'탄소중립' 핵심 기술이라는 태양광·풍력, 韓 기술 어디까지 왔나

엣지리포트 탄소중립 10대 기술 대해부

“미 정부는 올해 새로운 유전이나 가스 개발 승인을 거절해야 하며, 신규 화력발전도 승인해서는 안 된다. 2025년까지 화석 연료를 이용한 발전이 단계적으로 중단돼야 한다.”

18일(현지 시간) 국제에너지기구(IEA)는 ‘2050년 탄소중립(Net Zero by 2050)’ 보고서를 발표하고 2050년까지 탄소 배출량을 ‘제로(0)’로 달성하기 위한 전략을 공개했다. 보고서는 “2050년까지 탄소 순 배출량을 0으로 만들기 위해서는 에너지 시스템 자체를 바꿔야 한다”며 “이산화탄소 포집과 같은 기술을 이용해 과감하고 공격적인 조치가 필요하다”고 주문했다.

IEA는 보고서에서 2050년이 되면 태양광과 풍력 발전이 전 세계 발전의 대다수를 차지하게 될 것으로 전망했다. 이를 위해 앞으로 매년 이 분야의 발전량을 4배씩 늘려야 한다고 지적했다.

○ 해상풍력 후발주자…2030년 16.5GW 목표

현재 전 세계 풍력 시장에서는 유럽이 가장 앞서 있다. 이미 10MW급 초대형 풍력터빈을 생산하고 있다. 스페인에 본사를 둔 지멘스 가메사는 올해 14MW(메가와트)급 풍력터빈을 개발해 2024년 상용화할 계획이다. 미국 제너럴일렉트릭(GE)의 에너지 부문 자회사인 GE 신재생에너지(Renewable Energy)는 올해 12MW급 초대형 터빈을 해상풍력 시장에 도입하기 위해 준비 중이다.

곽성조 한국에너지기술연구원 책임연구원(풍력연구팀장)은 18일 동아사이언스가 펴내는 과학기술 정보지 엣지리포트를 통해 “소음이나 생태계 훼손 우려 등이 적은 해상풍력 시장이 급속히 성장하고 있다”며 “기술력만 갖추고 있다면 해상풍력이 훨씬 유망하다”고 말했다.

국내 해상풍력은 외국과 비교해 부진한 실정이다. 2020년 기준 국내에서 상업 운전 중인 해상풍력은 서남해 실증단지(60MW)를 포함해도 탐라(30MW), 영광(34.5MW) 등 총 124.5MW에 그친다. 정부는 2030년 육상과 해상을 합쳐 전체 풍력발전을 16.5기가와트(GW)로 늘리고, 이 가운데 70% 이상인 12GW를 해상풍력발전으로 충당한다는 계획을 세웠다.

곽 책임연구원은 “국내에서는 5MW급 해상풍력발전기가 상용화됐고, 내년에 8MW급 상용화를 목표로 하고 있다”며 “풍력발전기의 신뢰성과 내구성 검증 등 기술 발전과 풍력단지 운영 기술 확보 등에도 신경써야 한다”고 말했다.

전문가들은 10년 뒤에는 풍력 발전 방식이 현재의 고정식에서 부유식으로 전환될 것으로 전망한다. 부유식은 50m 이상의 수심에서 안정된 하부 부유체의 거동 하에 상부 터빈을 가동해 발전하는 방식이다. 먼바다에 설치할 수 있어 주민의 민원 발생이 적고, 풍속 조건이 우수하다.

곽 책임연구원은 “우리나라도 풍력 자원의 90% 이상이 수심 50m 이상 심해지역이어서 부유식 해상풍력발전이 유리하다”며 “올해 메가와트급 해양풍력발전 실증 프로젝트가 시작됐다”고 말했다.

○ 발전 속도 빠른 페로브스카이트 태양전지, 조기 상용화

정부는 탄소중립을 실현할 10대 핵심기술 중 하나로 태양광도 지정했다. 전력거래소에 따르면 2019년 국내 전체 발전설비용량 가운데 태양전지를 포함한 신재생에너지 비율은 13% 수준이며, 신재생에너지 중에서는 태양광발전이 67%로 비중이 가장 크다.

향후 태양광 수요는 더욱 늘어날 전망이다. 한국수출입은행이 2020년 9월 발표한 ‘2020년 2분기 태양광산업 동향’에 따르면 올해 전 세계 태양광 수요는 경기 부양, 기후변화 등의 수혜를 입어 150GW를 기록할 것으로 예측됐다. 태양광 발전이 연간 1GW 이상인 국가는 2020년 17개에서 2022년에는 22개까지 늘어날 것으로 예상된다.

현재 전 세계 태양전지 시장은 독일, 일본, 미국이 주도하고 있다. 생산력에서는 중국의 장악력이 크다. 국내에서는 한화큐셀, 신성솔라, 현대에너지솔루션, LG전자 등이 태양전지를 개발하고 있다.

태양전지 중에서 페로브스카이트 태양전지는 한국의 기술력이 세계 최고로 꼽힌다. 페로브스카이트 태양전지는 원료가 비싸지 않고 공정이 복잡하지 않아 기술력으로 시장을 제압할 수 있는 분야로 평가받고 있다.

페로브스카이트 태양전지에서 독보적인 연구자인 석상일 울산과학기술원(UNIST) 교수는 “페로브스카이트는 발전 속도가 빠른 편”이라면서도 “상용화는 기술적 완성도가 높아야 하고 시장 형성도 중요하다”고 말했다.

윤재호 한국에너지기술연구원 태양광연구단장은 “산업과 연계되려면 대면적화 기술, 장기 안정성 개선 기술 등을 함께 개발해야 한다”며 “태양전지 관련 소재 부품 장비 기술도 동시에 개발해야 조기 상용화가 가능할 것”이라고 말했다.

엣지리포트는 내달 6일까지 탄소중립을 실현할 10대 기술에 대한 심층 대해부 기사를 매주 1~2편씩 소개할 예정이다.

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[이현경 기자 uneasy75@donga.com]