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1 P2G 제곱 재생에너지저장방식을 P2G에서찾다 에너지저장장치는신재생에너지와전력시스템간의조화로운통합을위한수단 김철현이은혜한다은진기욱 1

2 목차 문제제기 에너지자원빈국, 대한민국에너지자립국으로가는길대용량에너지저장시스템의필요성 POWER TO GAS P2G 란무엇인가? P2G 의원리왜 P2G 인가? 탐방 수소연료전지산학연협력센터포항공과대학교 KIST 6 월썬빌리지포럼 7 월울산그린수소에너지포럼 Energiepark Mainz ( 독일 ) Viessmann MicrobEnergy ( 독일 ) Fraunhofer IWES ( 독일 ) WaterstofNet ( 벨기에 ) Electrochaea ( 덴마크 ) 결론 P2G 제곱의활동 P2G 제곱의제안 P2G 시스템의적용효과 2

3 현실을보다 문제제기 Power to Gas, Peer to Green 01/ 에너지자원빈국, 대한민국 02/ 에너지자립국으로가는길 03/ 대용량에너지저장시스템의필요성 3

4 01 에너지자원빈국, 대한민국 문제제기 국내총수입 5160 억달러중에너지원수입이 1800 억달러로 34% 를차지한다. 산업통상자원부, 2013 우리나라의에너지소비량은 2 억 7300 만 TOE( 석유환산톤 ) 으로세계 9 위이다. 그러나전체에너지원중 97% 를수입에의존하고원유수입량은세계 5 위로석유의존도가매우높다. 한국가스연맹 에너지주요통계, 2014 석유소비량은세계 8 위이고국민 1 인당소비량은 5 위이다. 이것은전체세계소비량의 2.7% 이다. BP 세계에너지통계보고서, 2014 전체에너지공급량중신재생에너지공급량이 1.1% 로 OECD 회원국중꼴지를차지했다. OECD 평균은 9.2% 이다. 더욱이 1990 년부터 1.1% 로 25 년간 1% 수준을계속유지해왔다. 국제에너지기구 (IEA) 2015 재생에너지보고서 에너지안보수준이 129 개국가운데 103 위를기록했다. 세계에너지협회 (WEC), 2013 * 에너지안보 : 에너지는국가경제를뒷받침하는데불가결한것이며, 국가의안전보장과깊이결부되어있기때문에에너지의안정적이고도합리적인공급이중요하다는인식이다. 에너지자원이곧국력이되어가고있는국가간경제외교관계에서우리나라는에너지자원이부족한현실에비해오히려과소비하고있는상황이다. 탄소배출권 (Certified Emission Reductions) 은강제성을띠게될것 교토의정서 파리기후협약 탄소배출권문제로난색을표했던미국, 중국을포함하여 195 개의국가가만장일치로파리기후협약에서명하였다. 많은국가들이서명에참여하는것은기후변화대응에대한전세계적의지결집을나타낸다고할수있다. 따라서, 교토의정서이후로파리기후협약은세계산업계전반에미치는영향이점점증가하게될것이다. 또한, 향후에는이산화탄소규제에단계적인절차를거쳐강제성을띠게될것이기때문에천천히준비하면서체크해나갈필요가있다. * 탄소배출권 : 지구온난화의주범인이산화탄소, 메탄, 아산화질소등온실가스를배출할수있는권리를말한다. 온실가스중에서이산화탄소가비중이가장높아대표적으로이산화탄소배출을규제하기위한것이다. 파리기후협약이만들어낼새로운경제질서를대비하여야한다. 4

5 02 에너지자립국으로가는길 문제제기 2015 년 1kWh 당발전단가 석탄 60 원원자력 120 원태양광 140 원풍력 90 원 파리협정 195 개국이만장일치로온실가스배출을제한하기로결정 우리나라정부는 2030 년온실가스예상배출량대비 37% 를줄이겠다는안을파리총회에제출 석탄 80 원원자력 130 원태양광 80 원풍력 70 원 2020 년 석탄 33.3% 증가원자력 8.3% 증가태양광 42.9% 감소풍력 22.2% 감소 국제에너지기구 (IEA) 2030 에너지신산업확산전략 기후변화대응및재생에너지분야에 2020 년까지 19 조원을투자할계획 2030 년에는관련시장규모가 100 조원대까지상승할것으로추산 전세계적으로청정에너지관련분야에투자가증가해그발전단가가크게낮아질것이기때문에신재생에너지사용량이늘어날것이다. 5

6 03 대용량에너지저장시스템의필요성 문제제기 임희천박사 한국수소및신재생에너지학회회장 한국전력연구원수석연구원 대구국제그린에너지엑스포인터뷰中 Q. 신재생에너지의문제점과그원인은무엇인가요? 신재생에너지는주위환경조건에따라공급하는전력량이달라 100% 의존하기에는무리가있다. 만약신재생에너지에 100% 의지한다면밤이되면태양광, 태양열발전이중단되고, 바람이불지않는시간이되면풍력발전이중단될뿐만아니라, 가뭄이들면수력발전도못하게되어수많은변수가생기게된다. Q. 경제적비용을위해전력공급과수요를맞추는것이중요한데, 신재생에너지에의존하면이러한문제점을해결하기가어렵다고보여집니다. 이를위한해결방안은무엇인가요? 신재생에너지에대한전력의존도가 20~30% 정도되면전력공급의불안정성때문에경제적으로굉장한손실이발생할수있다. 공급이불안정하면수요를맞추기힘들다는것이다. 전력의공급과수요를맞추기위한해결책으로는 4 가지정도가있다. 첫째, 그리드 ( 전력망 ) 를확장하는것인데, 그리드를확장하려면송전선로가필요하고이것은비용이매우많이들뿐아니라우리나라의경우 3 면이바다라북쪽으로그리드를연결할수있는방법이없다. 또한역조류의문제점으로인해전력계통에문제가올수도있다. 즉, 컨트롤할수있는소스가필요하게된다. 둘째, 백업전원이있으면가능하다. 피크전원에맞춰전력을생산하면해결될수있는부분이다. 셋째, 수요를줄이면되는데, 간단히말하면전기를덜쓰면된다. 마지막으로, 전력을저장해주는시스템이있으면해결가능하다. 총네가지방법중에서첫째, 셋째방법은실현불가능하거나문제의초점에서벗어난경우이다. 두번째방법은전력불안정문제를핵심적으로해결했다고보기가어렵다. 결국에너지저장기술이마지막방안으로꼽을수있다. 우리나라는아직신재생에너지의존율이적기때문에괜찮지만, 가까운미래에유럽만큼이나많은부분을신재생에너지에의존할것으로예상되는바, 에너지를저장하는기술의도입은매우시급하다. Q. 수소에너지가최근에신재생에너지로각광받는이유는무엇인가요? 그리고이점이 P2G 에있어어떤영향을끼치나요? 수소는다른형태의화합물로쉽게변환이가능해다양한분야에서활용가능하다는장점이있다. 다양한분야에활용가능하기때문에에너지저장시스템에도적합하다. 따라서 P2G 는향후융 복합된신재생에너지기술에서간헐적인문제를해결할수있는매우유망한미래기술이라할수있다. 전력공급과수요를맞추기위해에너지저장기술의발전이중요하다 6

7 03 대용량에너지저장시스템의필요성 문제제기 온실가스규제대응 + 지속가능한에너지시스템구축하려는움직임 신재생에너지경제성의지속적인향상 신재생에너지보급확대의가속화 생산된에너지를저장하여필요할때사용할수있는에너지저장시스템은에너지의효율적이용과더불어신재생에너지의활용도를제고하고전력시스템을안정화시키는많은장점을가지고있다. 따라서에너지저장시스템은신재생에너지와기존전력시스템간의조화로운통합을위한수단으로중요성이부각된다. [ 주목 - 이기술 ]IoT 기반전원독립형하이브리드발전재생에너지에연료전지결합 새로운독립형발전기술에스에너지등 8 개기관참여 3 년간 62 억원투입 기술개발에나선이사업은태양광과풍력등재생에너지를연료전지와연계하는것으로생산전기를새로운연료인수소로전환할수있는수전해기술이필수다. 즉재생에너지원으로부터생산된전기를이용해물을전기분해하면수소를얻을수있다. 이렇게생산된수소를기상영향으로재생에너지출력이제한될경우연료전지를가동할수있는연료로사용해전기와열을얻는방식이다. 개발과제는여기에더해 IoT 를기반한통합 운영발전시스템개발이최종목표다. 기술개발이이뤄지면새로운에너지저장기술형태인 P2G(Power to Gas) 기술에접목할수있다. P2G 는동일한과정으로수소를생산해소규모주택, 건물, 발전용연료전지나수소차연료로사용하는기술이다. 수소를이산화탄소와반응시켜메탄으로변환하면가스터빈발전연료나 CNG 수송연료로도사용할수있게된다. 사업의총괄책임자인이구에스에너지상무는 이번사업이완료되면정부에서적극추진중인에너지자립섬, 스마트그리드시장에참여할수있는계기가될것 이라며 온실가스규제강화와에너지기술변화흐름에가장부합하는하이브리드형발전기술 이라고말했다 년 01 월 22 일 ( 금 ) 투데이에너지 신문 P2G 주목받을까? 태양광출력활용해수소생산 P2G 기술본격화되나 P2G(Power to Gas) 는에너지저장기술중하나이다. 태양광, 풍력등의출력으로물을전기분해하여수소를생산하고, 이를저장하거나가스관망을이용해이송할수있으며, 필요시연료전지에공급해다시전기를생산할수도있다. 이와관련해이해원 KIST 박사는 재생에너지로물을수전해하여생산한수소를이산화탄소와반응시키면메탄을얻을수있어필요에따라수소또는메탄등연료형태로저장이가능한기술 이라며 결국연료전지나가스터빈등의발전기기연료로이용되어전기와열, 연료를동시에해결할수있다 고설명했다. 반면, 국내는제대로된실증사업조차이뤄지지않고있어영월군이추진하는프로젝트에더욱관심이쏠릴수밖에없다. 이박사는 영월군이계획한에너지사업이 P2G 기술을활용한다는점에서주목된다 라며 재생에너지로부터생산된수소를활용해다양한산업으로연결되는모습을보여준다면에너지저장기술로서 P2G 에대한관심도높아질것 이라고말했다 년 12 월 24 일 ( 목 ) 투데이에너지 신문 에너지저장시스템이필요하며, 그해답은 P2G 가될것이다. 7

