[해외기술특집] 일본의 온실가스 삭감을 위한 에너지 혁신 기술

일본의 온실가스 삭감 계획, 'Cool Earth - 에너지 혁신 기술 계획'

일본 경제산업성(經濟産業겛)에서는‘2050년 세계 온실가스 반감(半減)’이라고 하는 목표 달성을 위해, 에너지 분야에서 혁신적 기술 개발을 추진하는 ‘Cool Earth - 에너지 혁신 기술 계획’을 책정했다.
2007년 5월, 일본은‘아름다운 별 50’이라는 지구온난화 대책 제안을 공표했다. 여기에서는‘2050년까지 세계 온실가스 반감’이라는 장기 목표를 내세우고 있다. 현재 계속 증가하는 이산화탄소 배출에 제동을 걸어 대폭 감소시키기 위해서는 기술 보급과 함께 혁신 기술을 개발하여 보급시켜 나가는 것이 꼭 필요하다. 이에 따라 일본은 아마리 아키라(甘利明) 경제산업성 대신을 주축으로 산·학·관의 리더로 구성된 회의를 열고, 2007년 8월부터 검토하기 시작해 2008년 3월‘Cool Earth - 에너지 혁신 기술 계획’을 공표했다.
본 계획에서는 향후 일본이 중점적으로 취해야 할 21가지의 기술을 선정했다. 기술 선정에는 다음의 세 가지 요건에 부합하는 기술을 선택하여 혁신 기술을 도입한다. 그 첫 번째 요건은 기본적으로 기술 보급에 필요한 시간을 고려하여 2030년까지 실용화할 수 있는 기술일 것, 두 번째는 새로운 원리 활용 및 제조 프로세스 혁신, 시스템으로서의 실증을 통해 비약적인 성능 향상 등을 실현하는 기술일 것, 세 번째는 일본이 세계를 리드할 수 있는 기술이어야 한다는 것이다. 조건에 맞는 기술로는 발전분야 화력발전 등에서 화석연료로 인해 배출되는 이산화탄소를 회수하여 땅속에 저유(貯괨)하는 기술 및 현행 3~4배의 효율을 가지는 혁신적인 태양광발전, 차세대 경수로와 같은 선진 원자력발전 등을 채택했다. 또 운수 부문에서는 가정용 전원에서 충전 가능한 플러그인 하이브리드 자동차 및 전기로 주행하는 전기자동차, 바이오매스 연료 등을 들었다. 민생 부문에서는 고효율 히트펌프, 에너지 절감형 정보기기·시스템 등을 들었다. 또한 이렇게 각 부문마다 필요로 하는 기술과 함께 부문 횡단적으로 필요로 하는 기술로는 전력 저장 기술, 파워일렉트로 닉스 등을 들고 있다. 온실가스 반감이라고 하는 야심적인 목표를 달성하려면 어느 하나의 기술만 채택해서는 충분하지 않다. 또 부문 간 제휴를 염두하고 기술 개발을 행하는 것도 중요하다. 예를 들어 태양광발전 등의 재생 가능한 에너지 개발·도입에 따라 계통 안전화를 위한 축전지 개발도 중요해져 직류전류를 유효하게 활용하기 위한 인버터 기술도 필요해졌다. 그러나 이러한 기술 개발에는 리스크와 시간이 따른다. 특히 에너지 기술 개발에는 인프라 정비를 위해 필요한 것도 많고 시간도 많이 걸린다. 이를 위해 본 계획에서는 장기간에 걸쳐 착실하게 기술 개발하기 위한 로드맵을 책정했다. 기술 실용화 시기 및 기술 개발 목표가 되는 이정표를 설정하여 착실한 기술 개발을 추진한다. 실용화를 위한 과제, 달성해야 하는 이정표를 명시하여 산·학·관 관계자는 공통 인식을 가지고 일체적으로 기술개발을 진행해야 한다.
