[2023 과학의 날] '에너지기술연' 우리나라 에너지 독립 전진기지 역할

세계 각국 新에너지 패권 잡기 위한 '전쟁 서막'
세계 일류 탄소중립연구원 도약 위한 전진기지
재생에너지 등 4대 중점연구 기술 개발에 집중

올해 우리나라 벚꽃 개화 시기가 약 2주가량 빨라지면서 벚꽃 없는 벚꽃축제가 열리는 등 전국 각지에서 온갖 해프닝이 벌어졌다. 이 같은 기후 변화는 지구 온난화에 기인한다. 온실가스에서 비롯된 지구 온난화가 지구의 기온 상승을 불러와 각종 기후 변화를 촉발하고 있는 것이다. 세계 각국들은 온실가스 감축에 모든 역량을 집중하고 있지만, 이는 근본적인 해법이 될 수 없다. 기존의 화석 문명을 대체할 새로운 에너지 패권을 잡기 위한 전쟁의 서막이 오른 것이다.

한국에너지기술연구원 전경.

▲국내 유일 에너지기술 전문연구기관 'KIER'=세계 각국들이 새로운 에너지 패권을 잡기 위한 전쟁의 틈바구니 속에서 우리나라 에너지 독립을 위해 각 분야에서 획기적 에너지 연구성과를 창출하고 기술이전과 사업화를 이끄는 '전진기지' 역할을 수행하는 기관이 있다. 바로 국내 유일의 에너지기술 전문연구기관인 한국에너지기술연구원(KIER·원장 김종남)이다. 에너지연은 지금까지 국내 에너지 연구 분야의 교두보 확보에 주력했지만, 올해는 그동안 성과를 바탕으로 '세계 일류 탄소중립 기술연구원'으로 도약하기 위해 4대 중점 연구 분야에 대한 기술개발에 집중한다.

공동 연구팀이 개발한 초고속 충전 가능한 알루미늄 이온 배터리 파우치 셀을 들고 있는 모습.

▲재생에너지 혁신 기술 개발=에너지연은 4대 중점연구 분야 중 첫째로 에너지 전환 3030/5060 실현을 위한 재생에너지 혁신 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

먼저 태양광연구단 안세진 책임연구원은 잉크 코팅 방식을 통해 제작하는 용액 공정 기반 페로브스카이트/CISSe 탠덤 태양전지 최고 효율 14.4%를 달성하고 한 걸음 더 나아가 4단자형 탠덤 세계 최고 효율 23.03%도 달성했는데, 연구의 우수성을 인정받아 최우수 국제 학술지인 'Energy & Environmental Science'의 표지 논문에 선정됐다. 또 에너지저장연구실 윤하나 책임연구원은 초고속 충전이 가능한 차세대 알루미늄 배터리의 전하 저장 메커니즘과 핵심 성능을 규명하고 그래핀·탄소 나노 튜브 복합 전극을 이용한 배터리 개발도 성공했다. 1분 이내의 초고속 충전 가능 및 1분 30초의 초고속 충전 4000회 수행에도 약 98%의 용량 유지율을 보여 세계적 학술지인 'Nano Letters'에 게재됐다.

연구진들이 100 kWth급 순환유동층 연소시스템에서 암모니아 혼소 운전을 위해 설비 점검을 하고 있다.

▲수소 공급 및 활용 기술 개발=둘째, 수소경제사회 선도를 위한 수소 공급 및 활용 기술 개발이다.

고온에너지전환연구실 서두원 책임기술원은 전기에너지를 이용해 물에서 수소를, 그리고 다시 전기로 변환하는 양방향 고온 수전해-연료전지 기술의 핵심 부품 '평관형 셀' 제조 기술을 개발했다. 이 미래형 에너지 저장 기술은 ㈜에이프로에 이전돼 국내 수소 관련 소재 부품 산업 발전에 기여할 것으로 보인다. 또 김희연 책임연구원이 개발한 연료전지 촉매 및 이차전지 전극 물질의 표면에 다공성 그래핀 쉘을 코팅하는 기술은 고정관념을 깨고 구멍이 뚫린 다공성 그래핀에 집중해 연료전지 및 이차전지의 성능 저하를 현저히 억제하며 내구성도 200% 이상 향상시킬 수 있었다. 이 기술은 ㈜액트로에 기술이 이전돼 전극 소재 국산화에 기여할 것으로 평가된다.