8 P2G 기술 POWER TO GAS Exchange of the currency of energy 01/ P2G 란무엇인가? 02/ P2G 의원리 03/ 왜 P2G 인가? 8

9 01 P2G 란무엇인가? POWER to GAS P2G (Power to Gas) 는에너지형태를변화시킨다는의미의 exchange of the currency of energy 로서일종의재생에너지저장방안 <P2G 의화학적메커니즘 > 기존의천연가스망과연결하여 단계1 방대한저장용량을가진다 단계2 수요와공급에반응하고주파수및전압조절과같은다른계통의기능도수행할수있어유연성이있다 <P2G 시스템의운영방식 > 단계 1: Electrolysis (4H2O 4H2 + 2O2 + Heat) 피크시간때생산되는잉여전력을물의전기분해를통해수소 (H2) 를생산 산업현장, 자동차에쓰임 단계 2: Methanization (CO2 + 4H2 CH4 + 2H2O + Heat) 생산된수소를가스파이프라인에넣어이산화탄소 (CO2) 와반응시켜천연가스의주성분인메탄 (CH4) 이나암모니아의연료형태로저장및이용 자동차, 발전소, 열공급에쓰임 단계 3: Net Reaction (CO2 + 2 H2O CH4 + 2O2 + Heat) 이산화탄소 (CO2) 를메탄화하는또다른방법 9

10 02 P2G 의원리 POWER to GAS < 숫자로알아보는 P2G> 년, 전력최대저장기간 장기간 %, 재생에너지통한전력공급이 30% 넘으면공급안정화위해필요 명, 2035 년까지신재생하이브리드시스템을통한누적고용효과 전력저장용량 Wh, 대용량 * ESS (Energy storage system) : 에너지저장시스템. 발전소에서과잉생산된전력을저장해두었다가일시적으로전력이부족할때송전해주는저장장치를말한다. < 에너지저장시스템의비교 > 구분 P2G Li-ion 배터리비고 저장형태전력 연료전력 전력 기능 / 역할 신재생출력안정화, / 송전제약해소 신재생출력안정화, / 주파수, 예비력 설비용량 (MW) 0.01~1, ~20 CO2 재사용 (CCS 연계가능 ) P2G: 단방향 ( 과잉출력 ) 배터리 : 양방향제어 ( 충방전 ) P2G: 대용량배터리 : 소용량 효율 60~70% 85~95% CH4 기준 POINT ) Li-ion 배터리는전력에서전력으로의에너지저장방법이라면 P2G 기술은전력에서연료로의에너지저장방법이다. 에너지캐리어역할을하는수소와의연계로인해많은산업에서응용해쓸수있는장점이있다. CHBC Hydrogen Energy Storage P2G 는 Pumped hydro 와 Compressed air 와비슷한스케일을가지고있지만, 기존의천연가스망과연결하면방대한저장용량을가질수있다. P2G 는향후송전제약해소와하이브리드연계를위해필요한기술 10

11 03 왜 P2G 인가! POWER to GAS 미래에는왜 P2G 시스템이필요한가? 최근많은사람들은에너지에대한경각심을느끼면서도단순히신재생에너지비율만늘리면된다고생각하기도한다. 하지만, 신재생에너지는주위환경에따라공급전력량이달라 100% 의지하기에무리다. 만약신재생에너지에 100% 의지한다면밤이되면태양광, 태양열발전이중단되고, 바람이불지않는시간이되면풍력발전이중단될뿐만아니라가뭄이들면수력발전도못하게되어수많은변수가생긴다. 전문가들의견해에따르면, 신재생에너지를통한전력공급비율이 30% 이상을차지할경우공급안정화를위한시스템이필요하다고한다. 따라서전력공급안정화시스템은단순히기존의전력시스템에만연관이있는것이아니라미래의신재생에너지와직접적으로연관이있다고할수있다. P2G 는이러한전력공급의안정화를위한시스템이다. 전력계통이여유가있을경우에는풍력및태양광발전량을계통으로투입하지만, 전력계통이포화될경우에는생산전력을 P2G 로투입해물을전기분해하여수소를생산하거나이산화탄소와반응시켜메탄으로변환하여가스망에주입한다. 또한 P2G 는생산된수소, 메탄을연료전지또는가스터빈등의발전연료로사용하거나연료전지자동차등의수송연료로사용할수도있다. 경제성과유연성그리고안정성을해결함으로써신재생에너지의활용성을높인다. 11

12 P2G 기술을묻다 탐 방 P2G 제곱탐방이야기 01 / KIER( 수소연료전지산학연협력센터 ) 02 / 포항공과대학교 03 / KIST 04 / 6 월썬빌리지포럼 05 / 7 월울산그린수소에너지포럼 06 / Energiepark Mainz 07 / Viessmann MicrobEnergy 08 / Fraunhofer IWES 09 / WaterstofNet 10 / Electrochaea 12

13 01 KIER( 수소연료전지산학연협력센터 ) 국내탐방 한국에너지기술연구원의연구조직으로서, 수소연료전지분야부품및시스템의개발, 성능평가, 실증에필요한장비, 유틸리티, 공간을모두갖춘세계 3 위권의대형시설이다. 국내유수의대학, 기업, 지자체및연구소와협력하여명실공히국내수소연료전지상용화를앞당기는개발기지로서의역할을하고있다. 본기관의중점연구분야로는중대형수소연료전지스택및시스템개발, 중대형수소연료전지성능평가, 실증, 그리고수소연료전지전문인력양성이있다. 본기관에서는 P2G 의첫번째메커니즘인전기분해에서의 PEMFC( 고분자전해질연료전지 ) 를활용한현주소를되짚고, 나아가야할방향에대해알아본다. 김범준연구원 수소연료전지산학연협력센터선임연구원 ( 공학박사 ) 연구분야 : 전산해석, 스택및시스템개발 / 평가 13

14 01 KIER( 수소연료전지산학연협력센터 ) 국내탐방 Q. P2G 기술과연료전지는어떤관계인가요? Q. 연료전지의종류에는어떤것들이있나요? P2G시스템으로전기에너지로수소를만들어가스연료로저장한다. 이때수소는전력저장의에너지매체로서역할이기대되며, 이들기술의중심에는수소저장장치외에도연료전지기술이필요하다. 연료전지는연료가가지고있는화학에너지를직접전기에너지로변환시키는직접발전방식이다. 직접발전방식이기때문에에너지변환효율이높아이산화탄소배출량을획기적으로줄일수있으며, 연소과정이없어오염물질발생이나소음, 진동등공해요인도없다. [ 연료전지의구조 ] 일반적으로수소연료전지시스템에사용될수있는발전용연료전지로는저온연료전지인인산형 (PAFC : Phosphoric Acid Fuel Cell), 고분자전해질형연료전지 (PEMFC : Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 가있다. 그리고용융탄산염연료전지 (MCFC : Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물연료전지 (SOFC : Solid Oxide Fuel Cell) 등의대형발전용으로이용되는고온형연료전지가있다. * PEM (Polymer Electrolyte Membrane) 연료전지 : PEM(Polymer exchange Mmebrane) 이라고불리기도하며, 수소이온교환특성을갖는고분자막을전해질로사용하는연료전지를말한다. Q. 앞으로나아가야할방향과해결해야할문제점은무엇인가요? Q. 지금까지국내에서이뤄온행보는어떻게되나요? 첫째로는고분자전해질연료전지용막전극접합체 (MEA) 양산화공정개발이다. MEA 는두개의전극사이에막이존재하는형상으로, 수소이온전도성막의양쪽에전극촉매가코팅되어실제전기화학반응을일으키는핵심부품이다. MEA 양상화에필요한핵심공정기술개발 ( 슬러리균질화기술, 박막균일코팅기술, 전사기술 ) 을하였고, 세계최고수준의 MEA 성능및내구성을확보하였다. 둘째로는고분자전해질연료전지용스택및소형연료전지버스개발이다. 양산화기술을적용한 MEA 로 25kW 급연료전지스택모듈을개발하였고, 그에따른국산 MEA 및스택장착한소형연료전지버스도개발하였다. 자동차산업을주력산업으로하는우리나라도최근연료전지를성장산업의하나로선정하여, 산업자원부산하에수소연료전지사업단을발족하여연구개발비의지원뿐만아니라구체적인상용화개발전략수립하는등향후막대한시장이예상되는연료전지분야의기술을개발하기위해많은노력을기울이고있다. 이러한국가적인지원과뛰어난개발전략이어우러질때에개발비의절감조기시장진입이라는성과도가져올것으로기대된다. 결국연료전지가격의경제성을해결하는것이중요하다고할수있다. 14

15 02 포항공과대학교 국내탐방 포항공과대학교신소재공학과연구팀은 3 차원헬릭스나노구조를기반으로하는에너지전환용광전극연구를진행하였다. 국내다른대학교의연구진과힘을합쳐태양광을이용해물을분해하는새로운나노소재를개발하였다. 현재태양광을이용해물을전기하여수소를생산하는연구를진행하고있다. 최일용석 박사통합과정 포항공과대학교신소재공학과연구실네이처자매지인 네이처커뮤니케이션스 에광전기화학적수소생산기술논문게재 Efficient Photoelectrochemical Hydrogen Production from Bismuth vanadatedecorated Tungsten Trioxide helix Nanostructures, Nature Communications, 5:4775 (2014) 15

