장 중요한 시설이라면서 맥주 제조 시설로 안내했다. 호주의 한 맥주회사가 탈탄소 맥주를 만들기 위해 맥주 제조 과정 중 어디에서 탄소가 만들어지는지를 밝혀달라고 연구를 의뢰해 곳곳에 센서를 달아서 감지하고 있었다. 제조 과정 중에서 나온 탄소를 해조류를 이용해 흡수하는 시설도 갖추고 있었다. 초우는 “공장에서 나오는 탄소를 현장에서 바로 제거할 수 있다는 점에서 (자신의 생산 현장이 아닌 다른 곳에서 감축 활동을 해 실적을 인정받는) 탄소크레딧보다 훨씬 효과적이다”라고 설명했다.
이 대학의 한국인 연구자인 류찬열 박사는 지도교수와 함께 최적 항로를 연구한다. 호주 항공사 콴타스는 비행기로 17시간이 소요되는 1만4498㎞의 퍼스-런던 노선을 운영하고 있고, 추가로 19시간 이상 걸리는 런던-시드니 노선도 검토하고 있다. 바람 등 기상 조건과 비상시 10분 내 착륙이 가능한 공항의 위치 등을 분석해 실시간으로 최적 경로를 만드는 연구가 뒷받침돼야 한다. 류 박사는 “에너지 효율이 가장 높은 비행경로를 찾는 알고리즘을 개발해서 퍼스-런던 비행도 가능해졌다”면서 “공기의 흐름과 해류의 흐름이 비슷하다는 점에 착안해 최근 호주 해군의 프로젝트를 받아서 자율항행 해저 글라이더의 경로를 짜는 알고리즘을 개발하고 있다”고 말했다.
지난 4월 23일 방문한 서호주 퍼스의 포시(Pawsey) 슈퍼컴퓨팅 연구센터는 ‘그린 컴퓨팅’에서의 우수성을 강조했다. 이곳 슈퍼컴퓨팅 센터는 호주 연구자의 연구를 지원하면서 동시에 국제 천문학계의 거대 프로젝트인 SKA(Square Kilometer Array)에 사용될 전파망원경의 시제품에서 나오는 데이터를 저장하고 처리하는 업무도 담당한다. 상온에서 작동하는 양자컴퓨터도 갖추고 슈퍼컴퓨터와 양자컴퓨터를 동시에 활용할 수 있는 방안을 연구하고 있다.
이곳에서 2020년 도입한 세토닉스(Setonix)는 2023년 기준 연산 능력은 세계 25위 수준이지만 에너지 효율에서는 세계 4위(Green500 기준)이다. GPU의 성능도 중요하지만, 냉방장치 대신 지하수를 이용해 냉각하면서 전력을 아낀 것이 큰 기여를 했다. 연구센터에서 전략협력을 담당하는 마크 그레이 박사는 “지하수를 이용해 컴퓨터에서 나오는 열을 제거하는데, 한해 700만ℓ의 물을 사용한다”면서 “그린컴퓨터 순위에서 1·2위는 우리보다 규모가 작다. 크기가 커질수록 비효율성이 커지기 때문에 우리 정도의 규모에서 순위를 따지면 사실상 1·2위라고 할 수 있다”고 말했다.
■로봇, 3D프린팅 등 첨단제조 육성
재생에너지 분야가 호주의 강점을 더 강하게 한다면, 로봇을 비롯한 첨단제조 기술은 인력이 부족한 호주의 약점을 극복하기 위한 대안이다. 빅토리아 주 멜버른에 있는 모나쉬대학의 ‘스마트 제조 허브’에서는 로봇과 3D프린팅 기술 개발이 한창이었다. 지난 4월 18일 이곳에서 만난 로봇 공학자 키넌 그랜랜드 연구원은 ‘디지털 트윈’을 활용해 로봇을 원격으로 실시간 제어하는 기술을 선보였다. 물리적 환경을 똑같이 디지털로 구현한 디지털 트윈 기술로 로봇과 3D프린팅 기계 등 실험실의 모든 시스템을 하나의 화면에서 모니터링하고 제어할 수 있다. 원자력 발전소에서 폐기물 처리를 담당할 로봇도 소개했다. 다리가 넷 달린 개 모양의 로봇에 센서와 로봇 팔 등을 붙여 다양한 임무를 부여할 수 있다.
