IT 혁명 뛰어넘는 에너지 기술 혁명이 온다

재생에너지 비중 크게 늘면서
석유·석탄·가스 의존도 급감
모든 에너지 전기 형태로 변환

전기를 저장하는 수단으로
친환경 수소·암모니아 중요

전기차·탄소중립 빨라지면서
에너지산업 IT기술 접목 활발

정보통신산업은 스마트폰과 인터넷 덕분에 지난 20여 년간 혁명적 변화를 겪었다. 이제 똑같은 스마트 혁명이 에너지 산업에서 일어나고 있다. 탄소중립과 기후변화라는 시대 소명과 맞물려 우리가 사는 세상을 엄청나게 변화시킬 것으로 예상되는 에너지 기술 혁명이 시작되고 있다. 러시아의 우크라이나 침공으로 촉발된 화석연료 부족 때문에 일시적인 원유 부족 위기를 겪고 있지만, 에너지 전환 노력이 상당히 지연될 것이라는 생각은 착각일 가능성이 높다. 오히려 유럽의 가스 부족 사태로 많은 국가가 에너지 안보 차원에서 재생에너지 확대에 더욱 박차를 가하고 있어 에너지 전환은 가속화할 것이다.

에너지 산업의 기술 혁신은 다음의 10대 트렌드를 중심으로 진행될 것으로 예상된다.

첫째, 재생에너지는 전 세계적으로 획기적으로 증가할 것이며 태양광과 풍력 등의 기술은 계속 발전할 것이다. 태양광은 지난 10여 년간 95%가 넘는 획기적인 원가 혁신을 이뤄냈으며, 풍력 역시 마찬가지다. 이미 전 세계 신규 발전 설비의 85%는 재생에너지다. 대한민국 롤모델인 독일도 이미 발전량의 50%를 재생에너지가 차지하고 있는데, 아직 7%대에 머물고 있는 우리나라는 많이 뒤처져 있다고 할 수 있다.

둘째, 석탄·석유·가스 등 화석연료의 퇴조가 가속화되고 있다. 석탄과 석유는 2020년대에 줄어들기 시작할 것이며, 가스도 2030년께부터 사용이 감소할 것으로 예측된다. 2050년까지 대세 흐름을 본다면 화석연료의 퇴조는 거의 확실시될 것이다.

셋째, 모든 에너지가 전기 형태로 사용되는 전기화 현상은 가속화하고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 전 세계적으로 열은 현재 20%만 전기로 공급되는데, 2030년에는 40%까지, 2050년에는 65%까지 전기화가 확대될 것으로 전망된다. 영국 정부의 2050 탄소중립 계획에 따르면, 영국은 현재 건물에서 사용되는 열에너지의 65%를 차지하는 가스가 2050년 이전에 완전히 전기로 대체될 것으로 예상하고 있다.

넷째, 재생에너지의 간헐성 때문에 남게 되는 전기를 저장하는 수단으로 친환경적인 수소 및 암모니아가 활용될 것이다. 이산화탄소를 포집·제거한 블루수소, 재생에너지를 활용해 물을 수전해하여 만드는 그린수소, 원자력으로 생산된 전기와 열을 활용해 만든 핑크수소가 대표 자원으로 활용될 것으로 보인다. 암모니아는 수소를 장기간 저장하고 장거리로 운송하기 위한 수단으로 많이 활용될 것으로 전망된다.

다섯째, 화석연료에 태워 전기를 만드는 것이 아니라, 오히려 거꾸로 전기에서 다른 에너지원을 만드는 '파워투엑스(Power to X·P2X)' 기술이 많이 활용될 것이다. 재생에너지와 원자력으로 만든 전기를 석유·가스 같은 화석연료로 합성 전환하는 기술로, 독일과 일본 등에서 활발히 추진 중이다. P2X의 대표 기술로는 잉여 전력으로 열에너지를 생산·공급하는 파워투히트(Power to Heat), 전력을 수전해해 수소를 생산하는 파워투가스(Power to Gas), 수전해한 수소를 다시 포집한 탄소와 결합해 합성 석유와 가스를 만드는 파워투오일(Power to Oil)과 파워투메탄(Power to Methane) 등이 대표적이다.

여섯째, 전기차 등 친환경차의 확대 보급이다. 특히 수력·풍력 등 재생에너지가 많은 국가들은 화석연료 기반의 자동차를 금지하고, 적극적으로 전기차를 보급하고 있다. 남는 전기는 수소로 전환해 대형 트럭, 대형 선박 등 대형 운송수단 연료로 많이 활용될 것으로 보인다.

일곱째, 탄소중립 규제는 더욱 강화될 것이다. 2021년 유엔기후변화협약을 통해 전 세계 다양한 국가가 온실가스 감축 목표를 설정했으며, 유럽연합(EU)은 국가 간 온실가스 감축 차이를 보정하기 위한 제도로 탄소국경조정세 시행을 준비하고 있다. 또 탄소 배출량에 대해 조세를 부과하는 탄소세를 검토하고 있다. 여기에 많은 글로벌 기업도 자발적으로 ESG(환경·책임·투명경영)와 RE100에 더욱 전력을 경주할 것이다.