16 02 포항공과대학교 국내탐방 Q. 3 차원헬릭스나노구조를기반으로하는연구에서광전기화학반응에의한수소생산의효율은어느정도였나요? 3 차원헬릭스나노구조광전극에대한연구는광자흡수효율, 전자 - 정공분리효율, 전하계면반응효율을동시에향상시키기위해진행했었다. 그결과, 수소변환효율은기존의 3% 수준에서 6% 이상으로개선시켜실용화에필요한 10% 수준으로까지향상시킬수있는계기를마련하였다. Q. 태양광을이용하여수소를얻는연구를시작하게된특별한이유가있을까요? 화석연료의사용이증가하면서환경문제에대한해결책마련이시급한상태에도달하였다. 화석연료는매장량이제한되어있어자원고갈의문제또한갖고있어, 전세계적으로지속가능한에너지인신재생에너지에많은투자를하고있다. 그중에서태양에너지는다양한화학물질의반응을일으키는데쓰일수있다. 또한, 현재의인프라를최대로활용할수있다는강점이있다. 한편, 수소는무독성, 무색무취의가스등의많은장점을가지고있는지구에서가장많은원소이지만, 단독으로는거의존재하지않기때문에물질로부터추출해내야한다. 이처럼자연에존재하고있는물질로부터청정에너지인수소를얻는다면, 다양한산업분야 ( 친환경에너지타운, Power-to-Gas, 하이브리드신재생발전등 ) 로의연계가가능해환경오염문제, 에너지자원의고갈문제, 에너지자원의편중문제등을해결할수있다고판단했다. 그리고탄소기반의경제체제에서벗어날수있다는가능성때문에연구를시작하게되었다. Q. 전기화학적으로물을분해하여수소를얻는다는것에대해서, 혹시간단한실험으로도가능한가요? 간단한실험으로도확인이가능하다. 전기에너지로물을분해하여수소에너지를얻는것이다. 물을분해할수있는이론적인전압은 1.23V 이지만, 건전지와물사이에여러저항 ( 과전압 ) 들이존재하기때문에 2.0V 이상의전압을가지는건전지라면충분히수소와산소를확인할수있다. 아마중고등학교학생시절, 과학시간에한번쯤실험해보았을것이다. 건전지의 (+) 극, (-) 극과연결된구리와같은금속을물과접촉시키면, 산화 환원에의해산소와수소가각각발생하는것을확인할수있다. 수소는페놀프탈레인이라는지시약을넣었을때, 색의변화가있는 (-) 극전극을통해알수있다. 또한, 간단하게수소와산소의부피비로도알수있다. * 산화 환원반응 : 전자를잃는쪽이산화, 전자를얻는쪽이환원이며산환와환원은항상동시에일어난다. POINT ) (+) 극과 (-) 극에서각각발생한산소와수소의부피비는 1:2 이다. 16

17 02 포항공과대학교 국내탐방 Q. 증류수에반응이일어날만한전해질을넣어는특별한이유가있나요? 이는반응속도에도영향을미치나요? 예를들면, 순수한물은전기를통할수있을만큼의이온들이존재하지않기때문에수산화나트륨과같은전해질을조금넣어전기를통하도록하는것이다. 또한, 전해질과더불어촉매는화학적반응에물론영향을미치게되는데, 이또한합성된생산물로부터수소를얻는연구에있어서아주중요한부분을차지하고있다. * 전해질 : 특정한용매에녹아서이온으로되어전류를흐르게하는물질 Q. 전기화학적으로물을분해할때, 귀금속인백금 (Pt) 을촉매로사용하는것으로알고있습니다. 경제적인측면에서보면단점이있는데, 백금을대신할만한물질들이있나요? 출처 : 백금 (Pt) 은연료전지, 배터리, 물분해등여러가지전기화학적시스템에서가장널리사용되는촉매물질이다. 하지만질문하신것처럼백금은구하기어렵기때문에경제성이낮다는단점이있다. 그래서많은연구자들이백금을대신할수있는방법을찾고있는이유이기도하다. 그것에대한한가지방법으로인공광합성을예로들수있다. 식물이광합성을통하여영양분을만들기위해서는물로부터수소를얻을수있어야하는데, 이과정을위해식물이사용하는물질은백금을기반으로하는물질이아닌망간 (Mn) 을기반으로하는물질이다. 망간, 철 (Fe), 니켈 (Ni) 과같은물질을기반으로하여효과적으로물을분해할수있는촉매를제작하는연구가현재활발하게진행중에있다. [ 물전기분해실험 ] Q. 현재수소를어떠한방식으로주로얻고있나요? 그리고해결해야할점은무엇인가요? 수소는세계적으로현재 95% 이상이화석연료의개질을통하여생산해내고있다. 그외화석연료를이용하지않는다른방법에있어서는전기분해, 광화학적분해, 열화학적분해, 생물학적분해등이있다. 수소는환경오염물질배출이없으면서높은에너지밀도를가지는에너지원으로차세대에너지로각광을받고있지만, 현재로써는개질과정을통해사용하고있어이산화탄소가발생한다는것은조금아이러니한상황이다. 그럼에도불구하고, 전체적인수소생산 - 이용경로를볼때연료전지의사용은이산화탄소중립을통하여화석연료절감효과를기대할수있다. 수소기반의경제체제는단순한에너지시스템의변화가아니라경제적요구, 사회적요구등이맞물린패러다임의변화를동반하는것이라할수있다. 그에따라서, 값비싼수소에대한경제성확보는앞으로해결해야하는숙제이다. 더나아가우리나라는주요에너지소비국이면서도해외에서에너지를수입하는의존율이 97% 에이르고있어, 에너지자립에기여할수있는수소를제조, 저장, 그리고수송및효율적이용기술에대한연구개발을지속적으로해나갈필요가있다. 17

18 03 KIST 국내탐방 연구본부의 6 개연구센터는그린에너지및시스템각분야핵심역량을극대화하는것은물론, 센터간의융 복합연구도진행함으로써국가발전에이바지하기위해노력하고있다. 대한민국의탄소재순환및 ICT 중신의신산업창출에힘이되고자설립된국가기반기술연구본부는신재생에너지, 탄소의순환, Tangible 소셜미디어분야의원천기술을개발하고있다. 비전은 Solution Provider to National / Global Agenda 이고, 국가기반기술연구본부는청정에너지연구센터, 센서시스템연구센터, 광전하이브리드연구센터, 연료전지연구센터로조직되어있다. 남석우박사 한국과학기술연구원국가기반기술연구본부본부장 18

19 03 KIST 국내탐방 Q. 연료전지 ( 배터리 ) 와수소충전을비교했을때, 수소충전의문제점은무엇인가요? Q. ESS 에너지저장기술에있어서효율적인측면과현재활용성은어떠한가요? 우리나라를보면, 배터리를통해서저장하는것에대해대기업에서관심이많기때문에정부에서장려하는부분이많이있다. 효율적인측면에서도세계에서뒤쳐지지않는기술을갖고있어, 수출을많이하고있다. 하지만, 리튬이온배터리는전기버스와같이대용량을필요로하는곳에는배터리를주기적으로교환해주어야하는단점이있다. 현재전기버스를많이사용하고있지못하는이유도그때문이다. 수소를생산해서저장했다가연료전지를통해전기를생산하면효율이굉장히떨어진다는단점이있다. 또한수소충전은배터리의충전시간에비해짧은편이다. 그래서충전시간에있어서는수소충전이연료전지보다더낫다고할수있지만, 편의적인면에서는연료전지 ( 배터리 ) 가더낫다고할수있다. 또한, 수소충전을하기위해서기본적인인프라가구축되지않으면의미가없다. 수소충전의기압 (bar) 가높은편이다. 수소충전인프라를구축하려면굉장히높은수준인 700 기압의상태에서작업해야하기때문에안전문제가가장크고, 사실상어디에지을것인지의문제도고려해볼사항이다. 결국, 수소충전소의경우에도전기충전소와마찬가지로인프라구축이향후기술의진행방향에크게영향을미칠것이다. [ 수소충천스테이션 ] Q. P2G 의장점으로는어떤것이있나요? 수소 +CO2 반응은이미플랜트가잘알려져있기때문에현재지속적으로개발중이다. 현재바이오공정을이용한 CO2 와수소의결합반응효율은 75% 정도로보고되고있다. 처음에는촉매때문에매우높은온도에서만결합이가능했지만, 더욱상용화하기위해서바이오프로세서기술을이용하여결합할수있게되었다. 그리고최근파리기후협약으로인해 CO2 를줄이기위해각국에서많은노력을하기때문에발전소, 바이오가스등에서나오는 CO2 를포집하기위해노력할것이다. P2G 는 CO2 를이용하여 CH4 를만들기때문에포집한 CO2 를활용할수있다는점이가장큰장점이라고할수있다. 19

20 04 6 월씬빌리지포럼 국내탐방 K- 밸리재단은산업계, 전문가, 연구원등다양한분야전문가들의참여와토론을바탕으로국가의에너지혁신에이바지하는것을목적으로하고있다 년 2 월부터에너지신산업, 썬빌리지, 농업혁명등의에너지분야에대한주제로포럼을진행하고있다. ` 6월썬빌리지포럼은 저비용 고순도수소분해와에너지신산업에서의연료전지 에대한주제로포럼을진행하였다. 남기태 Ph.D 서울대학교재료공학부교수에너지및환경재료, 바이오재료연구 신미남대표 두산퓨어셀 (Fuel Cell) 대표 20

