스위스의 최근 재생에너지 신기술 프로젝트를 살핀다!

- 25년 역사 태양광분야에서 ‘다양한’ 박막연구가 주를 형성 -

- 바이오매스분야에서는 목재에너지, 농업분야, 폐수찌꺼기에서의 에너지 생산 제고 추진 –

- 가격경쟁력 및 충분한 생산시설 가능을 위한 기술 개발이 초점 -

 

 

 

스위스는 수력 및 원자력을 에너지원의 주로 활용하고, 이를 자체 생산해 조달하며 에너지의 극소수 비중을 차지하는 화석에너지는 전적으로 수입에 의존해 옴. 일본의 쓰나미로 인한 원전누출 등으로 원자력 이용의 문제가 가시화되면서 태양광, 지열, 바이오매스, 풍력 등 재생에너지 활용 확대를 도모 중임. 최첨단 기술 강국 스위스의 최근 재생에너지 신기술 프로젝트를 살핌으로써(스위스에너지청의 ‘Energieforschung 2010’ 내 주요 프로젝트 소개) 벤치마킹 및 시사점을 제공하고자 함.

 

1. 태양광 프로젝트(책임자: Mr. Stefan Nowak, NET Nowak Energie &Technologie AG)

 

□ 스위스 태양광 연구, 25년의 역사를 자랑하며 비용감소 및 다양한 상용화가 주 취지

 

 ○ 태양광은 전 세계적으로 재생에너지 중 가장 많은 관심을 받는 분야로, 스위스 태양광 연구는 25년의 역사를 자랑하며, 주 연구대상분야는 ‘다양한 박막연구(thin film)’로 2010년 이후 70개의 프로젝트가 다양한 후원금을 통해 수행됨.

  - 스위스에서는 결정 태양전지의 경우 전적으로 산업계 추진대상이며, 공공 후원금 등은 대부분 박막기술을 바탕으로 한 신규 전지연구가 주임.

 

 ○ 스위스 태양광분야의 연구는 태양전지 및 태양모듈의 비용감소(기타 에너지 대비 가격경쟁력 확보), 효력 제고(충분한 에너지원으로 생산능력 보유), 전력체제기술의 단순화 및 표준화, 인버터의 수명과 신뢰성 제고, 산업제품의 다양화 등을 취지로 함.

 

 ○ 후원 대상 연구기관으로는 로잔연방공대의 태양광 실험실(규소-박막-태양전지) 및 화학/엔지니어링 연구소(염료태양전지), 취리히 연방공대의 EMPA 연구소(결합 반도체 셀 및 유기 태양전지) 등임.

 

□ 분야 1: 태양전지

 

 ○ 규소-박막 태양전지기술과 박막-화학물반도체 기술이 집중 연구됨. 또한 유기 태양전지분야에서도 연구가 증가 추세임.

 

 ○ 또한 태양광 모듈의 품질 지속성 및 인버터 관련 연구도 집중됐음. 신규로는 전기화학적 고립 막의 기본 연구도 있었음.

 

□ 분야 2: 모듈과 건물 인테그레이션

 

 ○ 태양전지모듈은 건물이용에도 중요한 부분이며, 스위스 내 개발된 태양전지와 관련된 모듈기술개발이 있었음.

 

□ 분야 3: 전기체제 기술

 

 ○ 특히 인버터에서의 성능의 지속성이 연구의 주를 형성함. 향후에는 전력 네트워크와의 상호작용 및 네트워크에의 태양광 통합 강화가 중요해질 것으로 보임.

 

□ 분야 4: 동반 주제

 

 ○ 시장발전에 직간접 연관된 다양한 주제가 대상이 됨(예: 지원체제, 모니터링, 환경적 측면 등). 그 밖에 에너지 주제를 넘어서 건물, 유동성, 저장 등을 다루는 주제도 행해짐.

 

□ 분야 5: 제도적 국제협력

 

 ○ 국제에너지기구(IEA)의 태양광시스템프로그램, EU 태양광기술 플랫폼, 유럽 태양광 ERA(European Research Area), 국제전기기술위원회(International Electro-Technical Commission) 등의 맥락 내에서 공동연구가 추진 중임.

 

2. 바이오매스 프로젝트(책임자: Ms. Sandra Hermle, Bundesamt für Energie)

 

□ 바이오매스 연구, 환경·경제·사회적 요소를 고려하며 활용 가능성 제고

 

 ○ 바이오매스는 재생에너지 중 수력 다음으로 스위스 내 활용이 큰 에너지원임.

  - 바이어매스의 스위스 내 사용 에너지 중 비중은 4.6%이며, 재생에너지 중 비중은 24.4%임.