여덟째, 에너지 기술 혁신의 중요성이 더욱 증대돼 에너지 기술에 많은 연구개발(R&D)이 이뤄질 것이다. 재생에너지 기술, 전력에너지 효율화 기술, 배터리 및 양수발전 등 저장장치, 전력 디지털라이제이션, 탄소 포집·저장 및 활용(CCUS) 기술, 수소 및 암모니아 기술, 합성 연료 개발 등 에너지 기술 개발에 많은 투자와 노력이 경주될 것이다. 공급 일변도 기술도 수요 관리 측면에서의 기술, 특히 정보기술(IT)과 융합된 플랫폼 기술이 큰 변화를 일으킬 것이다.

아홉째, 공급이 부족할 때 전력 수요를 감축하는 수요관리(DR), 재생에너지 및 분산자원을 모집·관리하는 통합발전소(VPP), 전력 피크 시간에 유연하게 전력을 공급·소비하는 보조서비스 등 새로운 에너지 비즈니스 모델이 등장할 것이다.

열 번째, 에너지 산업에 빅데이터, 인공지능(AI) 등이 활용되는 등 IT 기반의 플랫폼 비즈니스가 형성될 것이다. 많은 센서를 활용해 대량으로 데이터를 수집하고, 빅데이터와 AI 분석 기법을 활용해 운영의 효율을 높이면서 설비 관리를 매우 효과적으로 수행할 것이다. 신재생에너지 발전 예측이 강화돼 수요 공급 조절에 많은 기여를 할 것이며, 송전과 배전에서는 센서, 빅데이터, 인공지능의 활용으로 안정적인 설비 운영과 시설 보수의 자동화가 확대될 것이다. 전력 소비자에게는 빅데이터와 AI 활용으로 합리적인 전력 소비를 유도할 수 있는 정보를 풍부하게 제공할 것으로 보인다.

< 출처 : 매경 > > 

기술에 던져진 ‘지구적 과제 10가지’

이스라엘 소렉 지역에 건설된 세계 최대규모의 역삼투압 방식의 해수 담수화 설비. IDE 테크놀로지 제공.

 

우리나라 국토 전체에 예외없이 침범한 미세먼지 재난 사태에서도 드러나듯, 지구 온난화, 해양오염 등 인류 생존을 위협하는 문제들의 특징은 국가 단위의 접근과 해결이 불가능한 지구적 차원의 과제라는 점이다. 당면한 지구적 차원의 과제를 해결하기 위한 과학기술적 시도도 활발하다. 미국의 과학기술 전문매체 <매사추세츠공대(MIT) 테크놀로지 리뷰> 최신호는 과학기술이 직면한 전지구적 과제 10가지를 꼽았다. 모두 해결이 쉽지 않은 과제 목록이지만, 우리 시대가 직면한 거대한 과제의 주소를 알려준다. 10가지 과제는 MIT 테크놀로지 리뷰 편집진이 선정한 목록이다.

 

1. 이산화탄소 포집, 격리 온실가스 배출 통제만으로는 지구 온난화의 급속한 진행을 막을 수 없다. 대기중 배출된 엄청난 양의 이산화탄소를 제거하는 게 필요한데, 막대한 비용이 소요된다. 또한 포집한 이산화탄소를 저장하고 활용할 용도를 찾아야 한다. 이산화탄소를 이용해 합성연료, 탄소섬유, 콘크리트, 폴리머 등으로 만드는 방법을 찾는 연구진과 스타트업들이 다수 생겨나고 있다. 관건은 수십억톤에 이르는 대기중 이산화탄소를 값싸게 분리해 저장하는 기술이다.

 

포집한 이산화탄소를 지하, 해저에 저장하기 위한 방법을 설명한 개념도. 한국지질자원연구원 제공

2. 재생에너지 저장법 태양광, 풍력 등 재생에너지 생산비가 낮아지고 있지만 바람이나 햇빛이 없을 경우엔 안정적 공급이 불가능하다. 재생에너지가 화석에너지 수요를 대체하려면 현재의 전력 수요를 감당할 수 있는 막대한 규모의 에너지 저장 장치가 필요하다. 과학자들과 신생기업들은 액체 배터리와 녹인 소금 탱크 등을 활용해 값싸게 에너지를 저장하는 방법을 모색하고 있다.

3. 범용 독감백신 유행성 독감은 치명적이다. 1918년 스페인독감(H1N1 독감)으로 약 5천만명이 숨졌고, 2009년에도 H1N1의 재발로 약 50만명이 사망했다. 2009년 인플루엔자는 바이러스가 상대적으로 약한 변종이었지만, 다음 변종은 다를 수 있다. 강력한 바이러스 변종은 단기간에 복제되기 때문에 맞춤형 백신이 효과적이지 못하다. 일반적 인플루엔자 변종과 100년에 한번꼴로 발생하는 재앙적 독감 바이러스에 모두 효과적인 범용 독감 백신 개발이 공중 보건의 과제다.

