산업교육연구소는 지난 10일과 11일 양일간 여의도 사학연금회관에서 ‘중점육성 녹색기술 시장전망 및 저탄소경영 세미나’중 첫 번째 일정인 ‘세미나(I) 에너지원 및 고효율화기술’을 진행했다.

포스트 교토체제 진전에 따라 저탄소형 산업구조로의 전환이 최대 현안이 되고 있는 상황에서 환경지속성과 경제성장을 동시에 해결할 수 있는 저탄소 녹색성장의 핵심요소인 녹색기술에 대한 정부는 물론 산·학·연 모두의 관심이 높아지고 있다.

연구소에 따르면 이번 세미나는 정부가 선정한 27대 중점육성 녹색기술 가운데 에너지원 기술, 고효율화기술, 사후처리기술과 함께 저탄소경영과 적용방안에 대해 관계자 및 업계의 이해를 증진하고 관심을 유도하기 위해 마련된 것이다.

에너지원 및 고효율화 기술을 다뤘던 세미나(I)에 이어 오는 15, 16일 ‘세미나(II) 고효율화 및 사후처리기술’과 21, 22일 ‘세미나(III) 저탄소경영 및 적용방안’이 개최될 예정이다.

세미나(I) 첫째 날인 지난 10일에는 태양전지 기술에 대한 기업 연구소와 대학, 연구기관 학자들이 분야별 태양전지의 시장동향 및 전망, 향후 과제 등에 대해 발표하는 시간을 가졌다.

현대중공업 양수미 과장은 ‘결정질 실리콘 태양전지의 고효율, 저가화기술 및 시장전망’이라는 주제로 발표에 나섰다.

태양광 시장은 최근 7년간 평균 55%의 고성장을 보이며 지난해 전 세계 생산량은 7.9GW에 달했으며 내년도 생산규모에 대해한 예측치 중에 많게는 20GW를 전망하는 시나리오도 나오고 있는 상황이다.

양 과장은 현재까지, 그리고 향후 상당기간 태양광 시장의 가장 큰 부분을 차지할 실리콘계 태양전지의 원료인 폴리실리콘은 지난 상반기 이후 공급부족 현상이 해소되면서 공급초과 현상이 나타날 것이라는 예상을 내놨다.

같은 맥락에서 지난해 이후 급락하고 있는 판매가의 중심가격은 올해 와트당 2.32달러를 거쳐 오는 2012년 1달러 초반대로 진입가능하다는 솔라버즈LLC의 2007년 예측치를 소개했다.

현재 지멘스법이 주도하고 있는 폴리실리콘 제조기술에 더해 FBR(fluidized bed reactor), VLD(vapor to liquid deposition) 등 저가화를 위한 새로운 공법들이 시도되고 있는 업계 상황도 전해다.

그는 결론에서 메이저 업체들과 신규업체의 진출로 폴리실리콘 공급규모가 증대되는 가운데 반도체 및 태양광 폴리실리콘 수요량도 계속적으로 늘어 전체 폴리실리콘 시장은 안정세를 보일 것으로 전망했다.

다만 미공개 신규 업체들의 폴리실리콘 시장 진출과 각국의 FIT 제도, 미국 태양광 시장 확대 규모, 이산화탄소 규제 강화에 의한 화석연료의 가격 변동 등이 변수로 작용할 수 있다고 예상했다.

‘염료감응형 태양전지의 고효율, 저가화 기술과 양산 및 핵심원천 기술 발표’는 성균관대학교 박남규 교수가 맡았다.

박 교수는 오는 2100년 태양광 에너지가 화석연료와 신재생에너지를 모두 포함한 전체 에너지 생산량의 63%를 점할 것이라는 시나리오를 소개하고 결정질 실리콘 태양전지의 1세대에 이은 2세대 태양전지 중 하나인 염료감응형 태양전지(DSSC:Dye-Sensitized Solar Cell)의 가능성을 높이 평가했다.

DSSC는 소재와 제조공정에서 탄소배출이 적고 무독성 소재를 사용해 이산화탄소 배출 감축에 유리할 뿐만 아니라 시스템 생산에 투입된 에너지의 총량을 태양광발전으로 상쇄하는 기간, 이른바 에너지 페이백 타임(Energy Payback Time)도 결정질이나 비정질 실리콘 모듈의 3~4년에 비해 6개월 정도로 훨씬 짧다는 것이다.

가격과 디자인 면에서 큰 이점이 있다는 것은 이미 널리 알려진 사실이다.
반투명 박막형태로 생산은 물론 도료를 이용한 발색가공이 가능해 심미성이 높아 다양한 활용이 가능하다.
의문시 돼 온 내구성 문제도 10년가량의 내구성을 확인했다는 시험결과가 나오면서 어느 정도 해결이 가능한 것으로 전해졌다.