키넌은 “로봇 위에 3D스캐닝이 가능한 라이다 센서와 로봇 팔을 붙여 작업할 수 있다. 농장 수확용으로도 연구했다. 호주 농업은 외국 노동자 의존도가 큰데 코로나19로 그분들이 들어올 수 없게 되면서 인력 부족이 큰 문제가 됐다. 그래서 과수 농장에서 필요한 인력을 로봇으로 공급하기 위해서 수확 로봇을 개발했다. 로봇은 하루 24시간 일주일 내내 일할 수 있는데, 데이터 수집이라는 장점도 있다. 사람은 그냥 사과를 딸뿐, 데이터를 축적하지 않지만, 로봇은 따는 과정에서 생육 정보를 축적하고 이것을 향후 농작업에 사용할 수 있다”고 설명했다.
호주의 주요 에너지 기업의 하나인 우드사이드는 미국항공우주국(나사·NASA)과 협업해 로봇 기술을 개발하고 있다. 인간을 닮은 나사의 R5 로봇이 연구를 위해 이곳에 있는데, 미국 외에 있는 유일한 R5 로봇이다. 우드사이드는 오지에 있는 공장에 사물인터넷(IOT) 센서를 달아 원격으로 감지하고, 검사나 수리가 필요할 경우 로봇이 담당하는 방식을 개발하고 있다.
디지털 트윈을 활용해 사람이 일일이 현장에 가지 않아도, 많은 사람이 없어도 센서와 로봇으로 공장을 효율적으로 운영할 수 있다. 가브리엘 펜녹 우드사이드 에너지 기술 담당 부대표는 “로봇과 센서를 활용해 인간보다 더 많은 정보를 파악할 수 있는데, 이런 로봇과 휴머노이드를 원격으로 조종해 활용하는 세계 최초의 LNG 플랜트를 구축했다”고 말했다.
메탈 3D프린팅 역시 주목받는 기술이다. 잠항하면 수중에 나오기 어려운 잠수함은 고장이 날 때 부품을 잠수함 안에서 자체 제작해야 하는데, 이때 금속을 레이저로 녹여 3D프린팅으로 형상을 만드는 기술이 필요하다. 멀리 떨어져 부품 수급이 어려울 때도 3D프린팅을 이용해 만들어 쓸 수 있다.
우드사이드는 가스를 활용한 수소 생산에도 나서고 있다. 오지에서 재생에너지를 활용해 수소를 만들 때 로봇이나 디지털 트윈, 3D프린팅 기술이 유용하게 활용될 것으로 보인다. 그린수소, 부생수소 생산을 확대하려는 호주 정부 계획에도 참여하고 있다. 포스코를 비롯해 한국 기업과의 협업도 기대된다. 시몬 스펜서 서호주 정부 전략국제관계 담당 부매니저는 “풍력과 태양광을 활용해 2040년까지 200GW 규모의 수소를 생산할 계획이다. 그린수소에 중심을 두고 있지만, 단계적으로는 가스를 활용한 블루수소도 활용하려 한다. 우선은 호주 국내 수요를 감당하고, 장기적으로 일본과 한국에 수출할 예정이다”라고 말했다.
※이 기사는 한국언론진흥재단과 호주 워클리재단이 공동 주최한 ‘2024년 한-호주 언론교류 프로그램’의 지원을 받아 보도됐습니다.
주영재 기자 jyj@kyunghyang.com
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