4. 치매 치료 65살 이상 인구의 10%, 85살 이상의 3분의1 이상이 알츠하이머 병을 앓고 있다. 세계적으로 수명이 연장되면서 알츠하이머 상태로 사는 인구가 급격히 증가하고 있다. 하지만 알츠하이머에 대한 의학적 이해는 낮은 수준이다. 정확한 진단은 사망 이후에나 가능한 상황이다. 최근의 신경과학과 유전학의 발달은 알츠하이머의 진행을 늦추거나 멈추는 방법에 대한 실마리를 내놓고 있다.

5. 해양 청정 전세계 해양을 엄청난 양의 미세 플라스틱이 부유하고 있다. 대부분이 오랜 기간에 걸쳐 버려진 비닐봉지, 빨대 등에서 배출된 것인데, 새나 물고기만이 아니라 사람마저 중독시키고 있다. 수십년간 축적된 수억톤의 미세플라스틱을 정화하는 데는 수백년이 걸릴 수 있다고 전문가들은 우려한다. 거대한 해양 쓰레기더미를 수거하는 것은 비교적 용이하지만, 해안과 바다, 수로에 대해선 해결방안이 없는 상태다.

6. 효율적 해수담수화 지구상엔 민물의 50배에 이르는 바닷물이 있다. 인구 증가와 기후 변화로 담수 수요가 계속 늘고 있다. 이스라엘은 세계 최대 규모의 역삼투압 방식의 담수화 시설을 건립해 가정의 생활용수 대부분을 공급하고 있지만, 이를 널리 보급하기엔 너무 에너지를 많이 소비한다. 새로운 형태의 멤브레인(막), 전기화학적 기술을 활용한 방법으로 관개용수를 생산할 수 있다. 그중에서도 해수를 식수 수준으로 정화하는 기술에 대한 수요가 우선적이다.

7. 안전한 무인자동차 미 애리조나주 피닉스 교외에서 자율주행차 택시 운행이 시범서비스에 들어갔지만, 일반 도로로 확대하기엔 걸림돌이 매우 많다. 도로의 교통혼잡, 눈, 안개와 같은 기상조건에서도 안정적인 운행이 가능해야 한다. 만약 자율주행차가 신뢰할 수 있는 수준으로 개발된다면 교통, 운수, 도시계획은 완전히 새로운 상상의 국면을 맞게 될 것이다. 현재 1년에 125만명에 이르는 교통사고 사망자 또한 획기적으로 감소할 수 있다.

 

지난해 보스턴 다이내믹스는 아틀라스가 뒤로 공중제비 도는 동영상을 유튜브에 공개했다. 보스턴 다이내믹스 제공.

8. 내장형 인공지능 보스턴 다이내믹스가 2018년 공개한 로봇 아틀라스는 특공대원처럼 파쿠르 동작과 공중제비돌기를 매끄럽게 시연했다. MIT의 4족보행 로봇 치타도 최근 공중제비돌기 기술을 습득했다. 딥마인드의 알파고는 2016년 이세돌9단을 꺾은 데 이어, 알파제로로 진화하며 포커와 스타크래프트 등에서도 인간을 능가했다. 하지만 아틀라스는 바둑을, 알파고는 걷기를 하지 못한다. 휴머노이드 로봇이 알파고와 같은 학습능력의 인공지능을 갖게 된다면 어떤 일이 가능할까. 많은 연구자들이 몰려들고 있는 분야인데, 해당 기술이 성공적으로 구현된다면 미래는 상상할 수 없는 변화를 만난다.

9. 지진 예측 지진은 가장 치명적 인명·재산 피해를 끼치지만 가장 예측하기 힘든 자연재난이다. 2010년 아이티 지진으로 10만명 넘게 숨졌고, 2004년 인도양 쓰나미로 인도네시아, 스리랑카, 인도 등지에서 250만여명이 사망했다. 현재 허리케인 등은 발생 몇주 전에 예측이 가능한 상태이지만, 지진은 발생 직전까지도 탐지하지 못한다. 지진을 몇 시간 전에만 예측할 수 있으면, 수백만명의 목숨을 구할 수 있다.

10. 두뇌 신경망 해독 과학 발달에도 불구하고 인간 두뇌는 여전히 미스테리의 영역이다. 생각하고 말하고 기억하는 모든 두뇌 활동은 1000억 뉴런(신경세포), 100조 시냅스의 활동이다. 이를 코드화하고 해독할 수 있다면, 조현병과 같은 정신장애를 치료할 수 있다. 또한 인간 두뇌를 전자적 신호의 형태로 해독할 수 있다면 두뇌-컴퓨터 연결(Brain-Computer Interface) 기술을 가능하게 해 사지마비, 언어장애자 등에게 새로운 표현 수단을 제공할 것으로 기대를 모으고 있다.

 

< 출처 : 한겨레신문 >