여기에서는 석탄 화력발전 기술의 로드맵을 소개한다. 현재 가장 효율이 높은 석탄 화력발전 기술인 초초임계압발전(USC)에서는 효율이 42%에 달하는데, 본 계획에서는 선진 초초임계압발전에 의해 2020년에 48%의 실용화를 목표로 기술 개발을 추진하고 있다. 또 석탄을 가스화하여 발전하는 석탄 가스화 복합발전(IGCC) 및 연료전지에 의해 발전하는 석탄가스화 연료전지발전(IGFC)에 의해, 효율 향상을 목표로 더욱 기술 개발을 추진하고 있다.
구체적으로 말하면, 2015년 IGCC에 의한 발전 효율은 48%, 2025년 IGFC에 의한 발전 효율은 55% 실현을 목표로 기술 개발을 추진하고 있다. 이러한 기술 개발과 함께 궁극적으로 이산화탄소 배출을 거의 제로로 하는 혁신적 기술 개발도 필요하다. 이를 실현하는 것이 이산화탄소 회수·저유 기술(CCS : Carbon Dioxide Capture and Storage)로, 전 세계적으로 이 기술에 대한 기대가 높다. 미국과 유럽에서도 적극적으로 기술 개발이 진행되고 있지만, 과제는 코스트다. 가장 코스트가 많이 드는 부분은 회수하기 위한 코스트로, 이산화탄소를 선택적으로 분리하는 막(膜) 기술 개발 및 고효율 흡수액 개발이 필요하다. 또 회수·저유된 이산화탄소가 오랫동안 안정적으로 저유되는 것을 모니터링하기 위한 기술도 필요하다.
본 계획에서는 이러한 기술의 조기 개발과 함께 대규모 실증에 착수하여 2020년경 실용화를 목표로 기술 개발을 추진하고 있다. 일본뿐 아니라 향후 동아시아를 중심으로 석탄 화력발전 증가가 예측되는 가운데, 이 기술은 이산화탄소를 삭감하기 위해 매우 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 특히 중국 발전(發電)의 80%는 석탄에 의한 것으로, 중국이 미국을 능가하는 이산화탄소 배출국이 될 것이라는 IEA(국제에너지기관) 예측에 따라 석탄의 고효율 이용, 나아가서는 제로 에미션(Zero Emission : 배출 제로)化를 위한 CCS기술의 역할이 클 것이라고 생각된다.
한편 발전 분야와 함께 중요한 분야로서 운수 부문이 있다. 운수 부문의 차세대화는 일본이 책정한 신·국가 에너지 전략에서 있어서 주요 정책이기도 한 데다 전 세계적으로 이산화탄소를 대폭 삭감하기 위해서도 운수 부문의 대책은 매우 중요하다. 이에 대한 대책으로 플러그인 하이브리드 전기자동차가 있다. 이미 하이브리드 자동차는 상용화가 진행되고 있지만 플러그인 하이브리드 자동차는 전기로 주행할 수 있는 거리가 보다 긴 자동차로, 그만큼 삭감 효율도 크다. 전기로 주행이 가능하며 이산화탄소 배출 삭감 효율도 높은 전기자동차는 배터리 기술 개발이라는 과제가 있다. 로드맵에서는 리튬이 온 전지의 배터리 성능을 2015년에 1.5배, 코스트는 1/7로, 2030년에는 성능을 7배, 코스트를 1/40로 하는 이정표를 설정하고 있다.



본 계획에서는 이처럼 향후 기술 개발을 진행하는데 있어 극복해야 할 기술 과제 및 실용화 기대, 기술 개발 목표의 이정표를 설정한 로드맵을, 선정한 21가지 기술에 대해서 책정했다. 로드맵에서는 일본 기술이 우위에 있다고 분석하지만 많은 분야에서 미국, 중국, 한국 등이 추격하고 있으며, 태양광 발전 및 배터리 기술과 같이 일본이 기술적으로 우위에 있다고 생각되는 분야에서도 세계 각국에서 거국적으로 기술 개발 지원을 행하고 있다.
또한 환경 에너지 기술을 개발하는 벤처 기업에 대한 투자도 활발히 이뤄지고 있다. 특히 첨단 기술을 개발하려면 이(굋)분야와의 융합에 의한 프런티어(Frontier) 개척이 중요한데, 이를 위해 해외 우수한 인재를 초빙하거나 첨단 해외 연구기관과 협력하여 기술 개발을 진행하는 것도 필요하다.
