일본의 에너지기술 주요 기술과제 로드맵 (1)

  • 번역/정리 : 박한돌 기자
  • 2016-07-13 오전 10:52:25

일본은 대지진과 원자력 발전소 사고 이후 원자력 발전소 가동을 잇달아 중단한 가운데 석유, 천연 가스 등의 화석 연료에 대한 의존도가 증가하고 에너지자급률 악화, 에너지 비용 상승, 이산화탄소 배출량의 증가 등 다양한 문제에 직면하였다. 본 제4차 기본 계획은 일본이 이러한 문제에 어떻게 적절하게 대응하면서 중장기적으로 에너지 수급 구조의 취약점을 해결해나가고자 하는지, 현실적이고 실현 가능한 에너지 정책의 방향성을 종합적 · 거시적으로 보여주고 있다.
본 기본 계획에는 초기 선샤인계획 등 역사적인 에너지기술 개발 계획이 소개되어 있지만, 여기서는 우리나라의 에너지 기술 개발계획에 참고가 될 수 있는 부분으로서, 제3장 「기술개발 로드맵」의 내용을 번역하여 6회에 걸쳐 게재한다.

 

주요기술과제 로드맵에서 나타난 기술과제

 

에너지관련 기술개발 전략에 대해서는 최근에도 누차 기술전략 맵이나 「Cool Earth 에너지 혁신기술계획」,2008년과 2013년의 「환경에너지 기술혁신계획」, 등에서 정리되어 있다. 이들 계획에서 거론된 에너지 관련 기술과제는 기본적으로 현재도 여전히 중요한 과제이다. 더욱이 제4차 에너지기본계획에서 새로 거론되고 있거나 특히 중요하다고 거론되고 있는 기술과제에 대해서도 방향성을 나타낼 것이 요구된다.

 

이번 로드맵에서는 이상을 감안하여 최근에 정리한 「환경에너지 기술 혁신 계획 (2013년 9월 종합과학기술회의 결정)」에 입각하여 에너지 정책의 관점에서 기술과제를 정리하고 각 과제에 대응한 기술개발의 추진에 대해 로드맵의 형태로 나타내고 있다.

 

1. 기술 과제의 특정

 

본 로드맵에서 다루는 기술 과제는 「환경 에너지 기술 혁신계획」과 「제4차 에너지 기본계획」을 바탕으로 선정되었다. 또한 기술 내용에서는 이전에 같은 기술 과제로 구분되어 있던 것을 다른 기술 과제로 다시 정리한 것도 있다. 이에 따라 특히 다음과 같은 점에 대해서 「환경 에너지 기술 혁신계획」과는 다른 형태로 기술과제가 다루어지고 있다.
- 화석 연료 개발에 관한 기술 (자원 개발, 메탄 하이드레이트 등)
- 재생 가능 열 이용에 관한 기술
- 혁신적인 제조 공정에 관한 기술의 세분화 (석유 정제 공정 및 시멘트 제조 공정의 분리)
-우주 태양광 발전 시스템에 관한 기술
- 원자력 발전에 관한 기술
- 혁신적인 장치에 관한 기술의 세분화 (정보 가전 · 디스플레이와 전력전자를 분리)
- 수소 관련 기술의 세분화 (수소 제조, 수소 수송 · 저장, 수소 이용을 분리)

 

2. 기술 개발 과제의 분류

 

기술 개발 과제의 분류는 「환경 에너지 기술 혁신 계획」의 기본 틀을 따르되, 기본적으로 생산·공급, 유통, 소비 라는 에너지·자원 공급 체인의 3개 국면에 대응한 형태로 정리 하였다.

 

그러나 제4차 에너지 기본계획에서 새로운 이차 에너지 구조를 지지할 것으로 예상되는 수소에 대한 큰 그림을 보여 지난번 수소 로드맵이 책정된 것을 근거로 수소 관련 기술 과제 공급망 단계에서 정리한 기술 과제와는 별개로, 수소라는 분류를 따로 설정하여 수소 관련 기술 과제를 정리
하였다.