21 04 6 월씬빌리지포럼 국내탐방 남기태교수 광합성을응용한 CO2 FREE 물전기분해수소생산 Q. 썬빌리지의원료인태양연료 (Solar Fuel) 를어떻게활용할수있을까요? 태양연료의응용처로수소원료를사용할수있다. 기존에는대부분화석연료를이용해수소를만들었기때문에이산화탄소발생문제를피할수없었으며, 태양에너지를활용해물을전기분해하는전극으로는값비싼백금을사용했다. 이때, 백금은경제성이떨어지기때문에보다효율적인방법에서수소를얻으려하고있다. 그것의한가지예로써, 태양에너지와연료전지사이의매개역할로광합성이존재하는데, 이를이용한생물학적시스템에서의반응이다. [ 이산화탄소배출량비교 ] POINT ) 출처 : 썬빌리지포럼강연자료 스탠포드대학의토마스자라밀로 (Thomas Jaramillo) 화학공학교수는수소를생산하는최고의비결은촉매를적절히잘찾는것이다. " 바인딩이너무약한경우, 이온이나오지않는다. 반대로바인딩이너무강한경우서로이온이만나지못해실패한다. 라고말했다. Q. 수소를만드는저비용촉매물질을개발하셨는데, 그것에대해설명해주실수있을까요? [ 생물학적반응 ] 광합성반응은광계 1, 광계 2 둘로나누어지게되는데, 광계 2 에서먼저반응이일어나고광계 1 에서반응이일어난다. 이때, 광계 2 에서망간과, 산소, 그리고칼슘이생성되게된다. 이러한생물학적반응에서의전기분해에있어망간기반촉매가음극 (-) 에붙게되고, 그곳에서물이산화반응이일어나고, 양극 (+) 에서는물을환원시켜서수소를생산할수있다. 이를광합성모방기술이라할수있는데, 장기적으로태양전지와의결합을통해서외부에서에너지를공급받지않고수소를저렴하고값싸게생산할수있다. 출처 : 네이저지 (Nature) 21

22 04 6 월씬빌리지포럼 국내탐방 Q. 세계적으로많은연구팀들이효율높은수소생산을위한새로운촉매물질개발에많은노력을기울이고있습니다. 그렇다면이기술을이용한장점에는무엇이있을까요? 그리고이물질의활용분야에대해설명해주실수있을까요? 아직까지이산화탄소가 400bpm 으로낮은농도를유지하고있지만, 이증가에의해바다의산도가바뀌고있다. 이처럼이상기후, 생태계에많은영향을주고있는만큼온실가스를감축하기위해힘을써야하는데, 이노력에도크게기여할수있을것이다. 탄소자원화방법인이기술은이산화탄소, 태양빛, 물을사용해서포름산 ( 개미산 ), 포름알데히드, 메탄올같은유용한화합물을만들수있다는장점이있다. 또한, 수소를얻어상업화된기술과의융합을하여이산화탄소와섞어서연료로의사용도가능하고, 수소연료전지등과같은다양한분야에쓰일수있어활용분야는무궁무진하다. POINT ) 수소를이산화탄소와섞어서만들수있는생성물로는메탄이나올수있다. 이와연계해볼때, 저비용 고순도의수소생산이이루어진다면 P2G와의연계성도고려해볼수있다. 신미남대표 연료전지로여는세상 Q. 연료전지의원리에대해설명해주실수있을까요? 연료전지는어떠한장점을갖고있나요? 연료전지 (Fuel cell) 는친환경, 신재생이라는분야에서빼놓을수없는중요한기술이다. 연료전지의기본원리는전기를이용해물을수소와산소로분해하는것을역이용하여수소와산소에서전기에너지를얻는다. 낮에는전기분해를이용해서수소를생산하고, 밤동안에는공기중의산소와반응하여전기를생산할수있어서순환형구조가미래에는가능하리라본다. Q. 앞으로연료전지시장에대해어떻게생각하시나요? 연료전지는중간에발전기와같은장치를사용하지않고, 수소와산소의반응에의해전기를직접생산하기때문에발전효율이높다. 또한질소산화물 (NOx) 과이산화탄소의배출량이석탄화력발전의각각 1/38 과 1/3 정도이며, 소음도화력발전방식에비해매우적다는장점이있다. 최근에는연료전지와수소분야에대한 R&D 예산이조금씩증가하고있고, 보급확산을위한정책세미나가활발히이루어지고있다. 하지만, 국내의신재생에너지정책은여전히작은틀속에있다. 그속에서수소와관련이있는연료전지는더욱정책의존성이높은부분이다. 이러한외부환경요소들이실제적으로시장규모에영향을미치고있다. 따라서, 단기적그리고장기적으로시장구축과미래시장확보가필요하다. 또한, 산업화까지연계되기위해서는기업에서의적극적인투자도필요하다. 더불어, 보급정책과맞물려있는왜곡된시장을바로잡아야하고, 가격인하와시스템서플라인체인은해결해야하는부분이다. 22

23 05 7 월울산그린수소에너지포럼 국내탐방 울산은그린수소에너지를이용하기위한세미나를여러번개최하였다. 울산은수소타운운영, 친환경전지융합실증화단지구축, 수소연료전지자동차등의수소실증시범사업을진행하고있다. ` 7월그린수소에너지포럼은 ( 사 ) 한국수소산업협회,( 재 ) 울산테크노파크의주관으로울산MBC컨벤션에서진행되었다. 김종원책임연구원한국에너지기술연구원수소연구실 최동호이사코오롱 - 하이드로제닉스사업 기술담당 23

24 05 7 월울산그린수소에너지포럼 국내탐방 김종원책임연구원 국내수소제조및이용기술현황과발전방향 Q. 수소연료전지에대한국내외정책은어떠한지설명해주실수있을까요? 수소에너지에대한국내외정책에있어서대동소이하다. 유럽의경우에는재생에너지보급량의증가에따른수요와공급의균형, 기술의성장동력, 그리고이산화탄소절감의목적을띤정책을하고있다. 일본은청정에너지와에너지안보, 그리고수소를에너지캐리어로생각을하고유연성을확보하기위해노력을하고있다. 따라서, 작년연료전지같은경우 11만대보급을하고 2030년까지 530만대를목표를하고있다. 이와비교하여우리나라의상황을살펴보면, 최근파리기후협약이후이산화탄소배출에대한규제가생기면서온실가스감축, 신재생에너지보급확대, 그리고에너지신산업의창출에목적을가지고다양한산업분야에연료전지를확대하기위해노력을기울이고있다. 앞으로의산업은자동차가차지하는비중이상당히클것으로보이고, 무공해자동차에대한연구는세계적인추세라할수있다. 그결과, 우리나라의지리적특성에맞는수소연구가재고되어야하고, 이산화탄소저감을위한재생전원의비중확대는반드시필요한부분이다. [ 연료전지정책비교 ] ENE-FARM ( 일본 ) Ene-field ( 유럽 ) SGIP ( 미국 ) Green Home ( 한국 ) 목적 - 청정에너지 - 에너지안보, 에너지캐리어유연성확보 ( 천연가스, 바이오, 수소 ) - 에너지안보 - 재생에너지균형 - 저탄소에너지 - 성장동력화 - 피크부하저감 - 온실가스감축 - 환경오염원저감 - 자가발전 - 신재생보급확대 - 온실가스감축 - 에너지안보 - 신산업창출 현황 -11 만대보급 (2015) -530 만대목표 (2030) 대시범보급 - 빌딩열에너지효율 - 에너지시스템전환보완수단제공 -70MW(2012) -374MW(47%,2012) - 지속적인제도개선 기술개발수요발생 대보급 만원 / 대 기대효과 - 조기시장진출 - 유럽시장으로확장 - 시스템가격저감 -BOP(Balance Of Plnat) 부품가격저감 - 장기적인탈탄화효과 ( 수소, 바이오, 메탄 ) - 재생에너지확대에따른그리드균형 - 피크부하감소 - 온실가스감축 - 바이오가스상계제도 바이오에너지활용극대화 ( 융합 ) - 인센티브제도 - 연료전지보급확대 - 온실가스감축 - 산업육성 - 고용창출 - 에너지효율향상 1.The fuel cell industry review 2012, Fuel Cell Today (2012) Self-Generation Incentive Program Handbook (2014) SGIP Impact Evaluation and Program Outlook (2014) 최동호이사 세계최초수소연료전지상용발전의미및발전현황 Q. 코오롱이하이드로제닉스와합작하여코오롱 - 하이드로제닉스를만든특별한이유가있나요? 코오롱계열사인코오롱워터앤에너지는물과관련한처리기술, 환경시스템, 그리고환경기초시설운영관리등의하수처리운영사업을진행해왔다. 그런데, 우리의기존사업분야를연계할수있고신재생에너지의비중을늘릴수있는방법을모색하게되었다. 그결과, 수소시스템과수소와관련한응용분야를 R&D 하는하이드로제닉스 (Hydrogenics) 와손을잡고 2014 년부터수소연료전지분야에투자하게되었다. 24

