[동향분석] 에너지 기술개발 동향 및 우리나라 전략(II)

II. 우리나라 에너지기술개발 현황 1. 에너지 환경 우리나라 에너지 사용량은 경제성장과 함께 급속도로 확대되어 현재 세계 10위의 에너지 다소비국이며, 온실가스 배출량은 9위에 달하고 있다. 2002년 기준으로 에너지소비량 215백만TOE (인당 4.5TOE), 온실가스 배출량 155백만TC (인당 3.25TC)의 규모로서 에너지수입액은 383억불에 달한다. 에너지사용량 규모가 바로 국력의 지표이며, 지난 30여년 사이 엄청난 변화를 실감할 수 있다. 문제는 우리나라의 에너지 환경이 여러 면에서 취약하기 짝이 없다는 점이다. 우선, 우리는 필요한 에너지를 모두 수입해야 하는 안보의 취약성이다. 소규모의 무연탄과 수력, 신재생 에너지를 제외한 97% 이상을 수입하고 있다. 석유의 경우, 하루 소비량은 약 210만 배럴에 해당하며, 이는 바로 전쟁 중인 이라크의 수출 전량을 우리나라가 수입해오는 규모다. 중국의 급성장에 따른 석유수입 수요의 증가로 세계 석유시장 확보 경쟁은 더욱 더 치열해질 것으로 전망되어 국가적 중대한 과제가 아닐 수 없다. 둘째는 현 에너지다소비 경제사회구조를 고부가가치의 고효율구조로의 전환이 시급한 점이다. <그림 1>의 선진국들 사례에서 보듯이, 우리나라도 에너지의 추가적 증가 없이도 지속성장이 가능할 수 있도록 경제성장과 에너지소비와의 비례적 관계를 유리화(decoupling) 시켜야 할 시점에 도달하고 있다. 이를 위해 산업구조를 고부가가치 산업으로 전환하고, 아울러 각 부문에서 에너지 고효율 기술개발과 과감한 설비투자가 필요하다.

셋째는 기후변화협약의 효율적 대응 문제다. 현재 우리나라는 다행히 교토의정서상 온실가스감축 의무대상국에 포함되지 않고 있으나, OECD 회원국이며 세계 9위의 온실가스 배출국이라는 측면에서 다음 단계의 추가적 대상국 논의에서는 포함될 가능성이 매우 크다. 물론 미국을 비롯한 중국 등 개도국의 참여문제로 인하여 교토의정서 이후 전개될 새로운 틀(Post-Kyoto Framework)의 향방이 매우 불확실한 상황이지만, 이와는 무관하게 우리로서는 비용 효과적이며 국가경제에 최소한 부담을 주는 구체적인 대책을 마련해야 할 시점이다. 에너지 기술력 확보만이 우리가 처한 이러한 중차대한 과제들을 근본적으로 해결할 수 있는 방안이라 판단된다. 특히나 전량 수입에 의존해야 하는 취약한 에너지환경 구조 하에서 그 어느 국가보다도 더욱 중요한 정책과제라 아니할 수 없다. 중단기적인 측면에서 해외자원개발 및 자원외교 등을 통한 안정 확보 노력과 함께, 효율향상 및 절약생활을 통하여 수요의 규모를 최대한 줄이고 아울러 장기적인 측면에서 환경친화적 신재생 에너지의 개발을 촉진해야 할 것이다. 특히 수소/연료전지, 태양광등 분야는 미래 세계 에너지 시장을 주도할 것으로 전망되는 첨단기술 분야로서 국가경쟁력에 엄청난 영향을 줄 것으로 예상된다. 에너지자원의 보유가 아닌 에너지기술력이 국가의 경쟁력을 좌우하게 될 미래를 대비해야 한다. 2. 에너지기술개발 현황 최근 몇 년 사이 정부는 에너지기술의 중요성을 재인식하고 재정, 조직 및 장기계획 등 여러 면에서 정책적 노력을 크게 기울이고 있다. 우선 신재생 에너지를 중심으로 한 에너지기술개발의 정부예산이 대폭적으로 증가하고 있고, 중점 기술별로 사업단 체제를 갖추고 있으며, 정부조직 측면에서는 최근 신설된 과학기술 혁신본부 내에 우리나라의 에너지 및 환경기술 분야를 총괄·조정하는 에너지환경심의관이 신설되었다. NT, BT, IT 등과 함께 그 중요성이 크게 부각되고 있는 점은 매우 고무적이라 할 수 있다. 우리나라 에너지기술개발은 1987년 대체에너지 기술개발촉진법의 제정과 함께 본격적으로 시작되었고 에너지효율기술, 청정기술, 자원기술 및 원자력기술 등으로 다양화되어 왔다. 