▲스마트 에너지 기술 개발=셋째, 고효율 저탄소 사회 구축을 위한 스마트 에너지 기술 개발이다.

에너지ICT융합연구단 류승환 책임연구원은 코로나 바이러스 99% 사멸시키고, 포집 필터에서 발생하는 바이러스의 2차 증식도 원천적으로 막을 수 있는 광열과 기반 헤파필터를 개발했다. 이 기술은 시스템을 모듈 형태로 제작해 신규 장비뿐만 아니라 기존 설치 장비의 성능도 쉽게 개선할 수 있어 적용성이 매우 뛰어나며, 환기 시스템 전문 업체인 크린테크㈜에 기술 이전돼 상용화를 준비 중이다. 에너지ICT융합연구단 백종복 책임연구원이 개발한 미래형 분산 전원용 스마트 인버터 기술은 재생에너지 분산 전원을 대상으로 강화된 국제 규정의 기능성과 상호 운용성을 모두 만족시킨 기술이다. 이 기술은 전력 계통의 불안정성을 해소하고 재생에너지의 출력 제한 문제를 해결할 패키지형 핵심 기술로 태양광·풍력 등 재생에너지의 문제점을 해소할 것으로 예상된다.

용액 공정 기반 CISSe 태양전지.

▲탄소계 에너지 청정 활용 기술 개발=끝으로 온실가스 감축과 맑은 공기를 위한 탄소계 에너지 청정 활용 기술 개발이다.

청정연료연구실 라호원 책임연구원은 폐플라스틱 열분해유를 가스화해 합성 가스를 생산하는 공정 개발에 성공했다. 그동안 활용처가 제한적이었던 폐플라스틱 열분해유를 활용해 수소, 일산화탄소 등 고부가 화학 원료로 재탄생시키는 기술을 국산화한 것으로, ㈜한화건설에 기술 이전돼 사업화 단계로 진입할 예정이다. 청정연료연구실 문태영 책임연구원은 연구진은 국내 최초로 순환 유동층 연소 시스템에서 이산화탄소 발생을 78% 감축시키는 암모니아 혼소 운전 기술을 개발했다. 이 기술은 상업용 순환 유동층 보일러를 모사한 100kWth급 순환 유동층 연소 시스템에서 암모니아를 연료로 활용하는 기술이다. 기존 설비 변경을 최소화하면서 이산화탄소와 질소 산화물을 동시에 저감시켜 특허도 확보했다.

▲우수 연구성과→기술 사업화 '결실'=에너지연은 그동안 협업하는 조직문화를 구축하는 데 힘을 쏟았다. 그 결과, 자신의 아이디어나 기술, 지식, 경험을 공유하고 이를 협업을 통해 자율, 창의, 도전으로 변화시킬 수 있는 조직문화를 만들어 냈다. 이러한 노력의 결과는 탁월한 연구 성과 창출로 이어지고 있다.

또한 연구 성과에만 머물지 않고 기술 사업화에서도 빛을 발하고 있다. 최근 3년간 기술 이전 기업 수는 지난 3년보다 2배가량 늘었고, 기술료 계약액과 기술료 입금액 모두 1.5배 상승하는 등 수치로 증명했다.

KIER 관계자는 "단순한 에너지 연구에만 그치지 않고, 그동안 쌓아온 노하우가 국가 탄소중립 기술 정책 수립에 큰 역할을 할 수 있도록 노력하겠다"면서 "앞으로 더욱 치열하게 펼쳐질 에너지 패권 전쟁에서 우리나라가 주도권을 잡을 수 있도록 최선을 다하겠다"고 전했다.
김흥수 기자 soooo0825@