 

이상을 근거로 4 가지로 크게 분류한 후 개별 기술과제를 제4차 에너지 기본 계획에서 다루어진 정책 과제에 따라 규정한다.

 


각 기술 과제의 로드맵 수립의 방법

 

환경 에너지 기술 혁신 계획」에서는 각 기술과제에 대해 1) 기술 개요, 2) 기술 개발 동향·과제, 3) 기술 로드맵, 4) 국제동향 형태로 로드맵을 수립하고, 국내 보급방안, 연구개발을 꾸준히 추진하기 위한 정책 강화 등 국제 전개·보급 시책을 횡단적으로 추진하는 방식으로 정리하였다.

 

이번 로드맵에서는 전체로서 지금까지의 기술 전략, 주요국의 기술 전략의 상황을 정리하고 시간 축(지금까지의 기술 개발 노력)과 공간 축(각국의 기술 개발 대응)에, 이번에 정리한 기술 과제를 상정하는 식의 구성을 하고 있다.

 

이러한 구성의 특징을 토대로 개별 기술과제의 로드맵 표를 작성할 때는 특히 다음에 대해 유의하였다.

 

1. 각 기술 과제 개발의 필요성의 명확화

 

기술 과제는 에너지 제약과 자원 부존 상황, 지금까지의 기술 개발 성과의 축적 등 각국의 에너지 사정을 감안하여 합리적인 판단 하에 선정되는 것이다. 따라서 각 기술 과제의 로드맵 표에서는 각각의 기술을 필요로 하는 이유를 명확히 했다.

 

그러면 어떤 조건에서 당해 기술 개발 추진이 요구되는지에 대해 설명하는 것으로, 다른 나라와는 우선순위 부여나 대응이 다른 경우에도 그것이 어떤 이유로 인한 것인지를 분명히 하고 있다. 또한 각각의 기술 과제의 필요성을 명확히 함으로써 그 기술 개발이 어느 정도의 긴급성이 있으며, 그것을 바탕으
로 어느 정도의 시간 축에서 개발을 진행시켜야 할 것인지 등을 공유할 수 있도록 하였다.

 

2. 기술의 사회구현을 위한 과제의 명확화

 

「환경 에너지 기술 혁신 계획」에서도 일본내 보급 방법으로서 투자 촉진책, 규제 방법, 저탄소 제품 구매촉진정책, 규제 · 제도개혁, 실증사업을 들 수 있고 뛰어난 기술 보급의 중요성을 감안한 보고로 되어있다. 이번 로드맵에서는 이러한 개념을 더욱 심화하여 개별 기술 과제별로 도입에 있어서 제도적 제약 등의 사회적 과제를 명확히 하고 있다.

 

새로운 기술을 실제 사회에서 활용해 나가기 위해서는 각각의 기술로 극복해야 할 과제는 크게 다르다. 기존 기술의 연장선상에 있으며, 그 효율성을 근본적으로 개선하는 것일 경우에는 이용자가 실제로 구입할 수 있는 가격대로 판매할 수 있는가 하는 것이 관건이 되고, 그런 경우에는 비용 절감이 과제로 부상하고 기술 개발의 구체적인내용도 저비용화를 위한 원재료 사용량 절감 등이 과제가 된다.

 

한편, 새로운 에너지원의 도입으로 연결되는 경우에는 그 안전성 자체를 평가하기 위한 측정 방법 및 안전성 확인 방법 자체가 존재하지 않는 경우가 많아 안정적인 공급을 위한 인프라 정비를 필요로 할 수도 있다. 이러한 기술 과제의 경우에는 공급망 구축과 관련된 정책을 병행적으로 추진하게 되고, 사회에의 구현에는 상당한 정도의 시간이 걸릴 것으로 예상된다. 