정부로서는 에너지정책 부서인 산업자원부와 연구개발 부서인 과학기술부에서 주도하고 있으며, 중단기적으로 실용화/상업화를 우선하는 기술들을 중심으로 에너지효율, 신재생, 청정, 자원기술 등의 연구개발은 산자부에서 추진하고, 장기적 추진이 필요한 분야인 원자력기술과 2개의 프론티어 사업 (온실가스 저감 및 처리기술, 고효율 수소 생산/저장/수송기술)은 과기부에서 담당하고 있다. 본고에서는 최근 수소경제와 관련 크게 부각되고 있는 ‘신재생 에너지 기술개발’과 ‘에너지효율기술’ 및 과학기술부에서 주도하는 ‘2개의 Frontier 사업’의 내용을 소개하고자 한다. 신재생 에너지 기술개발 관련, 지난해 초 업무보고에서 산업자원부는 ‘수소경제’ 이행기반 구축을 위해 금년을 ‘수소경제 원년’으로 삼아 기술개발 및 시범 프로젝트를 추진하고, 수소경제 구현을 위한 종합마스터플랜을 상반기 중 수립할 계획임을 밝혔다. 시범사업으로는 연료전지의 경우, 자동차(80kW급)와 버스(200kW급) 및 발전소 (250kW급), 다목적용 로봇 등을 추진하고, 아울러 수소·연료전지와 태양광·풍력·지열 등을 결합한 청정에너지 실증단지인 Power Park를 건설하며, 연료전지와 단열재를 활용하여 에너지소비를 70% 이상 절감할 수 있는 고효율 주택사업을 추진할 계획이다. 또한 연구개발 역량제고 및 연구기반 확대를 위하여 산·학·연 공동연구 지원을 위한 분야별 ‘핵심기술 개발 센타’를 조성하며 (금년 중 세계적 규모의 ‘태양전지 FAB(Fabrication) 센터’를 설치할 계획), 체계적인 전문인력 양성을 위해서는 주요 기술 분야별로 ‘특성화대학’을 지정·육성토록 할 계획이다. 국제협력분야는 IPHE, REEP 등 국제기술협력 및 표준화에 적극 참여하고, 최대 에너지시장으로 부상하고 있는 아시아시장 공략을 위해 중국, 몽골과의 협력사업을 확대하며, 아울러 미국, 일본, EU 등 선진국과의 기술협력을 위한 양자협력사업을 적극 개발해 나갈 계획임을 밝히고 있다. 제2차 신재생 에너지 기술개발 및 이용·보급 기본계획(2003~2012) 에 의하면, 2012년까지 총1차 에너지 소비량 중 5%를 신재생 에너지로 공급하고, 또한 총 전력생산량 중 7%를 신재생 에너지 전력으로 공급하는 정부의 보급목표를 설정하고 있다. 이를 위하여 산업적 파급효과가 큰 3대 중점분야 (수소·연료전지, 태양광, 풍력)를 선정, 전략적으로 집중 지원하여 2012년까지 태양광 및 연료전지부문 세계 3위의 기술력을 확보토록 하겠다는 목표를 수립하였다. <표 1>에서 보듯이, 연료전지의 경우 2012년까지 세계시장의 20%를 점유하고 국내에는 발전사업용 연료전지 (MCFC, 250kW급) 를 300기 시범보급 하는 등 야심 찬 목표를 추진할 계획이다. 또한 태양광의 경우에도 세계시장의 7%를 점유하고, 국내에는 태양광주택 10만호 보급 등 원자력발전소 1기 규모에 해당하는 총 1,300MW를 보급할 목표를 추진하고, 풍력의 경우 대규모 풍력단지 조성으로 원자력 발전소 2기 규모의 2,250MW 보급을 목표로 하고 있다. 특히 용융탄산염 연료전지 (MCFC)의 경우, 그동안 기술개발 투자 및 노력으로 우리나라가 이미 세계 4위 기술수준에 위치하고 있으며, 발전소에의 시범설치·운전실험을 거쳐 조만간 실용화 단계에 도달할 것으로 전망하고 집중적인 지원이 필요함을 강조하고 있다. 본 계획에 의거, 3대 중점분야에 대한 사업단이 2003년도에 선정되었고, 정부의 대폭적인 예산지원이 이루어졌다. <그림 3>은 신재생 에너지를 포함한 에너지효율/절약분야 및 청정기술, 자원 기술 등 산업자원부 소관의 에너지기술개발 예산 (에특회계분)의 추이를 나타내고 있으며, 신재생 에너지 기술개발 예산이 2003년 이후 급속도로 증가하고 있음을 알 수 있다. (’02년도 259억원 → ’03년도 322억원 → ’04년도 594억원 → ’05년도 794억원).

