지난 2022년 1월 나주 혁신 산단에 개원한 한국전력공사 전력연구원 산하의 에너지신기술연구원은 탄소중립과 에너지 전환을 중심으로 전력산업의 에너지 신사업분야를 연구하기 위한 전문 연구기관이다. 수소에너지, 에너지 저장, 신재생에너지, 차세대 전력기술로 수소 사회로의 전환, 신재생에너지의 활용, 전력망의 안정적인 운영 등 에너지산업의 주요 이슈를 해소하기 위한 기술 개발에 매진하고 있다. 2050 탄소중립을 달성하기 위한 에너지 전환에 힘쓰고 국내 에너지기업과 산업의 성장을 지원하는 ‘에너지 혁신기술의 글로벌 Hub’로서의 역할을 수행하고 있는 이들이 해낼 앞으로의 성과가 기대된다.

에너지신기술연구원에서 진행했던 기술 과제 성과나 실증 기술지원 성과에 대한 소개와 더불어 그 가치에 대해 들어보고 싶습니다.
한국전력공사 전력연구원은 2050 탄소중립을 위한 R&D 전략으로 4대 분야 8개 기술을 도출하였으며 이 중 수소는 전주기 기술 확보를 목표로 ‘수소에너지’와 ‘수소암모니아 발전’ 2가지 기술로 구분하여 R&D 전략을 수립하였습니다. 이에 에너지신기술연구원은 ‘수소에너지’ 관련 그린수소 전주기(생산·저장·활용) 실증 및 세부 기술 확보를 위하여 상용 수전해 기술을 적용한 MW급 수전해 시스템 기술 개발과 액상유기수소운반체(Liquid Organic Hydrogen Carrier, LOHC) 수소저장 기술 개발 성과를 연계한 수전해(그린수소)-저장(LOHC) 시스템을 구축하였습니다. 에너지신기술연구원은 앞으로도 탄소중립 달성을 위해 수소에너지 기술력 확보와 산·학·연·지자체의 연대와 협력을 통해 에너지 전환과 수소경제 시대를 선도하고자 노력할 것입니다.
전력생산의 탈탄소화를 위한 기술개발, 전력 운영의 최적기술 개발에 매진하고 있는 에너지신기술연구원이 개원 1주년을 맞이했습니다. 원장님께서 이끌어 가실 연구원 운영 방향이 궁금합니다. 새롭게 준비 중이신 연구 프로젝트나 계획에 대해서도 언급해주신다면 감사하겠습니다. 
국제에너지기구(IEA)는 2050년 탄소중립 달성을 위해 Net Zero Emission(NZE) 시나리오를 공표하였고 2050년까지 수소에너지는 누적 탄소 저감의 약 6%의 기여를 할 것으로 전망하고 있습니다. 현재 수소는 화석연료를 개질(reforming)하여 생산하는 것이 주를 이루고 있으나 향후에는 재생에너지와 연계한 수전해를 통한 그린수소 생산이 화석연료를 활용한 수소생산을 점차 대체할 것으로 전망되며, NZE 시나리오 달성을 위해 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 수전해 설비가 2050년까지 전 세계적으로 약 3,600GW가 필요할 것으로 예상됩니다. 수전해 기술은 알칼라인 수전해(Alkaline Electrolysis Cell, AEC), 고분자 전해질 수전해(Polymer Electrolyte Membrane Electrolysis Cell, PEMEC), 고체 산화물 수전해(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC), 음이온 교환막 수전해(Anion Exchange Membrane Electrolysis Cell, AEMEC)으로 분류할 수 있고 한전은 이러한 수전해 기술 개발에 따른 그린수소 생산을 통해 재생에너지 수용성 향상 뿐만 아니라 수소를 화석연료의 대체 에너지원으로써 활용함으로써 에너지 수입 의존도를 경감하고자 합니다. 이러한 목표로 에너지신기술연구원은 수전해의 안정적인 보급 및 활성화를 위해 4가지 수전해 방식의 대용량화 및 비귀금속 재료 개발, 장기 운전 신뢰성 확보, 고안전성 확보, 효율 향상 기술 개발에 힘쓰고 있습니다. 이를 위해 대용량 수전해 국산화 기술 확보를 위한 “대면적 알칼라인 수전해 시스템 개발”, “경제적 고효율 AEMEC 기술 개발” 등을 기획하여 착수할 예정입니다. 또한 생산된 수소를 장시간 안전하게 저장·운송·활용하기 위한 “고밀도 수소 저장용 LOHC 요소기술 개발” 및 “암모니아 직접 이용 CO2 Free SOFC 핵심 원천 기술 개발”을 수행할 것입니다. 이를 바탕으로 대규모 그린수소 전주기(생산·저장·활용) 통합 실증 기술 개발을 통해 수소 생태계 활성화에 기여하고자 합니다.