 

 ○ 스위스의 높은 인구밀도, 협소한 경지 가능 면적, 기후 조건 등에 기인해 바이오매스의 대량 생산은 가능하지 않으나, 아직까지 활용이 미미했던 부분의 이용 확대를 통해 스위스 내 필요한 총 에너지의 10% 선까지 활용 가능 하리라는 전망임.

  - 지금까지 이용이 매우 제한적이었던 부분은 목재에너지(숲의 목재), 농업분야(수확물 중 찌꺼기, 비료), 폐수찌꺼기 등임.

 

 ○ 스위스 바이오매스 연구는 환경적·경제적·사회적 측면을 고려해 실시됨.

  - 환경적 측면: 바이오가스 생산 및 전체 주기에서의 유해가스 배출 최저화, 환경친화적 기술공정

  - 경제적 측면: 바이오매스의 대량생산 가능 기술의 비용 최소화 및 활용 극대화

  - 사회적 측면: 에너지 생산에 투입된 바이오매스 종류가 음식물 생산에 경쟁요소가 돼서는 안 됨. 이와 관련, 기술 프로젝트들은 열화학적(연소, 가스화), 생물화학적(무산소 발효) 전환에만 집중함.

 

 ○ 상기의 세 가지 측면을 고려해 기술 개발 시 체제 최적화, 품질 균등성, 신규 공정 및 기술 개발이 프로젝트 개발의 취지임.

  - 체제 최적화: 전체 시스템의 효율성 제고, 유해가스(질소산화물, 암모니아, 메탄) 배출 감축, 비용 감소, 바이오매스 공정의 부가가치 창출에 대한 폭넓은 평가

  - 품질 균등성: 품질 균등 가능 조치 개발

  - 신규 공정 및 기술: 실험실에서의 테스트, 학문적 연구 등을 동반하는 가운데서 신규 공정 및 기술개발

 

 ○ 2010년에는 다음과 같은 영역이 주가 돼 기술 프로젝트가 추진됨.

  - 무산소 발효 공정 최적화: 물리적 및 효소적 처리방법의 결합이 최적; 반기술 공정 내 막-바이오반응기(membrane bio-reactor)에서 액비(liquid manure)의 발효성이 기존 바이오가스 설비에서보다 두 배 높음을 시현

  - 신규기술 촉진: 열수 가스화(hydro-thermal gasification) 및 고정 바이오매스 가스화 분야에서 신기술 개발 촉진

  - 환경적 수명주기 평가: 여러 공동 기질(co-substrate), 신규 변경 기술 등이 고려되는 가운데 다양한 바이오매스 경로에서 환경적 수명주기 평가가 실시됨.

  - 유해가스 배출: 목재 보일러 사용 시작 시 휘발성 및 응축 가능 유기적 결합을 통해 대량의 유해가스가 배출됨. 농업용 바이오가스 설비에서는 발효설비, 고체 공급, 슬러리 저장 등에서 메탄, 악취 등이 배출될 가능성이 큼. 이러한 유해가스 배출 관련 연구도 폭넓게 행해짐.

 

 ○ 상기 프로젝트는 2011년에도 계속 추진 중이며, 덧붙여 공정기술, 수소, 연소모터 등 분야들과의 프로젝트의 혼합도 추진 중임.

 

3. 시사점

 

□ 태양광, 바이오매스, 미래의 주요 에너지원으로

 

 ○ 스위스는 수력 및 원자력 등 온실가스 배출이 적은 에너지 기반의 경제구조를 구축해 오다가 올 3월 일본의 원전누출 사태 등을 계기로 원자력에 대한 대안으로 태양광, 바이오매스 등 기타 재생에너지에 대한 관심이 증대됨.

 

 ○ 태양광은 스위스가 산지 등이 많아 잠재력이 큼에도 불구하고 그간 활용도가 낮았던 분야이며, 바이오매스는 지리·환경적 제한요소 등으로 이용이 한정됐음.

 

□ 가격경쟁력 및 충분한 생산능력 가능 재생에너지 신기술 개발이 궁극적 목표

 

 ○ 태양광, 바이오매스 등 재생에너지가 원전 및 화석에너지 대비 에너지의 주 근간으로 성장하기 위해서는 대량소비 가능한 가격경쟁력 보유 및 충분한 생산능력 확보가 전적으로 중요하며, 이와 관련 스위스는 신기술 개발 및 상용화에 박차를 가함.

 

 ○ 특히 주목할 만한 사항은 국가의 연구기금 기반 위해 산업계와 연구계의 신기술 개발 및 대량상용화를 위한 유기적 협업이 큰 벤치마킹 대상이 됨.

 

 

자료원: Energ ieforschung 2011, 스위스 에너지청 홈페이지(www.bfe.admin.ch), KOTRA 취리히 KBC 자체 분석 등