25 05 7 월울산그린수소에너지포럼 국내탐방 Q. 코오롱 - 하이드로제닉스가현재운영하고있는플랜트에대해설명해주실수있을까요? 일반적으로천연가스개질을이용해수소를생산하고있지만, 국내에서처음으로고분자전해질연료전지 (PEMFC) 를사용하고부생수소를연료로하는 1MW 의발전시설을구축했다. 이플랜트를대산공장에서현재상용운전을하고있다. Q. 대산공장은고분자전해질연료전지 (PEMFC) 를사용하고있는데, 알카라인연료전지 (Alkaline Fuel Cell) 그리고고체산화물연료전지 (SOlid Oxide Fuel Cell) 등의다른연료전지들과는어떠한다른특징과차이점이있나요? 연료전지는온도나전해질의종류에따라알카라인연료전지, 고분자전해질연료전지, 고체산화물연료전지등으로분류할수있다. 알카라인연료전지, 고분자전해질연료전지는저온형이고, * 하이드로제닉스 (Hydrogenics): 고체산화물연료전지는고온형이다. 특히, 고분자전해질연료전지는알카라인연료전지와비슷하게시동시간이짧고부하변동성이뛰어난특징을갖고있고, 알카라인연료전지보다작동범위가크기때문에높은출력밀도를갖고있는것이큰장점이다. 한편, 기존에기술적으로성숙도와신뢰성이높아가장보편적으로사용된알카라인연료전지는고분자전해질연료전지에서의축적된기술로백금촉매로부터자유로울수있는음이온 (OH ) 교환고체고분자전해질을이용한연구개발할수있게되었다. 또한, 유럽에서는 P2G기술이주목을받고있고, 저가의시스템에대한요구가확대되고있기때문에고분자전해질을응용한고압에서의알카라인시스템 (AMFC) 의연구는활발해질것으로판단된다. 종류 알카라인연료전지 (AFC) [ 연료전지종류 ] 고분자전해질막연료전지 (PEMFC) 고체산화물연료전지 (SOFC) 구분저온형저온형고온형 작동온도 50~120 50~ ~1000 전해질알칼리이온교환막세라믹 주촉매니켈백금니켈 수소기반발전기와수전해방식의수소제조및개발업체로서수소에너지저장, Powerto-Gas 기술, 수송분야등의수소와관련해독일을중심으로한유럽의여러나라와파트너를맺고있는회사이다. 이회사의본사는캐나다미시소거 (Mississauga) 에위치해있으며, 벨기에와독일에도제조회사를두고있다. 출처 : 에너지관리공단 가능한연료 H₂ H₂ ( 메탄올, 석탄가스 ) H₂, CO( 천연, 석탄가스 ) 특징성숙도, 신뢰도높음, 설비비용적음 저온작동고출력밀도 발전효율높음, 내부개질가능, 복합발전가능 주용도 우주발사체전원 수송용전원, 가정용전원, 휴대용전원 Q. 앞으로의방향에대해말해주실수있나요? 대규모발전, 중소사업소설비, 이동체전원 실증플랜트를추가적으로더건설하고연료전지발전용량을늘릴계획을하고있다. 하이드로제닉스와합작하여수소기술에많은투자를하고있기때문에, 향후수소경제사회로가는발전에도큰도움이될것이다. 또한, 서로다른신재생에너지결합을통해상호보완하여에너지효율을높이고, 경제성을확보하는하이브리드융 복합융 복합기술이주목받고있는만큼, 이에준하여수소를기반으로하여연료로쓰는 P2G 기술과의연계도생각하고있다. 더불어풍력과태양광등의신재생에너지원으로생산한전기를이용한다양한응용산업에도좋은영향을미칠것이다. 25

26 06 Energiepark Mainz 해외탐방 Energiepark Mainz 는마인츠의 Hechtsheim 에위치해있다 년부터연구용시설로친환경수소를생산하고있다. 재생에너지로부터전기분해방법으로수소를생산하는혁신적인기술을연구하고테스트하는것이플랜트의목적이다. Hochschule RheinMain 대학교, Siemens, Linde, Stadtweke Mainz 와파트너를맺고있다 년부터 13 년까지프로젝트를위한준비 ( 지역선정 ) 를했고, 14 년에는플랜트를건설했으며 15 년부터는연구를하고있다. Jonas Aichinger Stadtwerke Mainz AG 소속 Energiepark Mainz 프로젝트조정자 26

27 06 Energiepark Mainz 해외탐방 [Energiepark Mainz 안내지도를확대한모습 ] [Energiepark Mainz 안내지도 ] Q. Energiepark Mainz 에서수소는어떻게저장되고, 이용되고있나요? 1 전기그리드연결 P2G 시스템은마인츠와이와인접한풍력시설사이에직접적으로연결되어져있다. 풍력을통해얻은전기에너지는신재생에너지및그리드의안정성을유지하고네트워크를통합하는데사용된다. 2 직류스테이션세곳의직류스테이션은수전해프로세스에필요한높은직류전류를발생시키고, 각스테이션에서필요한전력은변압기를사용하여직접적으로얻을수있다. 그전류는인버터장치에의해서바꾸어진다. 예기치않은간섭이발생했을때에는회로시스템에의해저지가된다. 3 물처리공장매우높은순도의물을생성하는시설은일반수돗물에포함된모든용해되어진미네랄을꺼내게된다. 버퍼탱크는전해프로세스에서물의안정적인공급을보장하는역할을한다. 4 전기시스템 5 가스컨디셔닝및저장전해조에서원시수소가제일먼저수증기잔류산소를변환하는촉매를통과하고, 수분의대부분은압축하기전과후에응축되어지고전해조에서재순환된다. 그결과수소는저장되어진다. 6 수소천연가스그리드주입 Energiepark Mainz 에서생산된수소는 Stadtwerke 마인츠의천연가스망에주입될수있다. 이과정을통해 Mainz-Ebersheim 지역에공급한다. 7 Ionic 압축기이온압축기는수소컨디셔닝의핵심부분이라할수있다. 8 트레일러충전수소는자동화된프로세스를사용하는트레일러로가득차있다. 충전호스를트레일러에연결한후, 남아있는내용물을분석한다. 그리고압축기로부터수소를채운다. 순도, 온도, 압력을계속체크하고, 충전프로세스가완료되면충전호스는분리되어진다. 그다음트레일러는수소를실어나르게된다. 27

28 06 Energiepark Mainz 해외탐방 Q. 만약수소가새어나와서공기중에섞이면폭발이일어나나요? 천연가스처럼수소와산소가만나면폭발하게되는데, 그러나이경우에는공기중에수소의비율이 4% 까지도달해야일어나는일이다. 만약수소레벨이 75% 이상이라면, 산소가부족하기때문에혼합된가스는불붙지않아괜찮다. Q. EnergiePark Mainz의플랜트에대해설명해주실수있을까요? EnergiePark Mainz 는같은종류의플랜트중에서가장큰 6MW 규모다. 풍력으로얻은친환경전력과수소를연결한것은지멘스의수소전해조이다. 미래에는더큰플랜트들의기초솔루션으로의역할을할것이라고전망하고있다. 전해조로는최신의 PEM-electrolysis 기술을사용하고있다. 이것은유동적인재생에너지원의전력공급에있어서필수적인데, 이플랜트에서는개당최대 2MW 성능인 3 개의 PEM-electrolyzer 가동작하고있다. PEM 이사용되는시스템은지금까지주로작은스케일의수소생산이었기때문에이런플랜트에서 PEM-electrolyzer 가작동하는것은최초이다. 또다른필수적요소로는이온압축기, 가스공급기, 스위치기어등이있다. 수소탱크 린데의이온압축기를사용하여생산된수소를저장탱크, 가스파이프나탱크트럭에채워실어나르고있다. 지금까지는주로주유소에서사용된기술이지만재생에너지와 PEM-electrolyzer 의조합에서장점으로작용할수있다고판단하여 EnergiePark Mainz 에서도사용하고있다. [Energiepark Mainz 플랜트 ] Q. 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 는무엇인가요? 고분자전해질연료전지 (PEMFC) 는수소이온을투과시킬수있는고분자막을전해질로사용하고있다. 다른형태의연료전지에비하여전류밀도가큰고출력연료전지로서, 100 미만의비교적저온에서작동되고구조가간단하다는특징을갖고있다. 또한, 빠른시동과응답특성, 우수한내구성을가지고있으며수소이외에도메탄올이나천연가스를연료로사용이가능하다. 자동차의동력원으로적합한시스템이라할수있다. 이와같은고분자전해질연료전지는무공해자동차의동력원외에도분산형발전, 군수용전원, 우주선용전원으로응용될수있는등그응용범위가매우다양하여이연료전지에대한연구가전세계적으로활발하게진행되고있다. 28

29 07 Vissmann 해외탐방 미생물촉매를이용한 Biogas-P2G 를연구하고있다. 11 개의나라에 22 개의제조회사를보유하고있고 2.2 /billion 의매출액을기록하고있다. 전세계에 49 개의판매기업이있으며, 총 74 개의나라에있는판매기업과협업하고있다. 전세계 120 개의판매사무실이있고현재 56% 의수출점유율을보이고있다. Jonas Klueckers MicrobEnergy(Viessmann 그룹 ) Power-to-Gas 프로젝트연구 29

30 07 Vissmann 해외탐방 Q. P2G 는어떻게운영되고있나요? 그리고차별화된점은무엇인가요? [P2G과정] 1. 잉여전력 2. 전기분해 3. 메탄화과정 4. 전력 / 가스그리드 독일에태양광, 풍력등과같은신재생에너지가점점보급됨에따라초과된에너지를효율적으로사용하는방법에대한연구를하기시작했다. 출처 : MicrobEnergy 강연자료 그리고많은전기을저장할수있고, 먼거리까지운반이가능한전력을가스화하는방법인 P2G 시스템기술에관심을갖고투자하고있다. 우선, 초과된에너지를사용하여물을전기분해하여수소를얻을수있다. 그리고수소를이산화탄소와반응시키는메탄화과정을진행한다. 우리는이부분에서다른곳과차별화된점을가지고있다. 일반적인 P2G(Sabatier) 와메커니즘은비슷하지만이과정에서바이오가스플랜트를이용한다는점이특징이다. Q. 차별화된점에대해자세히설명해주세요. 출처 : MicrobEnergy 강연자료 [ 메탄화 ] [ 생화학유기체 ] 이유기체들은 40 에서 70 사이물기가많은곳에서서식한다. [MicrobEnergy 의바이오가스공장 ] 메탄화과정을화학식으로나타나면 4 H2+ CO2 ->CH4+ 2 H2O 로나타낼수있다. 한편, P2G기술의가장중요한점은효율적인부분이라할수있는데, 일반적으로이메탄화과정을진행할때에는매우온도가높은촉매를사용하여손실이많이생기게된다. 따라서메탄화과정에서손실을줄이는것이매우중요하다. 우리의 P2G기술은생화학유기체를통한메탄화과정을진행하고있다. 이는 40 에서 70 정도의온도에서진행되기때문에높은온도에서진행되는화학반응보다훨씬효율이높다. 30