이러한 기술개발 예산의 증가 뿐 아니라 보급의 촉진을 통한 관련 산업의 육성 및 선진기술력 확보를 도모하기 위해, 정부는 시범보급사업에 대한 지원을 대폭 강화하고 아울러 풍차 및 태양광 등 신재생 에너지로서 전력 생산·판매 시 ‘발전차액 지원제도’를 도입하고 있다. (참고로 현 기준가격은 풍력의 경우 107.66원/kWh, 태양광의 경우 716.40원/kWh). 에너지효율·절약기술의 경우, 에너지이용합리법에 근거한 ‘에너지기술개발 10개년계획’이 근간이 되고 있다. 대상 기술 분야는 수요처가 다수이며 파급효과가 크고 공공성이 높은 기술을 대상으로 산업, 가정, 상업, 교통 등 전 부문에 해당된다. 2004년 12월 산업자원부에서 발표한 ‘에너지원단위 개선 3개년계획’에 의하면, 향후 3년 사이 에너지원 단위를 8.6% 개선하고, 지속적으로 추진하여 2020년도에는 OECD 평균수준까지 향상시킬 계획이다. *에너지원단위 개선목표 (TOE/천$, ’95년 불변가격기준) : ’04년도 0.303 → ’07년도 0.277 → ’12년도 0.248 → ’20년도 0.198 이의 달성을 위하여 산업부문의 경우, 자발적 협약 참여업체의 확대 및 세제금융 지원을 통한 공정혁신을 유도하는 한편 다소비 사업장의 진단을 의무화하고, 수송부문의 경우, 자동차 기준평균 연비기준을 설정·고시하며, 가정사업부문의 경우, 소형열병합 발전의 보급 및 조명기기 등 고효율기기의 보급을 확대하는 등 총 88개 세부과제를 추진할 계획이다. 장기 에너지정책에 부합하는 기술개발을 추진하기 위하여, ‘에너지기술개발 10개년 계획’을 면밀히 재검토하여 기후변화협약정책과의 연계를 강화하는 새로운 정책방향을 정립할 계획이며, 아울러 에너지기술개발 관련 사업의 종합조정 및 역할분담을 위한 심의위원회를 구성, 운영할 계획이다. 과학기술부에서는 에너지 기술 분야에 2개의 프론티어 사업단을 지원하고 있다. 중장기적으로 획기적인 에너지기술력을 낳게 될 핵심 원천기술개발에 초점이 맞추어진 것으로서, 2002년도에 ‘CO₂저감 및 처리기술개발사업단(이하 CO₂사업단)’을, 2003년도에 ‘고효율 수소에너지생산·저장·이용기술개발사업단(이하 수소사업단)’을 출범시킨 바 있다. ‘CO₂사업단’은 2012년까지 기술개발을 통하여 탄소 9백만 톤의 배출을 절감시키는 목적을 설정하고 이를 달성하기 위해 4대 핵심원천기술을 선정, 추진 중이다. 경제적인 산소 확보를 통하여 연소효율을 획기적으로 강화할 수 있는 고온 순산소 연소기술과 화학/석유공장의 대표적인 에너지다소비공정인 반응 및 분리공정을 동시에 단일공정에서 처리하는 반응분리 동시공정기술, 하천·지열 등에 존재하는 막대한 양의 미활용 에너지 이용기술 및 CO₂의 회수/분리/처리(Sequestration)기술들이 골격을 이루고 있다. 이들은 위험부담이 높은 고난도의 기술들이나 성공 시 지대한 파급효과를 거둘 것으로 기대된다. ‘수소 사업단’의 경우, 자연에너지를 활용한 5Nm3/hr 급 물(水) 분해 수소제조기술과 수소에너지 시스템에 활용할 수 있는 고효율 저장/이용 시스템 및 안전관리/평가 기술개발을 목표로 하고 있다. ①수소 제조기술의 경우, 20Nm3/hr 규모의 천연가스를 이용한 수소제조 공급시스템의 실증과 자연에너지를 활용한 5Nm3/hr급 물 분해 수소제조시스템의 실증을 목표로 하고 있고, ②수소 이용기술의 경우, 10kW급 수소 연소 리니어 동력/발전시스템 실증 (열효율 40%이상)과 안전이용 및 기술평가 확립을 목표로 하고, ③수소저장의 경우, 700기압의 이동형 수소기체 저장시스템의 실증과 금속/화학수소화물, 나노 재료를 이용한 저장기술의 실증을 목표로 하고 있다. 짧은 기간 동안에 정부의 적극적인 정책 지원으로 에너지 기술력을 높힐 수 있는 제반 여건이 크게 향상되었다고 말할 수 있다. 문제는 이에 걸맞는 내실을 구축하는 것이라 생각된다. 명실 공히 우리나라 에너지 기술력이 세계적인 수준으로 도약하기 위해 비전과 목표, 그리고 합당한 기술개발 체계를 정비하는 것이 필요하며 지금이 그 중요한 시점이라 생각된다. <다음 호에 계속됩니다>