'산업기술 정책동향지'는 일본, 미국, 유럽, 중국 등 세계 각국의 산업기술과 관련된 다양한 주제의 혁신정책을 각 분야 최고 전문가들로 구성된 집필진을 통해 분석했다.
이를 위해 산업 및 경제 일반, 각 산업별로 나눈 1,600여개의 해외 자료를 수집·분석하는 한편 이중에 가장 시사점 있고 정책수립에 도움이 될 만한 100개 자료를 선별해 책자에 반영했다.
정준석 한국산업기술재단 이사장은 “신기술 발달이 가속화되고 기술간 융합이 본격화되면서 시장이 근본적으로 바뀌는 파괴적 혁신이 대두되고 있다”면서 “이제는 기술선도자로서의 역할을 할 때이며 해외 산업기술 혁신정책 등에 대한 발빠른 분석과 소개를 통해 국내 산업기술 정책 수립에 기여할 수 있는 이슈를 지속적으로 발굴해 나가겠다”고 밝혔다.
이에 투데이에너지는 한국산업기술재단과의 협의를 거쳐 ‘산업기술정책 동향지’에 실린 에너지분야 산업별 동향분석을 엄선, 게재한다. /편집자 주
1. 에너지산업의 세계 동향
에너지원별 전망과 주요 이슈를 보면석유의 비중은 향후 30년 동안 현재의39%에서 38% 수준으로 다소 감소할 것으로 보이나 여전히 주력 에너지원의 자리를 지킬 것으로 예상된다. 다만 기후변화협약에 의한 배출규제가 시행되면 수송 에너지의 탈석유화가 불가피해질 것이다. 천연가스는 청정연료이면서 원자력과 같은 안전논쟁을 불러일으키지 않기 때문에 가장 빠른 증가세를 보이고 있다. 총에너지 소비 중 천연가스의 비중은 1971년 18%에서 2000년 23%로 높아졌으며 2030년에는 28%까지 높아질 전망이다.
원자력은 과거 석유 대체에너지로 각광을 받았으나 안전 및 방사성 폐기물 처리문제 등으로 수요 증가가 미미할 것으로 전망된다. 하지만 기후변화 협약에 의한 온실가스 배출 규제가 실시되면 원자력 에너지 수요가 증가할 가능성도 배제할 수 없다. 신재생에너지는 경제성 등의 이유 때문에 현재 총에너지에서 차지하는 비중이 2.5% 내외로 미미하나 환경친화적이며 비고갈성 에너지라는 장점이 있어 유럽 국가를 중심으로 보급이 크게 증가할 전망이다.
2. 각국의 에너지 정책
2-1. 유럽의 에너지 현황과 전망
유럽에 있어서 에너지정책
에너지수급을 둘러싼 불안이 지속되는 가운데 EU의 에너지 정책은 대내외적으로 심각한 도전에 직면해 있다. 기후변화의 심각성에 대한 우려 증대, 국제유가 급등, 2006년 1월의 러시아와 우크라이나간의 가스 분쟁, 2006년 11월에 발생한 대규모 정전 사태 등으로 수급불안이 고조되고 있다.
EU의 현존하는 에너지·수송정책과 온실가스배출 추세하에서는 온실가스 배출량은 2030년까지 5% 가량 증가할 것으로 예측되며 에너지 수입 의존도가 현재의 50%에서 2030년에는 65% 정도로더욱 높아지고 역내 에너지시장의 비효율도 개선되지 못할 것으로 판단된다.
이에 따라 유럽위원회는 2006년 3월 유럽의 에너지 수급현황과 정책을 전면재검토에 들어가 △에너지 절감 △신재생에너지 사용 증대 △에너지 공급 및 미래에너지 기술에 대한 투자 확대 △국제 에너지 협상에서의 단일 목소리로 협상력 증대 등의 분야를 회원국들간의 상호간 긴밀한 협력이 필요한 분야로 선정했다. 또한 유럽위원회는 2006년 12월 ‘유럽에 있어서 에너지 연구의 현상과 전망-유럽위원회, 가맹국 및 비가맹국의 연구 개발 포트폴리오의 비교 검토’라는 제목의 보고서를 발표했다. 동 보고서에서는 원자력을 제외한 전체의 에너지 연구영역에 있어서 유럽위원회, EU가맹국의 공적자금을 받은 연구영역의 맵 작성과 미국이나 일본과의 비교분석을 행했다. 이 보고서에서 채택하고 있는 연구영역은 구체적으로 수소·연료전지, 태양광발전, 집중형태양열, 바이오에너지, 풍력, 해양, 지열, CO2포착·저장 등 12가지 영역에 걸쳐 있으며 그 중에서 ‘수소연료전지’ 및 ‘바이매스에너지’에 관한 내용은 다음과 같다.