또한 기술 개발뿐 아니라 그 성과를 원활하게 사회에 도입하기 위해서는 인프라 정비 및 필요한 제도적 과제에 있어서도 대책이 필요하다. 예를 들어 전기자동차의 경우에는 기술 도입과 함께 충전 인프라 정비 및 배터리 안전 대책, 표준화·규격화를 위한 대응이 필요하다.
어느 한 나라의 노력만으로는 세계 온실가스 배출량 반감이 실현될 수 없다. IEA 에너지 기술 전망 2006판에 의하면, 에너지 사용에 따른 이산화탄소 배출량은 약 270억 톤으로, 2050년에는 2배 이상인 580억 톤까지 늘어날 것으로 예측하고 있다.
2005년을 기준으로는 400억 톤이 넘는 이산화탄소 배출량을 삭감해야 세계 온실가스를 반으로 줄일 수 있다. 중국 등 신흥국에서의 급속 경제 성장 및 모터리제이션(Motorization : 자동차의 대중화 현상)에 의한 왕성한 에너지 수요를 고려하면, 이산화탄소 배출량 삭감을 위해서는 전 세계가 기술 및 정책을 총동원해야 할 정도다. 기술 개발에 있어서도 세계 각국과 협조하여 빠르게 기술 개발을 진행하고 성과를 세계적으로 보급시켜야 한다.
지금까지 많은 국제회의에서 기후변동 문제에 대응하기 위한 기술 개발의 중요성이 지적돼 왔다.
2007년 독일 하이리겐담 정상회의 성과 문서에서는‘기술은 에너지 안전 보장을 강화함과 동시에 기후변동을 억제하는 열쇠’라고 명시하며, 2007년 말에 개최된 기후변동범위조약체결국 회의에서 차기범위 요소를 정한 발리 행동계획 중에서 혁신적 기술을 채택했다. 미국이 주최한 기후변동과 에너지 안전보장에 관한 주요 경제국 회의에서도 기술 개발은 중요한 의제의 하나로 활발히 논의돼 왔다. 이와 같이 기후변동 문제 대응과 에너지 안전보장의 확립은 세계적으로 공통된 과제로, 이것을 극복하기 위해서는 에너지 기술이 불가결하다고 하는 인식이 국제적으로 높아지고 있다. 하지만 안타깝게도 실제 에너지 분야에서 세계의 정부 연구 개발 투자액은 오일쇼크 이후 정체돼 있는 실정이다. 이산화탄소 배출량 반감이라고 하는 도전 목표를 위해서는 전 세계가 협조하여 필요한 연구 개발 투자를 확보하고 기술 개발을 추진하는 것이 중요하다. 본 계획에서는 기술 개발에 있어서의 국제 제휴 방향성에 대해서도 정리했다.
그중 하나로, 국제적으로 기술 개발 로드맵을 공유하는 것을 제안한다. 어느 기한까지 어느 정도의 기술을 개발할 것인지 국제적 공통 의식을 가지고 개발하는 것이 중요하다. 이 때문에 국제적으로 협력할 수 있는 것은 협력하고 서로 연구 자원을 보완하면서 기술 개발을 추진해야 한다. 기술 개발 로드맵과 같은 장기적인 기술 전략 책정은 일본뿐 아니라 미국에서도 기술 개발 정책의 일환으로 검토·책정이 진행되고 있다. 또 IEA에서도 에너지에 관한 기술 개발 로드맵 책정을 위한 작업이 진행되고 있어, 이러한 로드맵을 벤치마킹하여 각국이 기술개발에 대한 장기적인 방향성을 공유하고 착실하게 기술 개발해야 한다.
일본은 위에 언급한 내용을 바탕으로 향후 여러가지 기회를 마련하여 발신(發信)할 예정이다. 이미 치바(千곸)에서 개최된 G20에서 이를 소개함과 동시에, 주요 경제국 회의(미국 주최) 프로세스의 하나인 클린 에너지 기술에 관한 국제 워크숍을 주최하여 이러한 내용을 설명했다.