KIST 태양전지연구센터의 김경곤 박사는 유기박막 태양전지(OPV)에 대해 소개했다.
현재 OPV의 효율은 5.4%로 결정질 실리콘계는 물론이고 DSSC 보다도 현격히 낮은 수준이다. 그러나 김 박사는 OPV의 개발역사가 10년 정도로 아직 일천한 것을 감안하면 매우 빠른 발전속도를 보이고 있다고 말해 이 분야의 향후 발전가능성을 높게 평가했다.

아직 초기 단계인 OPV는 효율과 경제성을 높이기 위해 구성물질과 배열, 가공방법에 대한 다양한 연구가 진행 중인데 핵심공정인 유기폴리머 도포 공정에서 닥터 블레이드, 스크린 인쇄, 롤투롤 방식 등이 시도되고 있다.

김 박사는 특히 OLED와 LCD에서 풍부한 경험과 기반을 갖고 있으며 폴리머 합성에서도 우수한 기술을 가지고 있는 우리나라가 OPV에서 충분한 경쟁력을 가질 수 있다고 평가했다.
한국에너지기술연구원 태양광연구단의 조준식 박사는 ‘박막 실리콘 태양전지의 고효율, 저가화 기술과 양산 및 핵심원천기술’을 발표했다.

조 박사는 태양광전기 기술이 결정질에서 유리박막을 거쳐 박형 유연기판으로 이동한다고 진단하고 실리콘계 박막 태양전지 고효율화와 저가화 달성을 위한 방안으로 투명전도막과 우수한 광 흡수층 물질의 개발, 전면 및 후면 전극 기술 개발을 통한 빛 가둠(Light Trapping) 특성 향상, 고속 증착 기술, 단일챔버 기술, 대면적 기판 사용 등 저비용 공정 개발로 오는 2018년 변환효율 20%, Wp 당 0.75달러까지 가격을 낮추는 것을 목표로 하고 있다고 말했다.

CIGS 박막 태양전지 분야를 발표한 한국전자통신연구원(ETRI)의 박래만 박사는 생산단가가 비교적 저렴하고 광흡수가 탁월한 CIGS 전지의 향후 가능성을 강조했다.

다만 CIGS 역시 아직 부족한 변환효율을 고려할 때 저가화와 고효율화가 필수적이며 이를 위해 동시증발법과 스퍼터링 외 다수의 광 흡수층 제조기술에 대한 연구가 진행되고 있다고 설명했다.

특히 CIGS 전체가격의 5.5%를 차지하는 인듐(In)의 가격이 최근 수년간 불안정해 장점인 저가격이 위협받은 사례를 소개하며 대체물질 도입의 필요성을 지적했다.

특히 업체별로는 CIGS만으로 오는 14년 전체 생산능력 2위(1GW)에 오를 것으로 전망되는 일본 쇼와쉘에 주목했다.

한국화학연구원 그린화학연구단 정순용 단장은 ‘바이오매스로부터 합성연료(BTL)생산 요소기술 및 시장동향’을 발표했다.

정 단장은 고유가와 환경규제, 연료다양화의 필요성, 부존자원 개발 등에 따라 BTL(Biomass To Liquid) 기술 개발의 필요성이 높아졌다고 설명하고 BTL의 국내 디젤 시장 대체율을 2.5%로 전망했다.

이광석 에너텍 공장장은 ‘바이오디젤의 생산요소 및 시스템기술과 시장전망’ 발표를 통해 바이오디젤의 원료에 대한 R&D가 현재 자트로파와 같은 비식용작물에서 앞으로 미세조류와 같은 해양 미생물을 거쳐 생물로부터 수소와 전력을 생산하는 것으로 이뤄지고 있다고 설명했다.

최기욱 창해에탄올 상무이사는 ‘바이오에탄의 생산요소 및 시스템기술과 시장전망’을 발표하면서 고구마와 비슷하지만 식용으로 잘쓰이지 않는 카사바(Cassava)를 이용한 바이오에탄올 제조공정을 소개했다.

카사바는 열악한 환경에도 잘견디고 수확하는 원가가 낮아 동남아시아를 중심으로 바이오에탄올 원료로 각광받는 식물이다. 최기욱 상무이사는 “에탄올 가격의 60~70%가 원료가격임을 감안할 때 얼마나 값싼 원료를 안정적으로 수급하느냐가 바이오에탄올 시장 발전의 열쇠”라며 “앞으로 에탄올이 거의 연료용으로 생산될 것을 감안해 해조류나 억새와 같은 바이오에너지 작물을 개발하고 동남아 지역 국가들과 기술·자원 협력을 강화해야 한다”고 말했다.
창해에탄올은 현재 파푸아뉴기니에서 2만 헥타르에 달하는 카사바 농장을 운영 중이기도 하다.