정책·기술·시장성 고려할 시점
수소·연료전지 중요성 급부상
21세기에 들어서면서 적극적인 온실가스 저감에 대한 새로운 기류가 전세계에 걸쳐 강력하게 해결해야 할 과제로 떠오름으로써 이에 대한 대안으로 수소연료에서 답을 찾고자하는 분위기 다. 이러한 수소연료경제는 다양한 개념으로 해석되고 있으며 일반적으로 탄소를 중심으로 구축돼 온 에너지기반들이 수소중심으로 전환된다는 미래의 새로운 경제사회를 말한다.
광의의 개념으로는 석유, 석탄, 천연가스, 원자력, 신재생에너지 등을 이용해 수소를 생산하고 연료전지 등을 통해서 활용하는 고효율 저탄소경제 사회이며 협의로는 태양에너지 등 신재생에너지를 활용해 직접 또는 물을 분해해 수소를 생산하고 연료전지 등을 통해 활용하는 고효율 무탄소 경제사회로 간다는 의미이다.
EU(독일, 영국, 프랑스, 이탈리아) 각국들은 이러한 연구를 분야별로 나눠서 연구하고 있다. 즉 수소의 경우 연구개발 영역으로 수소 제조, 수소의 저장, 안전 기준 등을 2050년까지 연구하며, 연료전지의 경우는 MCFC(MoltenCarbonate Fuel Cell; 용융탄산염형연료전지), PEMFC(ProtonExchange Membrane Fuel Cell; 고체고분자형연료전지), SOFC(SolidOxide Fuel Cell; 고체산화물형연료전지), 재료, 안전기준 등을 2015~2020년까지 연구해 에너지공급 안전보장의 확립과 동시에 기후변동을 경감시켜 지속 가능한 개발이 되도록 하고 있다.
수소와 연료전지의 기술개발은 아직은 초기단계이지만 금후 10년 내에 크게 진행될 것으로 기대하고 있으며 차후 연구에 의해 2015~2020년경까지는 어느정도 niche시장에 있어서 연료전지의 상업화가 실현될 것으로 예상한다. 시간이 지남에 따라 기술의 진보도 이뤄져서 2035~2040년경에는 대량생산에 의해 자동차, 발전, 가정용전화제품 등의 여러 용도에서 이용될 것으로 예상 된다. 또한 금후 20년 내에서 수소의 인프라 정비와 수소제조기술의 개발이 진행될 것으로 예상되며 2020년 이후에는 수소경제의 구축을 향한 수소인프라의 확충과 통합, 재생가능에너지로부터의 수소제조와 탄소격리의 촉진으로 연구의 중심이 변화될 것으로 예상한다.
바이오매스 에너지
EU 25개국의 대표적인 재생가능에너지는 수력발전과 바이오매스이다. 바이오매스는 온실효과가스의 배출량 삭감, 교토의정서의 목표달성, 화석연료의 대책에 도움이 되는 중요한 선택지의 하나로서 생각돼지고 있다. 현재 일차에너지 수요의 경우 바이오에너지가 점유하고 있는 비율은 가맹국들에 따라 불규칙하지만 크게 보면 라트비아, 필란드 등의 나라에서 20% 이상, 스웨덴에서 20%의 비율이다.
재생가능자원인 바이오매스에는 매우 다양한 종류(목재, 볏짚, 농업폐기물, 곡물, 종자, 종이, 유지등)가 있다. 바이오매스는 고체·액체·기체 등으로 변환되어지는 것에 의해 전기나열, 가스, 수송연료, 원료(바이오화장품, 건축재료) 등의 다종다양한 최종 소비용 제품을 생산하는 것이 가능하다. 또한 바이오매스는 여러가지 기초적인 프로세스(연소, 가스화, 열분해, 액화(열화학적처리), 발효(생물화학적처리)를 경유해 에너지로 변환하는 것이 가능하다. 더욱이 바이오매스는 현재의 주요화석연료자원(석탄, 석유, 천연가스)의 대체로 되는 것이 가능하며 장기보존도 용이하며 공급과 안전보장에 관해서 이용가능한 바이오매스가 세계각지에 광대하게 분포돼 있다는 것이다. 이처럼 다종다양하고 유연성이 풍부하기 때문에 에너지 목적뿐만 아니라 다른 산업에서 사용하여 원료를 생산할 목적으로서도 바이오매스의 이용은 전략적으로도 중요시 되고 있다.