31 07 Vissmann 해외탐방 [ 메탄화과정로드맵 ] 출처 : MicrobEnergy 강연자료 아직메탄화과정에있어서는공정규모를늘리고연구개발프로젝트를계속하고있다 년에는기술적인연구단계로시간당 2.5Nm³ H2/h 만큼메탄이생성을목표로하여성과를이루었다. 현재는증명단계로 60Nm³ H2/h 의메탄을생산하고있다 년 11 월에는구축이될예정이고, 목표치를 400Nm³ H2/h 으로잡고진행하고있다. Q. MicrobEnergy P2G 플랜트에서의과정은어떻게되나요? 1 PEM- Electrolyzer 전기분해를통해수소를생산하는곳이다. 약 300kW 가생산된다. 2 메탄화 -Reactor 5m³ 정도되는공간에서메탄화과정을진행하는곳이다. 3 프로세스기술 & 측정 4 프로제스제어 출처 : MicrobEnergy 강연자료 31

32 08 Fraunhofer IWES 해외탐방 풍력터빈의기술과효율적인운영을위해연구하고있고바람에너지와해양에너지의이용을위해풍력과바다의환경적인분석을하고있다. 또한에너지공급구조와시스템을분석하고있다. 시스템의통합과예측을위한알고리즘을지정하여전체시스템설계를진행하고있다. 재생에너지전망에서 WPMS 예측시스템에대한오랜경험을가지고있다. Bio-P2G 공정연구에참여하고있다. Dr. Ulrike Fuchs Fraunhofer IWES 과학협력및국제적인사업개발 Dr.-ing Ramona Schroer Fraunhofer IWES 바이오에너지시스템기술연구 Power-to-Gas 엔지니어 32

33 08 Fraunhofer IWES 해외탐방 Q. Fraunhofer IWES 에서연구하고있는바이오가스와 P2G 의결합에대해설명해주실수있을까요? 1 바이오가스플랜트에서는 55% 의메탄과 45% 의이산화탄소가나오게되는데, 이를 Biogas - upgrading 을통해이산화탄소를걸러낸뒤가스망에주입시킨다. 2 바이오가스플랜트를 P2G시스템에적용시킨단계이다. Biogas- upgrading을통해나온이산화탄소를전기분해를통해생성된수소와결합시켜메탄을생성하여가스망에주입시키는방법이다. Q. P2G 의한계점과이를극복할방안에는무엇이있나요? cost 3 바이오가스플랜트와 P2G, 그리고그리드망이함께되어있는단계이다. 불필요한단계는줄이고필요한전기가있으면바로발전기를통해그리드망으로나가고, 그리드망에서초과로발생하는전기는전기분해하는데에사용된다. 출처 : Fraunhofer IWES year P2G 시스템에있어서초기투자비용이매우많이들고, 처음전기분해에쓰이는전기를직접구매를해야하기때문에전부하를돌릴수있는시간이매우적다는점은극복해야하는부분이다. 이를해결하기위해서는첫째, 에너지시스템과부하를효율적으로운영할수있는것이필요하다. 둘째, 전기를구매할수있기에매우최적화가되어야한다. 마지막으로, 바이오가스플랜트를응용해구축하는방법이있다. 33

34 09 WaterstofNet 해외탐방 2009 년에비영리기관으로설립하였고, Hydrogenics, Colruyt Group, Pitpoint, E- Trucks Europe 등의회사와정부그리고연구기관과파트너를맺고있다. 수소를활용한다양한응용개발및구축을하여시설을운영하고있다. 그리고돈키호테 (Donquichote) 프로젝트를진행하고있다. 통신및전파에대한부분도연구개발하고있다. Wouter van der Laak 프로젝트매니져 34

35 09 WaterstofNet 해외탐방 Q. WaterstofNet 에서진행하고있는프로젝트에대해설명해주실수있나요? 출처 : 우리 (WaterstofNet VZW) 는하이드로제닉스, 콜루이트그룹, E- Trucks Europe 등의회사그리고여러기관과파트너를맺고, 수소를활용한다양한응용개발및구축을하고시설을운영하고있다. 또한, 돈키호테 (Donquichote) 프로젝트를진행하고있다. 벨기에에서 1MW PEM 연료전지공장을세우고, 350 bar 의수소연료스테이션을두고지게나트럭을사용하고있다. 또한네덜란드에서도비슷하게 350bar 및 700bar 를이용해버스, 자동차, 쓰레기트럭등의운송수단을책임지고있다. 그리고지속가능한에너지인수소를기반으로하는에너지저장시스템 (Power-to-GAS) 에대한프로젝트로드맵도짜고있다. 왜냐하면, 수소를활용하기에앞서신재생에너지원인태양광과풍력은날씨변동에많은영향을받기때문이다. * 돈키호테 (Donquichote) 프로젝트 : Donquichote(Demonstration of a new qualitative innovative concept of hydrogen out of wind turbine electricity) 프로젝트는응용프로그램을개발하여수소의기술적및경제적능력을보여주는것을목표로하고있다. 이와더불어대규모의신재생에너지저장시스템을통해에너지의간헐적인문제를해결하는연구도하고있다. 더나아가미래에는대용량의전력을저장하는기술이필요해지기때문에버퍼역할을하는 P2G 기술에대한연구개발을진행하고있다. Q. P2G 기술을한국에적용하려면어떤점들을고려해야하나요? P2G 기술은신재생에너지원의비율이높을때다량의전기를저장하기위해필요한기술이기때문에제일먼저고려해야하는부분은한국이신재생에너지와관련하여얼마나투자를하고있으며보급하고있는정도는어떤지살펴보아야한다. 또한, 유럽처럼가스네트워크가구축이되어있어야한다. 따라서한국의실제상황에비추어보아이기술은왜필요한지를파악하고분석하는것이중요하다. P2G 기술은융합적인기술요소가존재하기때문에캐리어역할을하는수소에대한연구도활발하게진행되어질필요가있다. 35

36 09 Electrochaea 해외탐방 2011 년 Electrochaea LLC 는혐기성이산화탄소 (CO2) 에대한소화조로부터바이오가스에대한연구를진행했다. 생물반응기 (bioreactor) 탱크를사용한바이오가스처리과정을시연하였다 년부터생물학적방법의메탄화기술을기반으로하는 Bio-P2G 에너지저장시스템을개발하는프로젝트 (BioCat-Project) 를수행하고있다 년 6 월 Avedøre 에세계최고의 Bio-P2G 플랜트를건설하여운영하고있다. Doris Hafenbradl, PhD Electrochaea CTO(Chief Technology Officer) 초고온성세균, 미생물학연구 Laurent Lardon Ph.D Electrochaea.dk ApS 생물학적인프로세스연구, 바이오가스엔지니어 36

37 10 Electrochaea 해외탐방 Q. Electrochaea 의 P2G 기술에대해자세히설명해주실수있을까요? 덴마크에서 P2G 기술을가장중점적으로다루고있는기관이라할수있다. 수소에너지저장, 그리드균형, 탄소재사용등의목표를위해상업적인규모로 P2G 기술을활용하고운영하고있는중이다. 전력물 전해조 [Bio-P2G 공정 ] 열산소 특히, 일반적인 P2G 플랜트는메탄화과정에서금속촉매, 온도제어에따른사바티에 (Sabatier) 반응을이용하는데반해, 생물학적인촉매방법으로 archaea( 고세균 ) 를이용해메탄을생성하고있다는것이가장큰특징이다. 우리가가지고있는 P2G 시스템의핵심은생물학적방법의메탄화이다. 다시말해, 이전까지는없었던방법으로써, 진화된미생물을이용한촉매기술이라할수있다. 이산화탄소바이오가스 수소 메탄 수소변환 [%] [ 메탄까지의수소변환성능 ] 열 Electrochaea 의생체촉매효소에의한수소변환율 : 98% [ 시스템설계 ] 운영시간 [h] * Archaea( 고세균 ): 단세포생명체로서, 핵이없다는점에서박테리아, 식물또는동물세포들과는다르다. 그들은에너지분자를가진화학반응으로부터햇빛과산소가없는극한의조건하에서도살수있다. * methanogenic archaea( 메탄고세균 ): 일반적으로습지와동물내장에서식하고, 메탄을생성하기위해수소분자를내놓는다. 이는메탄화반응으로얻은화학적에너지를사용하는데, 열화학과정과는다르게열로방출하는에너지손실은미미하다. 37

38 10 Electrochaea 해외탐방 Q. 일반적인 P2G 기술 (sabatier) 과는다르게, Electrochaea 의 Bio-P2G 공정이가지는특징과장점에는무엇이있나요? 메탄화하는과정에는사바티에반응, 생물학적촉매를이용한메탄화반응 2 가지가있다. 사바티에반응은수소를생산하고이산화탄소와결합하여연료를만드는과정으로써현재가장많이알려져있고상용화가되어있는상태이다. 이반응은유지보수시간낮고, MW 급의업스케일링 (Up-scaling) 에있어유리하다. 하지만, 요즘유럽은바이오매스나미생물을이용하여 P2G 시스템을구축하고, 그플랜트숫자를점점늘리고있다. 왜냐하면수소를생산하는데사용하는백금과같은금속촉매가경제성이낮기때문이다. P2G 시스템을구현하는또다른방법인 Bio-P2G 기술은낮은온도와압력에서도메커니즘을구현할수있어가격적인부분에서는훨씬더합리적이다. 또한, 반응을일으키는램핑속도 (ramping rate) 와작동하는부하의유연성을가지고있다는것도사바티에반응에비해장점이다. 더불어매우높은탄소변환효율을가지고있기때문에온실가스감축에있어보다더효과적인방법이라할수있다. [P2G 시스템에서의메탄화과정비교 ] Sabatier Bio-P2G 온도범위 300~400 60~65 오염공차낮다높다 연료생산 CH4 + 중간체 (esp.co) CH4 only * 램핑속도 (ramping rate): 램핑속도는반응을일으키고순환하는데온도가변하는속도를말하는것으로, 이것이높을수록반응속도가빠르다. * 오염공차 (Contamination Tolerance): 원시의바이오가스와저순도의수소 (H2) 를사용할수있는능력 시스템구조복잡단순 확장성낮다높다 Q. Biological methanation 에의한 BioCat-project 가 6 월에완공되었다고알고있습니다. 현재세계에서제일큰 Bio-P2G 플랜트에대해소개해주실수있을까요? 덴마크코펜하겐 Avedøre 에 P2G 시설구축을위해여러회사와파트너를맺고, 2014 년부터 BioCat-Project 를시작하였다. 이프로젝트는폐수처리장 (WasteWater Treatment Plant) 의폐수로부터자원낭비를최소화하고에너지활용을극대화하기위한계획으로예전부터제안되어져왔는데, 그중한방식으로써바이오가스를이용하여 P2G 기술과접목시키는것이었다. 최근에 1MW 급의알카라인연료전지 (Alkaline Fuel Cell) 와바이오메탄화공정을하는상업적규모의 P2G 시설을구축하는데성공했다. 이곳의가동을통해생산된메탄은 4-bar 의분배그리드에주입하게되고, 발생한열은건물에서사용하고있다. Avedøre WWWP 38

