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[에너지신문] 에너지 대전환과 탄소중립은 이제 국가와 기업의 경쟁력은 물론, 지속가능성을 좌우하는 핵심 과제다. 특히 온실가스 감축에서 전력산업이 차지하는 비중이 큰 만큼, 전력산업의 탈탄소화 속도는 국가 탄소중립의 성패를 좌우한다. 우리나라 역시 2050 탄소중립을 선언하였으며, 전력산업은 무탄소 전원 확대, 친환경 전력기기 전환, 실질적인 감축 실적 확보라는 과제를 동시에 해결해야 한다.

이러한 흐름 속에서 한전 전력연구원(이하 전력연구원)은 단순 기술개발을 넘어 ‘실증과 사업화 중심의 R&D 체계’로 혁신하고 있는 가운데, 특히 에너지·환경 분야 R&D는 원천기술 확보를 넘어 연구성과를 현장 적용과 시장 가치로 연결하는 ‘스케일업(Scale-up)’에 집중해야 한다. 현재 전력연구원의 에너지·환경 R&D는 이러한 방향 아래 대규모 현장 실증 단계에 진입하고 있다.

전력연구원은 ‘현장 검증 없이는 사업화도 없다’는 원칙 아래 실증을 최우선으로 신뢰성과 사업성을 검증하고 있다. 현장에서 축적된 신뢰도 높은 데이터를 바탕으로 상용화 리스크를 줄이고, 개발된 기술이 신속하게 현장에 적용될 수 있도록 하고 있다.

▲수소 가스터빈 시험 리그.

◆발전 현장 탈탄소화 이끄는 ‘청정수소 생산 및 활용 기술’

발전 분야의 탄소중립을 위한 핵심 기술 중 하나가 청정수소다. 청정수소가 전력에너지 산업의 탄소중립을 위한 진정한 에너지 솔루션이 되려면 경제성이 있고 안정적으로 청정수소를 ‘생산’하는 기술과 생산된 수소를 효율적으로 전력과 열로 ‘활용’하는 기술이 함께 확보되어야 한다. 전력연구원 청정수소 R&D의 특징도 생산과 활용을 동시에 고려하여 기술을 개발하는 것이다.

생산단계에서는 차세대 블루수소와 청록수소 생산기술을 개발하고 있다. 차세대 블루수소 생산기술(CLWS)은 일반적인 블루수소 생산기술에 비해 설비가 단순하고 비용과 효율이 우수한 장점을 가지고 있으며, 전력연구원은 원천기술 확보와 국제표준 개발을 주도하고 있다. 청록수소는 천연가스를 분해하여 수소와 고체탄소로 분리하는 기술로, 수소 생산효율이 높고 고부가가치 탄소 생산이 가능한 고체촉매 방식의 기술을 개발하고 있다.

활용 단계에서는 수소·암모니아 가스터빈 연소기 개발 및 실증 기술을 개발하고 있다. 국내 최초로 구축한 무탄소 가스터빈 연소 시험센터를 활용해 수소·암모니아 연소 시험을 수행하고 있으며, 암모니아 전소 가스터빈 기술은 미국 EPRI 등 국내외 기관과 협력하여 개발을 선도하고 있다. 이는 기존 LNG 복합발전소를 폐지하지 않고 무탄소 발전으로 전환할 수 있는 현실적인 경로다.

◆전력망 화재·환경 리스크 줄이는 ‘친환경 합성 에스테르 절연유 국산화 기술’

발전 부문의 무탄소 전환과 함께 전력망 자체의 친환경 전환도 중요하다. 탄소중립과 ESG 경영이 글로벌 산업 전반의 핵심 과제로 부상하면서 전력산업에서도 친환경 전환 요구가 빠르게 확대되고 있다. 특히 해상풍력, 데이터센터, 도심형 지중변전소 등 고밀도 전력설비가 증가하면서 기존 석유계 절연유의 화재 위험성과 환경오염 문제가 주요 이슈로 떠오르고 있다.

전력연구원이 자체 개발한 친환경 합성 에스테르 절연유 ‘K-Ester’는 원천 분자 설계부터 국제 인증, 생산 공정 표준화까지 독자 기술 기반을 확보했다. 독자 분자 설계 기술을 적용해 인화점 250°C 이상, 유동점 -50°C 수준의 저온 특성 및 생분해성을 확보했으며, 국제표준 IEC 61099에 부합하는 13개 주요 성능 지표를 만족했다.

전력연구원은 한전 해상풍력사업처와의 협업을 통해 신안 및 서남해 해상풍력 시범단지를 대상으로 K-Ester의 선제적 적용 방안을 검토하고 있다. 또한 배전급에서 송변전급까지 단계적인 실증 로드맵을 수립하고, 실운전 데이터를 기반으로 ‘에스테르 특화 AI 기반 예방진단 솔루션’의 고도화도 병행할 계획이다.