따라서 EC의 바이오에너지분야의 연구개발(RTD)의 방향은 2가지 전략적 목표로 향해져 있다. 즉 연구활동의 중단기적 전망으로서는 현재의 용도와 기존의 시장에 대한 신속함과 동시에 중요한 공헌을 행하는 것을 목적으로 하고있다. 이러한 기술분야(보다 효율적인 연소·코제너레이션이나 연료생산 등)는 EU의 재생가능에너지 백서중에 정의돼져 있는 EU 목표나 교토의정서의 목표를 달성하기 위해서 매우 중요하다.
다음으로 중장기적인 연구로 취급하는 것은 장래의 지속가능한 에너지시스템의 가운데서 바이오매스의 가능성이있는 변환경로에 관한 고려사항이다. 비용에 대한 효과의 개선과 그의 환경면의 이익은 중단기·중장기 쌍방의 전략의 지침이 된다. 이러한 목표를 실현하기 위한 기술적인 연구영역은 바이오매스 변환경로의 전단계에 걸쳐 있으며 다음과 같은 연구분야로 나눠서 진행하고있다.
△바이오폐기물과 에너지작물 : 에너지의 생산, 공급라인의 개발, 분리기술·전처리기술의 개발에 있어서 가장 적합한 에너지 작물과 농업폐기물의 선정연구 △변환프로세스 : 대규모/소규모플랜트(연소, 가스화, 열분해등)용의 비용에 대한 효과가 높고 신뢰 가능한 기술의 최적화 연구 △바이오매스의 사용과 화석연료와의 공동이용연구: 배출, 부식, 연소작용, 그밖의 관련문제의 모니터링과 제어연구 △사회경제적인 연구 및 전표준화연구 : 바이오매스를 한층 더 활용하기 위해 장벽을 타파하는 연구와 표준화로 이어지는 연구활동에 관한 연구들로 진행하고 있다.
2-2. 일본의 신에너지도입, 확대를 위한 움직임
에너지의 장기이용전망
일본은 장기적으로 인구의 감소와 더불어 신에너지 이용확대나 원자력의 이용촉진 등에 의해 석탄 및 석유소비량의 감소가 예상되며 완만하게 태양광발전 및 풍력발전 등의 신에너지가 도입될 것으로 예측된다. 지구 온난화의 진전이나 장래의 에너지자원의 고갈 대비와 더불어 최근의 원유 가격의 폭등은 더욱더 신에너지의 도입 확대를 향한 기대감이 높아지고 있다.
일본에서는 지금까지도 신에너지의 이용 등의 촉진책이 강구돼 왔지만 특히 태양광발전, 풍력발전, 크린에너지자동차, 천연가스코제너레이션은 도입이 비교적 잘 진행돼 왔으며 장래에는 수소연료전지에 대한 기대가 크다. 자연에너지(신에너지)로는 태양광발전, 태양열이용, 풍력발전 및 설빙열이용이 있으며 리사이클에너지(바이오매스발전, 열이용, 연료)로는 폐기물발전, 폐기물이용, 폐기물연료제조 및 온도차에너지로 분리할 수 있다. 이러한 신에너지의 특징과 일본의 대책을 요약하면 아래와 같다.
일본의 자동차연료에 있어서 대체에너지 도입현황
2006년 5월에 책정한 ‘신·국가에너지전략’에서는 현재 대략 50%인 석유의존도를 2030년까지 40%를 하회하는 수준으로 한다는 목표를 제시했다. 구체적인 대책으로서 △신에너지 프론트러너계획 △운송에너지의 차세대화 △신에너지 인벤션 계획 △원자력입국계획을 제시했다.
이 범위 내에서 운송에너지의 석유 의존도를 2030년까지 80% 정도를 목표로 하고 연비개선, 전기자동차·연료전지차 등의 개발 보급촉진과 동시에 바이오유래연료 등 신연료의 도입 촉진을 활용할 방침을 나타내고 있다. 환경부하 저감의 대책과 더불어 최근에는 석유가격이 폭등하기도 해 하이브리드 자동차나 천연가스자동차 등의 크린에너지차의 도입이 진행되고 있다. 특히 하이브리드 자동차는 1997년의 도요다 발매이래 판매가 신장돼 왔으며 다른 주요한 자동차 메이커에서도 하이브리드 자동차에 대한 연구가 확대되고 있다.