이 외에도 에너지 혁신 분야로 지자체와의 연계 사업이나 중점과제에 관해서도 궁금합니다. 
국내 최대 재생에너지 보유지인 전라남도는 그린수소 생산의 최적합지라 할 수 있습니다. 에너지신기술연구원은 전라남도 영광에 그린수소 인증센터 실증 센터 구축에 참여하여 연구를 수행하고 있으며, 또한 전남도와 협력하여 그린수소 전주기(생산·저장·활용) 통합 실증 연구를 기획하고 있으며, 이뿐만 아니라 지역의 수소분야 기업이 성장할 수 있도록 기술 컨설팅 및 공동 연구개발에도 힘쓰고 있습니다.

수소에너지를 포함하여 에너지 저장기술, 신재생 실증기술과 관련해 연구원의 유의미한 기술성과와 현황 내용이 있다면 소개를 부탁드립니다. 
에너지신기술연구원은 재생에너지 장주기 저장 및 전환을 위한 Power to Gas(P2G) 기술 개발 정부 과제를 착수하여 재생에너지 이용 극대화를 위한 수소생산 및 저장 핵심 요소 기술 확보를 위한 연구를 수행하였습니다. 본 연구에서는 분리막과 전극을 접합하여 수전해 스택의 부피를 축소하고 가스 버블이 다공성 전극을 원활히 통과하여 이온전도도 감소를 최소화할 수 있는 제로갭 알칼라인 수전해 스택 기술을 개발하였습니다. 그 결과 해외 대비 동등 이상인 76%의 수전해 스택 효율을 달성하였습니다. 해당 기술을 적용한 국내 최대용량(단일 스택 기준)인 1MW 알칼라인 수전해 시스템을 에너지신기술연구원에 실증하고 인증시험을 완료하였으며, 향후 장기 운전 성능 검증을 수행할 예정입니다. 효율 76%, 이용률 100%인 경우, 1MW급 수전해는 시간당 약 200Nm³/hr(18kg)의 수소를 생산할 수 있으며, 1일 최대 4,800Nm³/day(432kg)의 수소를 생산할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 이를 바탕으로 수십 MW 대용량 그린수소 생산기술 확보에 매진하고 있습니다. 에너지 저장기술 관련으로는 중장주기 ESS의 하나인 VRFB-ESS 시스템의 장기 충방전 실증을 통해 재생에너지와의 연계 시 신뢰성 검증을 완료하였으며 양수발전-압축공기 Hybrid ESS 파일럿 시스템 구축을 통해 기술 포트폴리오 확장이 가능하도록 기반을 마련하였습니다. 신재생 기술 분야는 풍력발전 설비의 증가로 안정적인 운영을 위해서 멀티센서기반 상태 조기감지 및 O&M 기술을 개발하고 있으며, 태양광 Test-bed에는 수직형, 건물형, 단면/양면 모듈 등에 대해 실증을 통해 다양해지는 태양광 발전시스템의 출력특성이 계통에 미치는 영향 분석이 가능해질 것입니다.