▲블루수소 기술 원리.

◆대용량 온실가스 감축 위한 ‘SF6 전주기 기술’

친환경 전력기기로의 전환과 더불어 기존 전력설비에서 발생하는 온실가스를 직접 감축하는 기술도 필요하다. SF6는 절연 성능과 소호 성능이 매우 우수하여 전력망의 안정적 운영을 위해 오랜 기간 필수적인 절연가스로 활용되어 왔다. 그러나 지구온난화지수(GWP)가 이산화탄소 대비 23,900배에 달하는 대표적인 온실가스다. 따라서 도입, 사용, 회수, 정제, 재활용 및 폐기에 이르는 전 과정을 체계적으로 통제하는 ‘SF6 전주기 관리기술’이 중요하다.

SF6 정제기술은 폐가스에서 불순물을 제거해 SF6를 99.9% 이상의 고순도로 회수할 수 있으며, 2020년 신옥천변전소에 SF6 정제센터를 구축해 운영하고 있다. 제3차 계획기간에는 총 26.4톤의 SF6를 회수·정제하여 누적 약 62.9만 톤CO2eq의 온실가스 감축 실적을 달성했다.

재사용이 어려운 폐 SF6는 분해 처리하여 지구온난화 영향을 근본적으로 차단해야 한다. 전력연구원은 SF6를 고온에서 99% 이상 분해하고 발생하는 강산성 부산물 역시 99% 이상 무해화할 수 있는 기술을 확보했다. 향후에는 외부 기관이 보유한 폐 SF6를 처리하여 상쇄배출권을 확보하는 모델을 중심으로 사업화를 추진할 예정이다.

◆폐기물을 에너지 자원으로...‘축분 고체연료 열병합 기술’

탄소중립 기술의 범위는 전력설비를 넘어 폐자원의 에너지화로도 확장되고 있다. 국내 가축사육 시 발생하는 분뇨는 연간 약 5천만 톤을 웃도는 수준으로 배출되고 있으며, 대부분 퇴·액비화 방식으로 처리되고 있다. 그러나 농경지 감소와 악취 민원 등으로 전통적인 퇴비화 처리의 한계가 뚜렷해지고 있다. 전력연구원은 가축분뇨를 고체연료로 만들어 전용 보일러에서 연소하여 난방열과 전력을 생산하는 기술을 개발하고 있다.

경북 청송에 구축한 2MWth급 난방시스템은 축분 고체연료를 활용해 농가에 열에너지를 공급하며, 기존 전기보일러를 대체한 뒤 농사용 전기 사용량을 약 80% 줄이는 효과를 거뒀다. 또한 ‘농촌지역에서 가축분뇨 고체연료를 활용한 연료전환 사업의 방법론’이 환경부 외부사업 방법론으로 등록되면서 탄소감축 사업모델로 확장할 수 있는 기반을 마련했다.

2026년 이후에는 축분 고체연료의 활용 범위를 발전 분야로 확대하기 위한 후속 연구가 본격화되고 있다. 4MWth급 열병합발전용 전소 보일러 실증과 10MWth급 상용 설계 패키지 확보를 목표로 축분 고체연료 100% 전소 기반의 분산형 열병합 발전 기술 확보를 추진하고 있다.

▲SF6 정제 및 분해기술.

◆R&D 성과에서 산업적 가치로

에너지전환과 탄소중립이라는 시대적 과제와 전력산업 구조 전환의 무게는 결코 가볍지 않다. 그러나 전력연구원은 이 거대한 변화를 성장의 기회로 전환할 기술 역량과 실행 기반을 갖추고 있다. 앞서 살펴본 4대 대표 기술은 개별 성과를 넘어 ‘실험실의 혁신’이 ‘현장의 실증’을 거치고 다시 ‘제도와 비즈니스’로 연결될 때 탄소중립 기술이 비로소 산업적 가치를 갖게 됨을 보여준다.

앞으로 전력연구원은 핵심 기술의 완전한 국산화를 통한 ‘기술 자립’, 외부 감축 사업 확대를 통한 ‘수익 모델의 제도화’, 검증된 기후테크의 ‘글로벌 시장 진출’을 향해 R&D를 더욱 가속할 것이다. 감축 실적은 배출권 수익으로, 국산화는 에너지 안보 가치로, 실증 성과는 국내외 신사업 동력으로 이어져 전력산업의 지속가능한 전환을 뒷받침할 것이다.

출처 : 에너지신문(https://www.energy-news.co.kr/)