일본의 바이오에탄올 동향
식물을 원료로 한 바이오에탄올은 화석연료의 대체로서 브라질이나 미국을 중심으로 이용이 확대되고 있으며 현재 세계 생산량의 약 70%를 양국에서 점유하고 있다. 해외로 수출할 여력이 있는 곳은 브라질뿐이다. 또한 식물이나 식물성폐기물로부터 바이오에탄올을 제조하는 기술개발이 세계적으로 진행되고 있다. 미국이나 브라질 등에서는 바이오에탄올을 가솔린에 직접 혼합해 사용하지만 EU에서는 품질확보의 관점에서 바이오에탄올을 이소부텐과 합성한 첨가제(ETBE)를 가솔린에 혼합한 방법으로 사용하고 있다. 미국은 바이오에탄올에 대한 정부지원책을 강구해 대략 연간 가솔린소비량의 약 3% 바이오에탄올이 도입될 것으로 보여진다.
일본에서는 2003년에 품질확보법이 개정돼 가솔린의 3%를 상한으로 한 에탄올 혼입이 인정됐다.(ETBE의 경우는 7%까지) 세계적으로 바이오에탄올의 취급이 확대되고 있는 가운데 일본에서도 관심이 높아져 2007년 5월부터 석유연맹 각사가 관동권 중심으로 ETBE첨가 가솔린의 시험판매를 시작할 예정으로 있다. 일본에서 바이오에탄올의 본격도입을 진행하는 데에는 저코스트의 원재료의 안정조달 이외에 기술적인 과제도 남아있지만 정부로서는 2010년에 연간 원유환산 50만KL 상당분의 바이오매스유래연료의 도입을 목표로 잡고 원재료생산부터 유통단계까지 각종 시책을 확대하고 있다. 민간에서도 석유연맹 및 석유원매 각사를 중심으로 한 동향 이외에 식품, 자동차, 산업기계, 상사 등이 신사업·기술개발에의 대책을 강화하고 있다.
美·日 새로운 에너지정책 수행
신재생에너지 연구개발 확대
2-3. 미국의 에너지절약을 위한 노력
미국 산업분야에서의 에너지소비의 과제
산업분야에서 미국의 에너지소비상황은 총에너지 생산량과 총에너지 소비량의 격차가 거의 절반 정도에 달해 국가안전보장 및 경제성장에 대한 위험이 증대되고 있다. 미국은 석유나 천연가스 등의 수입연료의 의존도가 높은데 이와같이 높은 에너지의 수입의존도는 개발도상국의 국제적인 에너지공급의 수요가 증가될 경우 연료가격 폭등의 일차 원인이 될 수 있다. 특히 산업부문에서의 에너지소비량은 전체 경제부문 중에서도 33.3% 정도로 많아서(운송부문:27.8%, 업무부문:17.7%, 가정부문:21.2%) 이부분에 있어 에너지 강도를 감소시킨다면 국가 에너지안전보장에도 크게 공헌할 수 있을 것으로 예상된다.
산업분야에서의 에너지소비 과제 대책의 첫번째를 에너지안보 차원에서 본다면 연료공급은 초기부터 어느정도 공급제약이 있어왔지만 그 이외의 자연의 장해나 인위적인 장해의 영향을 받는다면 단기적인 공급문제가 발생할 가능성도 있다. 또한 세계 여러곳에 산재해 있는 천연가스매장량의 경우 3/4은 정치적으로 불안한 지역에 존재하고 있기 때문에 공급상의 불안 요인은 항상 존재한다고 할 수 있다. 두번째로 경제의 안전 보장측면에서 산업부문에서의 경제성장의 가부는 낮은 가격의 신뢰성이 높은 에너지원의 확보가 가능한가에 의해 좌우되기 때문에 연료가격의 상승은 세계시장에 있어서 미국의 경쟁력 저하를 일으킬 수 있다. 세번째로는 환경에 대한 책임부문으로 화석연료의 연소는 온실효과가스의 주요한 발생원으로 대기오염, 수질오탁, 토양오염의 근본 원인이 되고 있다. 특히 산업부문에서 배출된 온실효과가스의 경우 2/3는 제조 프로세스에서 직접 발생하며 나머지 부문은 전기이용에 의해 발생하고 있다. 이와 같은 여러가지 문제점에도 불구하고 미국기업은 에너지효율의 문제에 대해 충분한 연구투자를 실행하지 않았는데 그 원인은 주로 주주에 대한 수익환원의 압력으로 많은 기업들이 에너지 효율 개선목적의 연구개발비를 삭감 당했기 때문이었다.