사회적으로 도입하기 위한 과제를 명확히 함으로써 단순히 기술 개발을 진행하는 것이 아니라, 관련 시책의 수행에 관한 시간 축을 정리하고 전략적으로전개하는 것이 명확하게 되고, 또한 기술 개발 로드맵 자체도 보다 현실적인 형태로 정리하는 것이 가능하다. 

3. 현실적인 로드맵 수립

 

이번 로드맵 수립에서는 단순히 기술 개발 목표 (예, 발전 비용을 O원에서 O원으로 인하)를 내세우는 것이 아니라 그러한 목표가 어떤 조건 하에서 달성될 수 있는가 하는 점도 가능한 한 명확히 되도록 정리되어 있다. 특정 기술 개발 목표만을 쫓아서, 어느 시점에서 당해 기술개발 목표가 무조건 달성된 것을 전제로 그 시점의 에너지 사정을 예측하는 것과 같은 논의는 가능한 한 피해야 한다. 이를 위해서는 기술 개발 목표를 실현하기 위한 전제가 되는 다른 기술 개발의 성과 및 경제 여건 등을 종합적으로 감안하는 것이 필요하다. 

이런 세심한 묘사를 로드맵에 추가하여 미래 시점의 에너지 사정을 보다 현실적으로 예측하는 데에 기여할 수 있는 기술 로드맵이 되도록 하고자 하였다. 

4. 개별 기술 요소 간의 관련성을 의식한 세분화된 로드맵 설정

 

기술 개발 과제를 보다 세분화하여 기술 요소를 정리하는 경우 각 기술 요소가 다른 기술 과제의 요소와 긴밀한 관계가 있는 경우가 적지 않다. 예를 들어, 기술 과제로 별도로 구성되어 있는 인공 광합성, 이산화탄소 포집 및 저장, 수소 제조 사이에서는 인공 광합성이라는 과제에 대응하는 3 개의 기술 개발 요소에 대해, 사업화까지 장기간을 요하는 광촉매 및 분리막 기술이 확립되기 전에도 수소 제조로 얻어지는 수소와, 이산화 탄소 회수 기술에서 얻어지는 탄소를 인공 광합성의 세 번째 기술 개발 요소인 합성촉매기술을 활용하여 고부가가치 물질인 올레핀 합성으로 연결될 수 있어, 각각의 기술 과제에 대한 대처가 서로 영향을 주면서 부가가치를 만들어내는 기술 사슬 체계에 배치할 수 있다. 

이처럼 개별 기술 개발 요소가 특정 기술 과제 내에서 끝나는 것이 아니라 다른 기술 과제 중의 다른 기술 개발 요소와의 조합을 통해 새로운 공급망을 구성할 수 있다는 것을 감안하여 그러한 가능성을 상정할 수 있도록 로드맵에서는 적절하게 세분화된 기술 개발 요소를 설정하도록 노력하고 있다. 로드맵의 각각의 표를 작성할 때는, 이와 같은 점을 명확히 하여 정리함으로써 보다 현실적이고 미래 에너지 관련 기술사회에 미치는 영향을 이해하기 쉬운 형태로 표시하고자 하였다. 

또한 이러한 기술을 특정하는 방법 외에 진정으로 혁신적인 기술의 맹아를 찾는 기초 · 기반 연구 등에서 잠재적인 수요 기술을 널리 파급시키기 위한 시책과 지원 체제, 그 실용화를 모두 연결하여 혁신 성과와 파급 효과가 일어나기 쉽도록 환경을 정비하는 것도 역시 중요하다.