39 10 Electrochaea 해외탐방 Q. Electrochaea P2G 기술의효과와덴마크의미래시나리오에대해말씀해주실수있을까요? [ 미래덴마크의에너지시스템수요와공급그래프 ] 전력수요 ( 현재패턴 ) 미래의전력공급 ( 태양광 - 풍력 - 바이오매스 ) 출처 : European PowertoGas Platform (Biological methanation processes) 현재태양광이나풍력으로생산된잉여전력으로 P2G 플랜트를상용운전을하고있다. 이를통해바이오가스를바이오메탄으로업그레이드하여덴마크의가스망에주입하여사용할수있어, 덴마크의교통및난방문제를해결하고상업적으로는재생천연가스의판매에서수익을가져올수있을것이라판단이된다. 또한, Bio-P2G 방법은탄소를재활용할수있어이산화탄소배출을줄일수도있다. 장기적으로덴마크는신재생에너지보급을늘려 2020 년에너지공급에서의신재생에너지비율을 50% 까지올리고, 2050 년 80% 까지조달하는것을목표로하고있다. 이때, 수요와공급에대한불안정성의해결책으로장기간사용가능한대용량의에너지저장시스템은필수적인부분이라할수있다. 따라서, 점점더 P2G 기술에대한투자를늘려지역적그리드망을형성해나갈수있는방안을모색하고있다. 39

40 재생에너지저장방식을 P2G 에서찾다 결 론 전력가스화기술로환경과하나가되다 01 / P2G 제곱의활동 ( 기사작성 & 저널기고세계태양에너지엑스포부스운영 ) 02 / P2G 제곱의제안 03 / P2G 시스템의적용효과 40

41 00 되짚어나가다 WHY? HOW? AFTER? 왜저탄소를꿈꾸고있을까? NASA 는올해여름, 세계기온이역대최고치를경신하며약 40 년전에비해평균기온이 0.84 나상승했다고밝혔다. 한편, 우리나라는전국적으로 35 가넘는폭염이계속됐고, 8 월 11 일최대전력수요피크치 8497 만 KW 라는기록을경신하였다. 세계적으로높은기온이계속되고심한날씨변화의원인은탄소배출량증가에따른지구온난화와엘리뇨현상등의영향때문으로분석할수있다. 이에따라, 전세계는탄소배출량을줄이기위해신재생에너지비율을점차늘리고있는실정이다. 우리나라는원자력발전에높은의존도를갖고있기때문에유럽국가들에비해비교적전력이안정적으로공급된다. 그래서, 아직은 P2G 기술에대한인식이많이부족하다. 하지만, 신재생에너지공급이늘어날수록출력의변동성때문에대용량에너지저장시스템은필수불가결할것이다. ACTION) 국내, 해외탐방을통해알게된 P2G 기술의사실을바탕으로, 기사를작성하여저널에기고하고기관에배포한다. 또한, 사람들이많은전시회에찾아가시스템에대한원리를소개하고직접홍보한다. 기존탄소경제시대의 97% 정도되는높은에너지의존율로부터벗어날수있는환경적패러다임에대한새로운방향을제시할수있다. 전문기관에저널이배포되고, 전시회를통해많은사람들에게 P2G 기술을알리면에너지저장과관련한지식의폭이넓어질수있을것이다. 더나아가전문분야의인력양성, 에너지관련사업을하는중소기업의연구팀에게도도움을줄수있을것이다. 미래친환경에너지국가로가는길에있어중요한시사점이되리라예상한다. 41

42 01 P2G 제곱의활동 기사작성 & 저널기고 P2G 제곱팀은신재생에너지와관련한최신동향에관심이많은 4 명이모여이루어진팀이다. 특히, P2G 제곱팀원중다수는비영리단체인 대학생태양에너지기자단 에소속해활동을하고있다. 이장점을살려이번탐방활동주제제와관련한기사를작성하였고, 한국에너지정보센터에서발간하고있는저널에도기고하였다. 그래서전문가들뿐만이아닌다양한계층의사람들에게 수소를메탄화기술에접목시켜신재생하이브리드발전을실현 하는 P2G 기술시스템에대해소개를하였다. 에너지설비관리 에너지설비관리는국내최초로에너지관련통합솔루션을제공하는에너지전문잡지로서설비시공업체및현장근무자들에게고효율에너지기자재에간한각종설비정보, 시설관리기술및국내최신신기술동향, 관련분야의자격증수험정보및해설을제공한다. 주로전기관련학원및교육기관, 기계 / 기관 / 전기 / 설계등의공무과, 에너지관련제조업체등에기사를배포하고있다. 신재생에너지저널 POINT ) 한국에너지정보센터에서는매월신재생에너지저널, 에너지설비관리, 에너지타임즈를출간한다. 대학생태양에너지기자단 은지난 2015 년까지신재생에너지저널에매월 2 편씩기고해왔으며, 올해부터에너지설비관리에매월 4 편의기사를기고하고있다. 신재생에너지저널은신재생에너지와관련된다양한읽을거리, 볼거리를제공하고신재생에너지관련설비, 기술, 정책, 인물, 보급사례를소개한다. 또한정부기관, 지자체공무원, 정부산하기관, 단체, 시도교육청시설, 신재생에너지기업, 연구기관, 등에기사를배포하고있다. [ 신재생에너지저널 ] [ 기사모습 ] [P2G 기사포스터 ] 출처 : 42

43 01 P2G 제곱의활동 2016 세계태양에너지엑스포 세계태양에너지엑스포소개 아시아를대표하는한국유일의태양광전문전시회인 2016 세계태양에너지엑스포 (EXPO Solar/PV Korea) 가 2016 년 9 월 7 일 ( 수 )~9 일 ( 금 ) 까지경기도고양 KINTEX 에서개최되었다. 최근유럽의재정악화와경기불황으로인한 FIT 정책축소로전세계태양광산업은유럽에서아시아로그시장이확대되고있다. 특히아시아태양광산업의허브이자, 아시아태양광시장진출의 Gateway 로충실한역할을수행하고있고, 올해로 7 년째개최되고있다. 세계시장의변화추세에맞춘새로운시장창출과바이어미팅등으로유연한마케팅전략수립이가능하고, 태양광발전시스템구매및사용자중심의전시회로탈바꿈하였다. 실제 2015 년전시회에출품한기업의구매상담액과계약액은각각약 9,000 억원, 2,800 억원에달했다. 전세계국제전시회인증기관인국제전시연합회 (UFI) 와산업통상자원부의우수전시회국제인증획득으로해외출품기업체와해외바이어참관객수에서국제전시회로서의자격과요건을확보했다 출처 : [ 기자단내 P2G 제곱팀부스운영 ] 43

44 01 P2G 제곱의활동 2016 세계태양에너지엑스포 2016 세계태양에너지엑스포부스운영 충남창조경제혁신센터의후원으로경기도고양킨텍스에서개최된 2016 세계태양에너지엑스포에참여하여부스를운영하게되었다 세계태양에너지엑스포 (EXPO Solar/PV Korea) 는아시아를대표하는한국유일의태양광전문전시회로써아시아의 RPS 정책등이강화된현재세계의주목을받고있다. P2G 제곱팀은엑스포에서벽면에저널에실린기사를게재하고, P2G 원리를소개하는등신재생에너지를알리고자활동한결과물을전시하였다. P2G 원리를소개하기위해탐방기관영상자료를활용하여비전문가나일반인이이해하기어려운기술을쉽게설명하는데큰도움을얻었다. 또한직접시각적으로설명을하는것이많은사람들을쉽고, 빠르게이해시키는데도움이될것이라는의견을모아 P2G 기술의전체적인메커니즘에있어 1 단계에해당하는수전해기술부분의키트를팀내에서구입하여직접시연하였다. 수전해기술은 P2G 기술의전체적인메커니즘에있어 1 단계에해당한다. 태양광사업화허브충남, 2016 세계태양에너지엑스포공동주관 9 월 7 일 ~9 일 3 일간충남창조경제혁신센터관운영 이번엑스포에서충남혁신센터는충청남도지역내태양광분야유망창업 중소기업 8 개업체들과충남창조경제혁신센터관을구성하였다. 참여기업은 솔레이텍, 티앤씨코리아, 디봇, 두잇나우, NS 신성, 스마트기술연구소, 썬파워텍, 그리고 SNW 등이다. 이들업체는각각태양전지오토바이헬멧과충전기, 태양광빗물식수저장시스템, 태양광스마트벤치와, 태양추적장치및휘어지는태양광모듈, 태양광접속반, 태양광충전기기, 태양광응용버스정류장, 그리고태양광응용 CCTV 관제시스템등다양한태양광응용제품들을선보여주목을끌었다. 또한, 전국대학생들의자발적단체인태양에너지대학생기자단이충남창조경제혁신센터관에참여하여태양광산업에대한홍보와취재활동성과를소개하기도하였다. 이자리에서충남혁신센터는태양광응용제품에대한아이디어및디자인공모를통해창업부터사업화및판로지원까지지원하는사업을소개하여, 충남이태양광응용분야아이디어사업화를적극추진할계획임을밝혔다. 또한서산솔라벤처단지를통해태양광분야중소벤처기업들을지원하고, 죽도신재생에너지자립섬사업을우수모델로발전시켜해외진출도추진중이다 년 09 월 07 일 ( 수 ) 환경일보 태양광수소모형키트, P2G 원리에대해설명中 44