산업기술 프로그램(ITP)의 개요
미국에서는 산업기술 프로그램(ITP)을 이용해 산업분야에서의 에너지효율과 환경퍼포먼스의 개선을 국가적인 대책으로 추진하고 있다. 미국 에너지성(DOE)의 에너지효율화, 재생가능에너지부의 프로그램에서는 저가의 신뢰성이 높은 환경친화적인 에너지를 현재 및 장래에 사용가능할 수 있도록 하는 연구를 하고 있다. 이러한 연구를 추진하고 있는 ITP의 목표로는 △신에너지 △연료의 유연성 향상 △배출과 폐기물의 삭감 △경제성장의 추진 및 경쟁력 강화이다.
따라서 ITP에서는 에너지효율향상기술과 그의 운용방법에 관한 연구개발이나 검증, 보급을 조합한 프로그램을 통해 미국 산업부문의 에너지강도를 개선하는 것을 목적으로 하고 있다. 산업계나 여러 관계자와 협력해 해외로부터 수입하는 연료의 의존도를 낮추고 환경에 대한 영향을 삭감하며 재생가능한 에너지이용을 추진, 경쟁력을 강화함으로써 미국의 노동자나 가족, 사회에 있어서 생활의 질을 향상하는 등의 문제점을 개선하려고 하고 있다. 또한 산업기술의 전략적 계획으로는 △2002년부터 2020년까지 에너지 집약형산업에 있어서 에너지 강도를 30% 개선 △2000년부터 2010년까지 10개 분야 이상의 산업에서 에너지효율 개선기술을 실용화 한다는 것이다. 즉 ITP의 전략계획에는 산업제조분야에서 대폭적인 신에너지를 실현하려는 목적의 기본전략을 포함하고 있다.
이와 같은 전략을 산업제조분야에 적용해 실천한 결과 ITP의 주요실적은 △산업계와 공동으로 비용을 분담한 연구개발 프로젝트를 통해서 170건 이상의 기술을 실용화 및 제품화했고, △ITP가 발족한 이래 신에너지(약230억달러)를 실현했으며 2004년에 366조Btu의 신에너지를 달성했다. △1991년부터 2005년까지 ITP의 자금제공으로 기술 31건이 R&D100상을 수상받았고 2006년에는 8건이 수상받았다. △1994년부터 2005년까지 ITP가 자금을 제공한 연구개발이 156건의 특허를 취득했으며, △ITP의 기술전달 노력의 결과 1만3,000군데 넘게 미국의 제조공장이 개선됐다.
이상과 같은 성과는 고리스크, 고가치의 연구개발에 미국의 산업기술프로그램(ITP)을 이용해 산업분야에서의 에너지효율과 환경퍼포먼스의 개선을 국가적인 대책으로 추진한 결과이다.
3. 시사점
현재와 같은 추세가 계속 된다면 세계 에너지시장의 미래는 결코 낙관적이지 않다. 부존량에 한계가 있는 에너지자원으로는 세계에너지 수요를 채울 수없을 것이 분명하기 때문이다. 세계 에너지시장의 수급불안 뿐만 아니라 시장상황에 따른 에너지가격의 변동 폭도 더욱 확대될 것이다. 따라서 우리는 변화하는 에너지 시장상황에 대한 대책을 세워야 할 것이다. 즉 에너지의 흐름은 석유시대에서 천연가스시대를 거쳐 미래에는 수소를 기반으로 하는 신재생에너지로 전환될 전망이다. 특히 기후변화협약 등 국제환경규제의 강화와 자원고갈 및 환경오염 등 기존 화석에너지체제의 한계가 대두됨에 따라 이를 극복할 대안으로 새로운 에너지자원의 개발(태양광발전, 풍력발전, 수소에너지, 연료전지 등), 환경친화적인 신재생에너지의 개발 및 이용확대의 중요성이 급격히 부각되고 있다. 이에 따라 EU, 미국, 캐나다 등 선진국은 물론이고 브라질, 중국 등 개도국에서도 신재생에너지의 연구개발에 심혈을 기울이고 있는 실정이므로 우리도 이런 분야의 연구개발에 한층 더 노력을 기울여야 할 것이다.