뒤이어 김종원 한국에너지기술연구원 수소에너지사업단 단장은 ‘고효율 수소제조 및 수소저장기술과 시장전망’ 주제발표를 통해 수소경제시대는 수소를 어떻게 값싸게 안전하게 저장하느냐에 달렸다고 설명했다.

수소를 생산하는 기술에서 수전해방법은 이미 상용화돼있고 앞으로 궁극적인 수소생산방법인 광촉매를 이용한 방법이 개발 중이라고 그는 설명했다.

미래의 발전원으로 꼽히는 연료전지를 가동시키는데는 수소가 필요하나 현재는 경제성 문제로 화석연료인 천연가스나 납사를 개질해 수소를 생산하는 것이 일반적이다. 따라서 김단장은 “탄소배출이 없는 광촉매, 바이오매스 등을 이용한 수소생산 방법이 우리의 기술로 개발되는 것이 중요하다”고 설명했다.

양태현 한국에너지기술연구원 연료전지연구단 책임연구원은 ‘고효율 연료전지 시스템기술과 시장전망’을 통해 수소연료전지가 수요시장이 없고 따라서 자동화로 생산이 안돼 가격이 비싸 상용화가 늦춰지고 있다고 설명했다. 연료전지자동차의 경우 현재 약 2억원, 가정용연료전지는 약 8,000만원선으로 알려져있다.

건물용 연료전지에서 앞서 나가고 있는 나라는 일본으로 2005년부터 2008년까지 대규모 모니터링 사업을 진행해 지난해 누적기준 3,307대가 설치됐고 상용화가 활발히 진행 중이다. 일본의 연구 개발결과 가정용 연료전지를 사용할 경우 70~80% 효율을 보였고 CO2는 기존에 비해 40% 저감하는 것으로 나타났다. 또한 처음에 1억원대에 달하던 일본의 연료전지 가격도 현재는 2천만원대이며 앞으로는 5~600만원대로 떨어질 것으로 양 연구원은 예측했다.

우리나라의 건물용연료전지(PEMFC)는 GS퓨얼셀, 퓨얼셀파워, 효성이 한국가스공사 주관으로 모니터링사업에 참여해 올해말까지 210대가 설치시범운행 중이다.

발전용 연료전지(MCFC)도 포스코 파워가 2004년부터 미국 FCE로부터 기술을 이전받아 현재 11기를 설치해 상용화를 눈앞에 두고 있으며 두산중공업도 독자개발을 추진해 내년에 MCFC를 출시할 예정이다.

건물용 연료전지는 국산화율 70%를 달성했으나 스택과 개질기에 들어가는 전해질막, 분리판, 촉매 등 주요 소재들은 전량 수입에 의존하고 있어 이 부분의 국산화가 필요하다고 양 연구원은 지적했다. 또한 일본이 곧 1,000여대의 건물용 연료전지를 수출할 계획도 가지고 있어 국내 기업들이 대처가 필요하다고 말했다.

신용승 지식경제부 석탄 IGCC사업단 사업국장은 ‘석탄을 이용한 청정에너지’ 발표를 통해 “석탄 가스화 복합발전(IGCC)은 기본적으로 효율을 높여 수출을 염두에 두고 청정개발체제(CDM)사업을 선점하는 것”이라고 말했다.

기존 발전소에서 천연가스를 연소하는 것보다 20%의 효율이 더 나는 것으로 알려진 IGCC를 국내의 기술로 300MW급 설계기술 확보와 실증 플랜트 건설을 목표로 하고 있다.

이를 위해 한국전력공사 전력연구원이 주관이 돼 한전, 발전 5개사 및 두산중공업이 참여해 총 예상 5,992억원의 사업비를 들여 추진 중이다.

IGCC를 통해 CO2분리·저장·이용 기술과 수소이용·제조기술도 함께 발전할 수 있어 주목받고 있다.
마지막으로 김호기 현대자동차 이사는 ‘하이브리드 전기자동차 기술 및 시장 동향’을 통해 최근 자동차의 CO2배출을 저감하고 연비를 높여 관심을 받고 있는 하이브리드 자동차와 친환경 자동차를 전반적으로 소개했다. 세계적으로 100만대도 안되는 하이브리드 자동차 시장에서 일본 도요타의 하이브리드 자동차인 프리우스가 76.5% 정도를 차지하고 있다.

김 이사는 “당장 현실적으로 하이브리드 자동차와 전기자동차를 결합한 플러그인 하이브리드 자동차가 대체에너지와 CO2문제의 궁극적 해결방안이라고 설명했다”.