 

각 기술과제 로드맵

1. 태양광에너지 이용(태양광 발전)
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경
태양광발전은 중요한 로컬 저탄소 에너지원으로서, 코스트 저감에 의해 분산형 에너지 시스템에서의 주간 피크 수요를 보완하고, 소비자 참여형 에너지관리 실현 등 에 공헌하는 에너지원으로서 도입이 기대된다. 개인을 포함하여 수요자가 미이용 공간에 태양광발전을 최대한 활용하기 위해서는 고성능화, 고기능화 및 저비용화가 필요하다.
나. 해당기술의 개요 및 기술개발 동향
결정실리콘계는 백컨택 기술 및 헤테로접합기술에 의한 고효율화 경쟁이 치열하다. 또 제조비용 저감도 필요하다. CIS계는 현재 일본이 높은 기술적 우위를 보이고 있는데,이것도 역시 저비용화와 다양화 추진이 필요하다. 아직 연구단계에 있는 다른 새로운 구조계에서도 일본은 높은 수준을 유지하고 있으며, 또한 실용화 개발을 추진하고 있다.
다. 도입을 위한 제도적 제약 등 사회적 과제
계통 제약과제에의 대응, 에너지 안보의 관점에서 조기에 최첨단 기술을 사회에 구현하기 위한 시장 개척, 대량폐기물 발생을 방지하는 관점에서 리사이클 시스템 구축 등의 대응이 필요하다.
라. 미국과 EU의 현황
미국의 경우는 발전비용 목표 설정과, 에너지 절감이 중심이고, 결정 실리콘계에 있어서는 재료절약, 초박형결정 실리콘 광흡수층의 개발 등 화합물 박막계에 있어서는 CdTe, CIS 등의 개발이 진행되고 있다. 또 Ⅲ~Ⅳ족 화합 물계나 유기물계 연구도 추진되고 있다. EU는 발전비용 목료를 설정하고, 태양광발전 시스템 제조에서 생산성과 코스트 최적화나 신구조 태양전지 개발(perovskite계 등)을 중점과제로 하여 연구개발이 진행되고 있다. 


2. 풍력발전
가. 해당 기술을 필요로 하는 배경
풍력발전은 대규모로 개발할 수 있으면 발전 비용이 화력 수준이 되므로 경제성도 확보할 수 있는 에너지원이다. 코스트 저감으로 더욱 경제성을 확보하는 것이 중요하다. 특히 해상풍력은 지상에 비해 바람의 조건이 좋아 발전효율이 높은 대규모 풍차설치도 가능하며 부유식의 경우에는 대형화를 추진하기 쉽기 때문에 재생에너지를 도입하는데는 해상풍력발전 기술 개발과 도입 확대는 불가결하다.
나. 해당기술의 개요 및 기술개발 동향
해상풍력발전기술을 확립하기 위해 실증시험을 통해 기술과제 극복과 안전성, 신뢰성, 경제성 평가, 기상조건에의 적응, 환경평가기법 확립 등이 이루어지고 있다.
풍력발전기 설비 이용률 향상과 관련 기업의 산업경쟁력 강화를 위해 풍차부품이나 메인티넌스 기술 고도화가 진행되고 있다.

다. 도입을 위한 제도적 제약 등 사회적 과제
풍력발전설비 도입을 원활하게 하기 위해 환경평가의 신속화, 지역 내 송전선이나 지역 간 연계선의 강화가 과제이다. 해상풍력발전 시공에 필요한 항만, 작업선 등 인프라 정비나 어업, 항만이나 항행 등 다른 해역 이용자 등 지역협조도 필요하다. 향후 풍력발전설비의 적절한 폐기물 처리에 대한 대응도 필요하다.
라. 미국과 EU의 현황
미국에서는 2006년부터 2012년까지 해상풍력발전 관련 프로젝트에 3억870만달러를 투자하였다. 중점직인 기술 개발분야로는 시험설비나 차세대 터빈기술, 부유체 기초기술, 모델링 및 시뮬레이션 툴, 풍력발전 시스템의 최적화,시장가속화 및 보급 등을 들 수 있다.
EU에서는 터빈의 대형화나 재료 사용량 절감, 해상대형 풍차작업선의 개량이 진행되고 있다. 제7차 연구개발프레임워크 계획 안에는 부유식 해상풍력발전이나 공중풍력발전 등 새로운 개념의 실용화가 진행되고 있다.

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  • [ 권영석 2016-07-27 오전 10:44:27 ]
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좋은자료 감사합니다
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