에너지 탈탄소화를 위한 과제
경제 분야별 탄소 배출량을 살펴보면 ‘에너지 공급’이 전체 탄소 배출의 약 35% 수준으로, 가장 많은 비중을 차지합니다(1). 에너지 분야의 탄소배출 증가율은 1990년부터 2000년까지 연평균 1.7%씩 증가했는데, 2000년부터 2010년 사이에는 연평균 3.1%씩 증가했습니다. 경제성장과 맞물려 에너지 수요가 증가했고, 이를 석탄발전으로 대응한 데 따른 결과로 해석됩니다.
앞으로 전방위적인 탈탄소 전환이 본격화되면 운송, 수송, 냉난방의 전기화 비중이 증가하고, 이에 따라 에너지 공급 영역에서의 탄소배출 비중은 더욱 늘어날 수 있습니다. 전기가 모든 산업을 구동하는 기반 인프라로서 저변이 넓어질수록 깨끗한 에너지원을 활용한 발전(發電)을 필수 전제로 삼아야 하는 이유입니다. 실제 지구온난화 대응을 위한 국제적 노력에 따라, 2050년에는 전 세계 1차 에너지원의 44% 이상이 재생에너지로 충당될 전망입니다(2).
전력망 운영의 효율성 증대도 중요한 과제입니다. 특히 전기의 수요와 공급 간 균형을 맞추는 것이 무엇보다 중요합니다. 수요가 공급보다 많으면 정전이 발생하고, 공급이 수요보다 많으면 교류전기의 주파수가 정상범위를 벗어나 시스템 오류를 일으킬 가능성이 높아지기 때문입니다. 그런데 태양광이나 풍력 등의 재생에너지가 지닌 가장 큰 문제는 출력 변동이 크고, 발전 시기를 통제하기 어렵다는 데 있습니다. 재생에너지로 수요와 공급을 맞추는 것이 현재로서는 불가능하기 때문에 단시간에 기동 및 정지가 가능한 가스발전을 예비력으로 활용하는 경우가 늘어났습니다. 이렇게 예비력에서 가스발전의 비중이 늘어남에 따라 전력망 운영비용이 상승하고 온실가스의 배출 저감 효과 역시 저하되는 모순적 상황이 발생했습니다.
변동성이 큰 에너지원을 제대로 활용하여 탄소 저감이라는 본질적인 목적을 달성하려면, 가능한 시점에 발전을 하고 이렇게 만들어진 전기를 저장해두었다가 수요에 맞게 출력하는 시스템이 갖춰져야만 합니다. 대용량, 장주기(long duration) 에너지 저장 기술의 발전은 결국 환경친화적이고 효율적인 에너지원으로의 전환을 뒷받침합니다.
재생에너지 전환을 촉진하는 장주기 ESS의 선두주자, 에이치투
충전과 방전을 거듭할 수 있는 2차전지 분야에서는 수많은 기술적 혁신이 이어졌고, 우수한 기술이 한번 등장하면 전체 시장을 주도하는 패턴을 보였습니다. 2차전지의 대표격인 리튬이온전지의 경우, 시장의 요구에 맞춰 발전을 거듭하며 현재 가장 널리 쓰이는 기술로 자리매김하는 데 성공했지만, 화재 위험성이 높다는 점과 방전시간(discharge time)의 한계가 있다는 점에서 ‘장주기’ 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, 이하 ESS)으로는 활용성이 낮습니다.
향후 전력망 연계 혹은 산업용으로 수요가 높아질 2차전지는 안전성, 방전시간 등 기존 기술의 단점을 보완하면서 가격경쟁력도 갖출 수 있어야 합니다. 대용량 및 장주기 ESS 분야에서 다양한 기술적 시도가 이루어지는 가운데, 그중 레독스흐름전지(Redox Flow Battery, 이하 RFB)는 보급/실증 단계로 진입하여 기술성숙도에서 가장 앞서있는 기술입니다.
