그린에너지, 화석연료 없는 세상 꿈꾼다

신재생에너지 주택 표본 '제로 에너지 타운ㆍ솔라 하우스' 세계최고 저등급 석탄 고급화 기술… 석탄에서 수소 생산

[제45회 과학의 날 특집]대덕의 열정, 국부창출 엔진-한국에너지기술연구원

▲ 제로 에너지 타운

21세기 화석연료 없는 세상을 꿈꾸며, 신재생에너지 개발에 몰두하고 있는 한국에너지기술연구원(원장 황주호).

산업혁명 이후 주 에너지원으로 자리한 화석연료를 대체하거나 화석연료 사용을 줄이기 위해 밤낮을 가리지 않고 연구에 몰두하고 있는 에너지연은 저탄소 녹색성장을 주도하는 그린에너지기술 중심 연구기관으로 탈바꿈하고 있다.

1977년 한국열관리시험연구소로 출범한 에너지연은 시대상황에 따라 주어진 임무를 묵묵히 수행해 왔다.

1980년대에는 에너지 안보와 국내자원 효율적 이용기술, 1990년대는 에너지 수급 안정과 에너지 고효율화 기술, 2000년대에는 기후변화와 에너지 환경관련 기술, 2010년대에는 저탄소 녹색성장과 신성장동력 창출이라는 미션을 수행하고 있다.

▲화석연료 제로화에 도전한다=에너지기술연구원에는 연구원이 지향하는 바를 말없이 대변해 주는 건물이 있다.

연구동을 따라 야트막한 언덕에 있는 건물은 에너지 타운과 유럽풍 전원주택 솔라 하우스.

두 채의 건물은 미래를 여는 신재생 에너지 주택의 표본이자 희망이며, 연구원의 궁극적인 목표 중 하나다. 제로 에너지 타운과 솔라 하우스는 그 쓰임은 다르지만, 에너지 제로에 도전한다는 목표는 같다.

2005년 지어진 이 건물은 한국에너지기술연구원의 명물로, 우리나라를 방문한 외국의 총리를 비롯, 중동의 왕자 등에게 제로 에너지 타운과 솔라 하우스는 필수 견학코스로 자리 잡고 있다. 제로 에너지 타운ㆍ솔라 하우스의 건물 구성은 연구실 겸 직원 아파트로 쓰이는 제로에너지타운빌딩 1518㎡(460평ㆍ연구실 3층, 아파트 4동)과 주택 겸 실험실로 쓰이는 솔라하우스 264㎡(80평ㆍ2층), 성능 관리동 445.5㎡(135평)으로 짜여 있다.

건물 일체형 태양전지(BIPV, 16.2㎾), 저속형 풍차(100㎾), 수소 저장형 연료전지(3㎾) 및 태양열 온수 급탕과 난방용 집열기(84㎡)와 지중열 시스템으로 타운 내 전력의 100% 이상 및 열 공급의 일부를 담당하며 남은 전력은 한전에 되팔기도 한다.

한국의 3대 석유 수출국인 쿠웨이트의 왕자는 이 건물에 반했다는 후문이다. 이를 발판으로 에너지연은 최근 쿠웨이트 과학기술연구원(KISR)과 쿠웨이트 빌라 디자인, 사막 지역에서의 소재 성능 및 테스트, 그린빌딩 및 제로에너지솔라하우스(ZeSH) 기술 등 구체적인 기술교류를 위한 MOU를 체결하는 성과를 거두기도 했다.

▲ 솔라 하우스

▲세계최고 수준의 저등급 석탄 고급화 기술=석탄을 전량 수입에 의존하는 우리나라는 연간 석탄 사용량이 세계 9위로, 금액으로는 10조원에 달한다.

하지만, 중국과 인도의 개발정책으로 고품위 석탄 가격이 급등해 국내 석탄용 화력발전소를 위한 고품위석탄을 안정적으로 공급받기 어려워지는 국제 자원환경 속에서 에너지연은 효율이 낮고 발생량이 많은 저등급 석탄을 고급화하는 기술개발에 성공했다.

저등급 석탄을 고급화해 사용하면 발전소 500 1기당, 사용되는 석탄 운송비만 연간 50억원, 석탄사용량은 300억원 절감하는 경제적 효과를 거둘 것으로 추정된다. 발전효율은 2.5% 증가시키는 반면 이산화탄소 발생량은 10% 감소 시킬 수 있다.

▲이산화탄소 없애고 청정원료 수소 생산=저비용으로 석탄에서 를 제거하고 수소를 생산하는 세계 최고성능의 '분리막을 이용한 포집 공정' 개발도 에너지연의 최근 성적이다.

화력발전에 주로 쓰이는 석탄에서 이산화탄소를 원천적으로 제거하는 동시에 미래 청정에너지인 수소를 대량 생산할 수 있는 '분리막을 이용한 이산화탄소 포집 통합 공정 기술'은 국가과학기술위원회와 한국과학기술기획평가원이 선정한 '2011 국가연구개발 우수성과 100선' 가운데 톱5, 에너지ㆍ환경 분야에서 최우수 과제에 선정됐다.

기존 사용하던 분리막보다 투과 성능을 개선, 수소 분리와 동시에 이뤄지는 이산화탄소 포집률을 기존 공정보다 4~25% 향상된 90% 이상으로 끌어올렸다. 이는 세계 최고 분리 효율일 뿐만 아니라 이산화탄소 포집 비용 또한 1t당 10달러까지 낮출 수 있는 핵심 기술이다.

석탄, 폐기물, 바이오 매스 등 품질이 낮은 탄화수소 연료를 이용할 수 있으며, 가격 변동 폭이 작고 전 세계에 고르게 분포된 석탄을 오염물질 배출 없이 깨끗하게 이용할 수 있는 미래 에너지 생산 기술이다.

권은남 기자