탄소중립 달성을 위해 에너지 신산업 창출과 에너지 전환 등 전략적인 대비와 노력, 그리고 관심이 필요한 시점인 것 같습니다. 이에 최근 원장님께서 가장 주목하고 계신 분야 키워드나 현안이 있다면 무엇일지 언급해주신다면 감사하겠습니다. 
최근 가장 주목하는 키워드는 수소경제와 안정적인 재생에너지의 확대 두 가지에 있습니다. 수소경제 확대를 위해서 정부는 발전사업자에게 의무적으로 청정수소를 사용하여 발전하게 하는 청정수소발전의무화제도(Clean Hydrogen Portfolio Standard, CHPS)를 시행하여 수소·암모니아 발전 확대를 촉진하고 있으며, 제1차 수소경제 이행 기본계획에서는 무탄소 신발전을 위한 수소 수요량을 2030년 353만 톤, 2050년 1,350만 톤으로 예상하고 있습니다. 하지만 수소 인수·저장 설비 및 배관망 등 인프라 구축 등의 상황을 고려하면 수소 발전용 연료 공급이 어려울 것으로 판단되며, 이에 따라 수소 공급 시기 지연에 대비하여, 암모니아 크래킹을 통한 수소 공급, 가스터빈 발전을 위한 암모니아 부분 크래킹과 암모니아 전소 기술 개발 등도 확보해야 합니다. 이 외에도 재생에너지 출력 변동에 신속하게 대응하고 국내 재생에너지 발전설비의 낮은 이용률을 극복하기 위한 수전해 설비 운영 및 수전해 설비와 ESS를 연계한 운영 기술 개발이 필요합니다. 수전해 설비 1기 운전 시 약 4배의 재생에너지 용량이 필요할 것으로 분석되는데 소규모 재생에너지 중심의 국내 현실을 고려한 재생에너지-수전해 설비-저장 설비 단지 설계 및 구축 방법, 전력계통의 안정화를 위해 실제로 저희가 운영해야 할 Power to Gas(P2G) 설비 용량도 고민이 필요한 부분입니다. 또한, 한국형 RE100(K-RE100) 인증이 가능한 그린수소 생산 방법이나 제도 등도 함께 고려해야 합니다.

조직의 리더로서 원장님의 철학과 더불어 원장님의 원동력에는 무엇이 있을지도 여쭙고 싶습니다. 평소 직원들에게 특히 강조하시는 내용이 있다면 무엇일지 들어보고 싶습니다.
저희 연구진과 직원에게는 창의성과 실용, 안전 세 가지 항목을 강조하고 있습니다. 창의성은 연구조직의 지속가능한 성장을 위한 가장 중요한 원료이며 연료라고 생각합니다. 이를 위해 직급과 직책, 부서의 틀에서 벗어나 새로운 아이디어를 가지고 있다면 자유롭게 제안하고 함께할 팀원을 선정하고 프로젝트를 추진할 수 있는 환경을 조성하고 있습니다. 창의적인 아이디어를 검토하고 조언하는 과정에서는 실용과 안전을 강조하고 있습니다. 좋은 아이디어가 있어도 기술 개발로 이어져야 하고 회사와 산업, 국가발전에 기여해야 하기에 실용과 안전의 가치를 포함할 수 있도록 강조하고 있습니다.

우리나라의 전력산업은 한국전력공사를 포함한 산업계, 학계, 연구계, 정부 기관 등의 협력과 노력으로 세계 최고 수준의 전력품질 운영 기술을 확보하였고 해외시장 진출을 위한 우수한 경쟁력을 갖추게 되었습니다. 하지만 최근의 전력산업은 단순히 전력을 유통하는 산업을 넘어 언제든지 전기에서 가스로, 가스에서 전기로, 전력망에서 배터리로, 배터리에서 전력망으로, 대규모 발전사업자가 고객에게, 고객이 대형 발전사업자에게 에너지를 제공하는 종합 에너지산업의 시대로 변화하고 있습니다. 변화는 언제나 어려움을 안겨주지만 새로운 기회도 함께 제공한다고 생각합니다. 한전 에너지신기술연구원은 우리나라의 많은 선배들이 그래왔듯이 우리 에너지산업의 산·학·연·관 협력과 노력을 통해 세계 에너지 시장에 경쟁력 있는 기술개발에 앞장서겠습니다. 특히 재생에너지의 확대가 막을 수 없는 물결로 다가오는 현 상황에서 수소경제 생태계 구축을 위한 기술개발에 앞장서며 재생에너지를 올바른 길로 인도할 수 있는 그린수소 기술에 대해 선구자적 역할을 수행해 나갈 것입니다. 이제 막 시작하는 에너지신기술연구원에 많은 성원을 부탁드리며, 여러분의 좋은 동료로서 성장하는 모습을 지켜봐 주시기 바랍니다. 감사합니다.

김윤혜 기자 다른기사 보기