한국 기업인 에이치투(H2)는 레독스흐름전지 중에서도 기술적 안정성이 높은 ‘바나듐 수용액’을 전해질로 활용하는 바나듐레독스흐름전지(Vanadium RFB, 이하 VRFB)를 제조합니다. 2010년, 재생에너지 증가에 따른 장주기 ESS의 필요성 증가를 예견하고 창업한 이래, 인류의 삶에 반드시 필요한 기술을 실현해내자는 목표로 10년 이상 해당 분야에 전념해왔습니다.
차별화된 경쟁력
1) 국내 최초로 VRFB 상용화, 글로벌 시장 내 선도적 입지 확보
에이치투는 자체적인 연구·개발을 통해 VRFB를 상용화한 국내 최초이자 유일한 기업입니다(2021년 7월 현재). 세계에서는 4번째로 메가와트시(MWh)급의 운영 실적을 확보하여 글로벌 장주기 ESS 업계의 주요 주자로 부상했습니다. 2020년 VRFB 단체표준인증을 획득했고, 독일, 폴란드 등 ESS 선도 시장인 유럽 지역으로도 수출하면서, 국내외 총 10MWh의 실적을 보유하고 있습니다.
2) 기술적 안전성과 대용량일수록 높은 가격 경쟁력
리튬이온전지는 유기 전해액을 사용하는데 비해 RFB는 수계 전해액을 사용함에 따라 화재위험성이 없습니다. RFB는 뛰어난 안전성과 장주기 구현이 가능하다는 점 외에도 용량이 증가할수록 가격 경쟁력이 강화된다는 특징을 보입니다. 일정한 출력을 유지한다는 가정하에 에너지 용량을 늘리려면, 일반적인 2차전지는 초기 투자비용이 용량에 비례하여 증가할 수밖에 없습니다. 반면, RFB의 경우 출력에 관한 비용은 변하지 않고, 전해질 탱크를 포함한 에너지 비용만 증가하기 때문에 대용량일수록 경제성이 높아집니다.
3) 재생에너지 확대에 따라 필연적으로 증가하는 시장 수요
ESS 시장은 크게 전기차를 필두로 한 ‘이동형’ 시장과 전력망 연계 혹은 산업용 시장으로 대변되는 ‘고정형’ 시장으로 구분합니다. 에이치투는 에너지 수요가 급격히 증가하는 고정형 시장 내에서도 기존 석탄 및 가스발전을 대체하고, 송배전망을 최적화하는 영역을 우선적으로 공략하고자 합니다. 유럽, 미국 등을 중심으로 재생에너지 관련 정책 시행이 본격화되면서 필연적으로 높아지는 장주기 ESS 수요에 기민하게 대응하고, 기존 에너지 시스템의 불안정성을 극복하는 임시적 방안으로 탈탄소 전환을 저해하는 선택지를 방어할 수 있을 것으로 기대합니다.
기대 임팩트와 관련 SDGs
에이치투는 재생에너지의 예비력으로 증가하고 있는 가스발전을 VRFB 발전소로 대체하기 위한 사업전략을 구축하고 생산설비의 스케일업을 추구함으로써, 발전 분야에서 탈탄소화 속도를 높이는 데 기여합니다.
SDG 7. 적정한 가격에 신뢰할 수 있고 지속가능한 현대적인 에너지에 대한 접근 보장
SDG 13. 기후변화와 그로 인한 영향에 맞서기 위한 긴급 대응
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(1) IPCC 보고서
(2) 산업혁명 시점 대비 2°C내 상승 억제 시나리오에서 예측한 미래 에너지 시스템의 변화(Energy Technology Perspectives, IEA, 2016)에 근거한 수치이며, 이후 국제사회가 재합의한 1.5°C 시나리오의 현실화를 위해서는 재생에너지 비중이 더 크게 요구될 것으로 추정
