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특별기획

2050 탄소중립 E기술 로드맵…13대분야 핵심기술 이정표

에너지설비·건물·산단 섹터커플링 E효율 ‘핵심’
탄소중립·그린뉴딜 통한 성장 패러다임 전환
기술적 난제·해결책 검토…핵심 후보군 도출



전 세계적인 기후변화 위기대응과 더불어 코로나19로 인한 경제위기 극복방안 마련이 화두가 되고 있다. 글로벌 기조에 발맞춰 국내에서도 코로나19 경제위기 극복, 저탄소·친환경 경제성장, 2050 탄소중립 달성 등 다양한 정책의제가 만들어졌고 이를 실현하기 위한 각계 전문가들의 논의가 진행되고 있다.

산업통상자원부는 2021년 12월2일 삼성동 코엑스에서 ‘2050 탄소중립 에너지기술 로드맵’을 발표를 통해 관련 산·학·연 전문가들이 도출한 R&D전략 및 핵심기술 등을 공유했다.

‘2050 탄소중립 에너지기술 로드맵’은 지난해 11월 발표된 ‘탄소중립 산업·에너지 R&D전략’의 기초가 되는 자료로 약 8개월간 산업부 R&D 전략기획단 에너지MD와 한국에너지기술평가원 12명의 PD가 주축이 돼 180여명의 산·학·연 전문가가 참여했다. 2030 국가온실가스감축목표(NDC) 달성 및 2050 탄소중립 실현에 필요한 13대분야 197개 핵심기술에 대해 개발일정, 확보방안 등을 담고 있다.

특히 섹터커플링, 산단·건물, 에너지설비 등 분과에서는 2050년까지 상용화 혹은 도입을 확산시킬 수 있는 △에너지저장 △재생열에너지 △디지털기반 수요관리 △커뮤니티 단위 최적화 △탄소중립 기반 열에너지 공급·사용 최적화 등과 관련된 실용기술을 개발 및 실증할 계획이다.

이번 기획에서는 ‘2050 탄소중립 에너지기술 로드맵’ 중 주목할 만한 기술개발 추진계획을 살펴보고 각 분과를 총괄한 에기평 PD의 인터뷰를 통해 탄소중립을 향한 정부의 에너지R&D 방향성을 점검했다.



2050년 탄소중립 사회구현 밑그림
대한민국은 탄소중립과 그린뉴딜을 통한 새로운 성장 패러다임으로의 전환을 시도하고 있다.

주요국가들의 탄소중립(Net-Zero) 선언으로 전 세계적인 탄소중립 담론이 확산되고 있으며 글로벌 탄소무역 규제 역시 본격화되고 있다. EU, 미국, 일본 등을 중심으로 대규모 재정투입을 통한 탄소중립 인프라 및 R&D 투자가 확산됨에 따라 에너지 첨단기술·신시장 패권전쟁이 수면 밑으로 심화되고 있는 상황이다.

탄소중립을 위해서는 △전환 △산업 △건물 △수송 등 4대 분야에서 에너지 사용에 따른 온실가스 배출량을 획기적으로 감소시켜야 할 필요성이 높다.

이를 실현하기 위해 정부는 탄소중립 달성을 위한 △에너지수요 감축 △전기화 △수소화 △CCUS 등 4대 R&D 전략방향을 설정했다.

화석연료를 사용하는 일방통행 방식의 공급-수요관계를 탈피해 섹터커플링과 자원순환을 활용하는 유기적 에너지사용체계를 구축하고 CCUS를 통해 온실가스 배출을 다시 한 번 줄이겠다는 계획이다.

이번에 발표된 2050 탄소중립 에너지기술 로드맵은 이러한 탄소중립사회를 구현하기 위한 다양한 기술을 개발하고 실제현장에서 검증하는 큰 그림이 담겨져 있다.



기기부터 지역단위 에너지효율화 추진
섹터커플링분과는 김성수 신재생융합PD가 총괄하며 △재생에너지전력 유연화 △장주기 에너지저장 △미활용에너지 하베스팅 등이 핵심전략이다.

재생에너지전력 유연화는 재생에너지 잉여전력을 가스, 열, 모빌리티로 원간·부문간 전환·저장 및 활용하는 기술을 통해 재생에너지 보급확대 기반구축과 플러스 DR 등 소비자가 참여할 수 있는 서비스기술을 개발한다. 이를 위해 P2H 열네트워크 운영기술을 개발해 2050년까지 열기기 가동률을 50% 이상 높이고 현열, 잠열, PCM, 열화학, 시스템, 잉여전력 등 차세대 고밀도 열저장 기술을 확보한다. 또한 2040년까지 e-모빌리티 활용 유연성 확보기술을 상용화시킬 방침이다.

장주기 대용량 에너지저장을 위한 계통신뢰성 유지 및 안전성 확보기술도 추진된다. 카르노 축열발전, 계간축열, 바이오에너지 등이 핵심기술로 주목받고 있다. 또한 압전에너지, 열에너지, 전자기파 등을 이용해 주변의 미활용에너지를 수확 후 전기화할 수 있는 에너지 하베스팅기술도 개발될 예정이다.

산단·건물분과는 이상학 스마트수요관리PD가 총괄을 맡았다. 산단·건물의 실시간 소비·운전데이터를 구축하고 소비요인 분석을 통해 실시간 수요관리를 수행, 에너지절감량을 산정해 고효율제품 및 에너지서비스 신시장을 촉진한다.

또한 패시브요소의 지속적인 성능향상과 냉난방공조, 조명 등 공통기기의 효율개선을 통해 에너지소비량을 대폭 줄이고 하베스팅 등 미세에너지활용을 통해 추가적인 에너지소비 절감을 달성할 방침이다.

이와 함께 산단·건물 내·외부 신재생에너지 설비와 전기·열 에너지저장시스템을 구축해 커뮤니티 단위의 에너지공유를 실현한다. 이를 통해 에너지자립도 제고와 공급망의 변동성에 대응하고 이를 통한 전력망, 가스·열 공급망의 추가투자를 최소화할 것으로 기대된다.

가스, 석탄 등 화석연료를 직접 사용하는 기기를 전기설비로 전환하고 발전과정에서 재생에너지를 사용해 온실가스 배출을 최소화할 수 있다. 산업·건물에서 사용하는 보일러, 냉동기 등 직접 연소하는 냉난방기기와 고온열 생산 등의 산업공정을 전기화로 전환하는 동시에 효율성도 높일 계획이다.

에너지설비분과는 송동근 효율향상PD(현 한국기계연구원 박사)가 총괄했다. 유체기계, 조명, 전동기, 전력변환 등 에너지다소비 기기의 효율향상을 통해 에너지사용량을 절감한다.

또한 화석연료기반의 열기기를 전기화하고 수소, 암모니아 등 무탄소연료로 전환한다. 이를 통해 히트펌프의 활용범위를 확장하고 산업현장의 탄소배출을 저감할 예정이다.

열에너지의 공급 및 사용 최적화를 위해 양방향 열에너지 네트워크, 장주기 대용량 열저장기술, IT기술을 접목한 열거래기술, 미활용 열에너지 회수 등 개발을 통해 탄소중립에 적합한 열에너지 공급·사용체계를 구축한다는 방침이다.

이와 함께 에너지의 생산·공급·사용에 이르는 과정에서 실시간 데이터를 기반으로 한 모니터링, 친환경 분산자원 발전량 및 계통연계용량 예측을 통한 수요·공급관리, 설비의 예지보전 등 에너지연계 운영관리를 구현해 온실가스 배출을 최소화할 수 있다.