45 02 P2G 시스템의제안 기술, 정책, 운영 전력저장기술이절실 [ 제 7 차전원계획중신재생에너지발전량및설비비중 ] 국내의경우에도온실가스규제대응과지속가능한에너지시스템구축에대한기대감이증대됨에따라신재생에너지의보급을증대시키려는노력을경주하고있다. 최근발표된제 7 차전원계획에서는신재생에너지의보급을 2029 년발전량기준 11.7%, 설비기준 20.1% 를계획하고있다. 국내의경우간헐적전원인재생에너지원의급격한보급은삼면이바다에접해있고북쪽이단절된우리계통은통합된유럽계통보다훨씬취약하기때문에전력저장의필요성은더욱크다고할수있다. 한전전력연구원수석연구원 출처 : 산업통상자원부 ( 단위 : GWh, MW, %) 1 기술 신재생하이브리드이용미래에너지저장 범부처협의체 출처 : 산업통상자원부 미래창조과학부 ( 한국연구재단 ) 환경부 ( 한국환경산업기술원 )) 산업통상자원부 ( 한국에너지기술평가원 ) 과제 1 ( 미래부 ): 다차원산화를기반양방향수전해기술 1 단계사업총괄관리 과제 2 ( 환경부 ): 폐기물이용고온스팀생산기술 과제 3 ( 산업부 ): 신재생에너지하이브리드운영고도화기술 2 단계사업총괄관리 향후신재생에너지의원활한보급을위해캐리어역할을하는수소를중심으로이와연계한대용량에너지저장시스템 (ESS) 기술이필요하다고강조하며올해 7 월에미래창조과학부, 산업통상자원부, 환경부가공동으로 신재생하이브리드이용미래에너지저장기술 이라는신규과제를제시하고, 이기술에관해연구할연구팀을모집하고있는상황이다. 사업기간은 2016 년 ~2022 년까지 7 년 (4+3) 동안이고, 370 억원의지원금이지원될것이라밝혔다. 이공모에대한자세한내용은폐기물소각장열, 태양광등을활용해수소를생산 저장하고필요할때에연료전지를기반으로한전기를생산하는시스템개발이다. 1 단계양방향수전해기술, 2 단계폐기물이용고온스팀생산기술, 3 단계통합시스템기술로나뉘어지는데, 이때 P2G 기술은수전해기술과바이오에너지를응용한공정이기때문에 신재생하이브리드이용미래에너지저장기술 연구에있어서핵심적인아이디어및기술방법으로작용할수있다. 따라서, 우리팀이국내탐방, 해외탐방을통해얻은내용을포트폴리오화하여제출하고, 각부처에서는이것을연구과제를수행함에있어실험적조사단계에이용한다면크게도움이될것이다. 2 정책 3 운영 하수처리장, 쓰레기매립장과같은기피 혐오시설부지와바이오가스, 태양광과같은재생에너지와연계한친환경에너지타운을세우는정책을적극추진한다. 이는주민들이직접생산 판매하도록유도하면서소득과주거환경을향상시켜줄수있다. 또한, 환경과에너지문제를동시에해결할수도있다. 현재로는경주, 아산, 양산, 청주, 홍천등이있다. 강원도는주요신재생에너지원 ( 태양광과풍력 ) 을최대로활용할수있는중심지이다. 특히, 대관령의경우에는풍력발전의메카로불리고있다. 또한, 동 식물등의바이오매스가많기때문에 Bio-P2G 공정을이용한플랜트는효과적일것이다. 45

46 03 P2G 시스템의적용효과 기술, 정책, 운영 김영훈대성그룹회장은 2015 년 11 월 18 일에열린 아시아 태평양가스컨퍼런스 2015 에서 세계에너지산업의무게중심이저탄소에너지로옮겨가면서천연가스의중요성이부각되고있다. 그러나가스산업은수요감소와공급과잉, 잘못된가격결정시스템등여러문제점을안고있다. 전력의가스화 (P2G power to gas), 연료전지등혁신적인신기술을활용하면가스산업의문제점을해결할수있다 고기조연설을진행했다. * 아시아 태평양가스컨퍼런스 (Asia Pacific Gas Conference; APGC) 한국가스공사, 한국가스연맹, 에너지신문이공동주최하고, 산업통상자원부와국제가스연맹 (International Gas Union; IGU) 의후원으로가스산업종사자와에너지관련전문가들이참여하는국내에서는유일한가스와관련한국제행사이다. 아시아 태평양가스컨퍼런스는지난해첫발을내디뎠다. P2G 기술이완전하게시스템구축이되면, 물의전기분해를통해얻은수소를사용해이산화탄소화반응하고, 가스망으로도주입이가능하기때문에탈탄소화가이루어질수있다. 또한, 다양한응용분야에서의활용이가능하다는수소의가장큰장점을이용하여가정용, 발전용, 운송용등으로까지연계할수있다. 더나아가사회적으로는탄소경제사회에서수소경제사회로의패러다임이가능해청정사회로의발전이가능하다. 고에너지저장가능에너지사용의유연성장거리운반에용이 결국, 지속가능한에너지인 P2G 기술을통하여 3 가지의가치를얻을수있다. 1 가장중요한문제로여겨지는환경보전적가치를얻음으로써안전한사회를이어나가미래의기후변화에대한영향을최소화할수있다. 2 P2G 기술의대용량 장기간이라는특징적요소의가치를통해수요과공급에반응하는신재생에너지의출력변동성에대해탄력성있게대처할수있다. 3 활발하게연구개발을하여향후, 경제성에대한극복이이루어진다면가스망이라는전기그리드의버퍼를통해전력공급이미치지못하는지역에까지보다더원활하게전력공급을해줄수있고, 교통문제, 난방문제등을해결할수있다. 46

47 03 P2G 시스템의적용효과 기술, 정책, 운영 경제성 POINT) 유연성 지속가능한에너지 안정성 요소 신재생에너지를사용함에있어서경제성, 유연성, 안정성의 3 가지는필수적인고려요소로작용하고있다. 이를반영한 P2G 기술을적용했을때의효과는 3 가지가치 ( 환경보전적가치, 기술탄력적가치, 연결고리매개체적가치 ) 로나눌수있었다. 한편 P2G 기술시스템을기술, 정책, 운영의 3 가지측면으로도분류해적용효과를기술해보면다음과같다. 1 발전소의부담을줌으로써발생하는많은문제들 ( 예를들어, 밀양송전탑, 정전사태등 ) 에대응하는새로운에너지에대한솔루션제시가가능하다. 2 기술융 복합을통해다양한국내외시장에진출할수있는신재생에너지기술의가격경쟁력및전력공급의안정성을확보할수있다. 기술 3 궁극적으로수소교체를최소화할수있는무한연비를실현하는미래연료전지자동차에대한핵심요소기술개발이가능할것이다. 4 주행중태양광과자동차내발생하는폐열등을융합하여고효율의청정수소생산을가능하게할수있다. 1 천연가스등수입하는화석에너지에대한의존도를완화할수있는방안이기때문에, 에너지관련한안보정책개편가능성을예상할수있다. 2 온실가스감축이라는환경 정책적측면이동시에고려된기술로환경정책의개편가능성이농후하다. 정책 3 많은일자리의창출과신재생에너지와관련한고급인력이배출됨으로써고용창출과관련한정책적변화를가져올수있다. 4 화석연료의수입이감소함으로써, 우리나라의에너지수입에쓰이던많은예산이줄어들어에너지자립국으로가는데이바지할수있다. 1 신재생에너지발전시스템융합화를통해기존의 B2B 시장에서 B2C 시장으로의확대가능성을예상해볼수있다. 2 자동차주행중에청정수소생산이가능하게됨으로써, 미래자동차와관련한신산업에막대한파급효과를기대해볼수있다. 운영 3 이산화탄소의배출을줄이고, 가스로변환하는과정에서배출되는온실가스를줄임으로써국제사회에서의압박및예산안밖의추가적인배상금을줄일수있고, 결과적으로효율적인국가운영이가능하다. 47

48 참고자료 논문 & 강연자료 Alternative ways of biomethane production-a SWOT analysis(2014) _Sabine Strauch, Tim Schulzke, Oliver Jochum Integration of Power-to-Gas and biogas supply chain_dnvgl(2015) _Harm Vlap The Potential of Power-to-Gas_ENEA(2016)_Jacques de Bucy HYDROGEN-BASED ENERGY CONVERSION More than storage: system flexibility(2014) _SBC Energy Institute Energiepark Mainz Modelling the grid integration of power to gas : A case study of Denmark(2014) _Verena Heinisch Power-to-Gas A technical review(el-till-gas system,ekonomi och teknik) _Gunnar Benjaminsson, Johan Benjaminsson, Robert Boogh Rudberg Viessmann Group Electrochaea: Opportunity, Technology, Execution(2016)_Markus Forstmeier Power to Gas Research Roadmap-GERG_Robert Judd and Dave Pinchbeck A Perspective on the potential role of biogas in smart energy grids(2014) _T Persson Hydrogen Energy Storage (HES) Activities at NREL(2015)_Josh Eichman, PhD 2014 년신재생에너지백서 신재생에너지동향자료 _ 에너지관리공단신재생에너지센터 사이트 산업통상자원부 기후변화홍보포털 독일에너지기관 Electrochaea 48