IEA에서도 국제적인 에너지 기술 로드맵에 관해 검토하기 시작해 각국의 로드맵에 관한 의견을 모아 워크숍을 개최할 계획이다. 하지만 이런 기술 개발 방향성의 공유에만 머무르지 않고 각각의 에너지 기술에 대해서 국제 파트너십을 맺어 기술 개발에서 국제적인 제휴를 도모함으로써 이를 계속 강화시켜 나가는 것이 중요하다. 그 예로 이산화탄소 회수·저유 기술에 관한 국제협력으로 Carbon Sequestration Leadership Forum(CSLF)이라고 하는 것이 있다. 여기에서는 IEA와 제휴하여 국제적인 기술 개발 동향 및 CCS 도입에 필요한 제도면에서의 과제, 환경 영향 평가 등 기술 개발 이외의 필요한 조치에 대해 미국을 포함한 20개국 이상의 국가가 참가하여 정보를 교환하고 있다. 연료전지분야에는 International Partnership for Hydrogen Economy(IPHE)라고 하는 조직이 있어 수소 및 연료전지 기술의 연구 개발, 실증 및 표준화를 촉진하기 위한 정보 교환이 이뤄지고 있다. 이러한 조직망을 활용하여 국제적으로 제휴하면서 기술 개발을 진행해 가는 것이 필요하다. 또 관련 기존 조직망과 함께 새롭게 제휴가 필요한 분야에서도 국제적인 제휴 아래 혁신적인 기술 개발을 추진해야 한다.
일본은 2008년부터 혁신적인 태양광발전 기술 분야에서 국제적 연구 거점을 정비하고 국내외 유력 연구기관과 네트워크를 구축하여 효과적으로 기술을 개발할 예정이다. CCS 기술 분야에서도 호주 등에서 실증 프로젝트를 통해 제휴를 강화할 것이다.
최근 호주와 일본 기업 간에 실증 프로젝트 실시에 관한 합의가 이루어져 프로젝트가 본격적으로 가동 될 예정이며, 중일(中日) 수뇌회담에서도 국가 간 CCS기술에 관한 협력 합의가 이뤄졌다. 또 정보화의 진전에 따른 정보통신기기·시스템 에너지 절감화가 국제적으로도 큰 과제로 대두되자 일본은 에너지 절감형 정보통신기기·시스템 즉,‘ 그린IT’개발에 의한 환경 공헌을 국내외로 발언하기 위해 국제 심포지엄을 개최했다.
분야 및 기술에 있어서는 민간 기업에서의 국내외 경쟁이 기술 개발을 주최하는 큰 원동력이 되기도 한다. 이 때문에 기술 발전 단계 및 경쟁 상황, 민간기업의 대응 상황 등에 따라 경쟁과 협조의 밸런스를 맞추면서 국제적인 제휴를 진행시켜 효율적으로 기술 개발을 추진하는 것이 필요하다.
2050년에는 에너지 공급 측에 고효율·저코스트의 혁신 태양광발전 및 원자력, CCS기술 등의 제로에 미션화된 에너지 공급 시스템이 도입되고, 수요측에서는 IT 기술을 구사한 고효율 에너지 소비 관리 등 대폭적인 에너지 절감이 실현된다. 운수 부문에서는 전기자동차, 연료전지 자동차와 같은 차세대 자동차 도입이 진행되어 대폭적인 저탄소화가 실현된다. 산업 부문에서도 혁신적 기술 도입에 의해 한 단계 효율화된 프로세스가 실현된다. 이처럼 세계 온실가스의 반감을 위해서는 이상과 같은 궁극의 에너지 수요 시스템 실현이 절실하다.
일본 경제산업성에서는 본 계획의 실행을 향한 제1보로, 2008년에 약 630억 엔의 예산을 요구하고 있다. 산·학·관의 관계자와의 긴밀한 제휴 아래 지속적으로 본 계획을 착실히 진행해 나갈 예정이다.

교토의정서 의무이행 기간(Commitment Period) 이산화탄소 배출 감축 목표를 달성하는 기간을 의미하며, 현행 교토의정서의 겨우 5년 단위로 의무이행 기간을 설정하고 있다. 1차 의무이행 기간은 2008년부터 2012년, 2차 의무이행 기간은 2013년부터 2017년, 3차 의무이행 기간은 2018년부터 2022년까지다.