[5년후 생활바꿀 에너지기술①] 고효율 태양광, 항공유용 바이오디젤, 페전지 재활용 ESS

에너지기술평가원, 고효율 태양발전 등 에너지기술개발 전략핵심 사업 29개 개념계획서 접수 19일 마감

안희민 기자ahm@ekn.kr 2015.08.02 03:18:00  

▲19일 마감 에너지기술평가원 2015 하반기 에너지기술개발사업 전략핵심 사업 이모저모 

[에너지경제 안희민 기자] 5년 후엔 보다 높은 효율로 경제성을 갖춘 태양광 발전기가 불을 밝힐 전망이다. 수명이 다 돼 버려진 전기차용 전지도 에너지저장장치로 재활용되고 비행기도 바이오디젤로 하늘을 난다.

 

에너지기술평가원은 지난달 21일 이와 같은 내용 29개 과제를 2015 하반기 에너지기술개발사업의 전략핵심 사업으로 선정하고 이달 19일까지 개념계획서 신청을 받고 있다.

전략핵심 사업은 개발기간이 5년 내로 다른 과제보다 2∼3년 길다. 그만큼 난이도가 높고 중요하다는 이야기다. 5년 후 미래를 바꿀 전략과제를 연재한다.

◇ 태양광, 발전 효율 22% 이상 

 현재 가장 많이 쓰이는 결정질 실리콘 태양광 모듈의 발전효율은 보통 16∼19% 선이다.

 에기평은 전도성 페이스트와 전극 기술 개발, n형 이중접합을 통해 22%의 효율을 달성할 계획이다. 또 태양광 모듈 표면에 뿌려지는 은 가루를 대신할 전도성 분말과 전극을 개발할 계획이다.  

 태양광 모듈은 n형 기판(실리콘+인)과 p형 기판(실리콘+불소)을 접합해 제작한다. n형 기판은 태양빛을 받으면 전자를 생산해 도선을 통해 p형 기판의 정공으로 이동한다. 도선에 전구를 달면 빛을, 모터를 달면 동력을 얻는다. 은 가루는 생산된 전자가 보다 전극으로 쉽게 이동하도록 돕는 역할을 한다.   

 실리콘은 태양빛을 받으면 전자를 생산한다. 이 전자를 외부로 연결된 선(도선)으로 방출해 빛을 얻거나 모터를 돌린다. 은 가루와 전극은 이 전자를 보다 잘 모으기 위해 필요한 재료들이다.         

 따라서 결정질 실리콘의 전력 생산 효율을 높이고 값을 내리기 위해 n형 기판을 이중으로 접합해 보다 많은 전자를 생산할 계획이다. 아울러 비싼 은 가루를 대신할 전기가 통하는 분말(전도성 페이스트)와 전자가 보다 잘 달라붙는 전극을 개발해 결정질 실리콘 태양광 모듈의 값을 낮출 계획이다.  

 이 기술이 완성되면 현재 가장 많이 쓰이는 결정질 실리콘 태양광 모듈 성능이 개선돼 그만큼 경제성을 갖추게 될 전망이다.  

◇ 디젤발전기도 돌리고 항공기도 날리는 바이오디젤 제조

 우리나라는 2006년도 이래 총 242만5000킬로리터를 수출한 바이오디젤 생산대국이지만 2013년 기준 원료 국산화율은 38.3%에 불과하다. 국내 바이오디젤 생산업체는 15개사이며 실제 정유사에 바이오디젤을 공급하고 있는 업체는 9개 기업이다. 대부분의 원료가 식물성 수입산 대두와 팜유이다.  

 따라서 에기평은 하수찌꺼기 등 아직 사용하지 않은 원료를 활용법과 원료를 바이오디젤로 만들 때 효소를 이용하는 방법을 개발할 계획이다. 

 또 에기평은 디젤과 항공유로 쓸수 있는 고탄소 바이오연료 생산기술 개발에도 나섰다. 현재 바이오에탄올, 바이오부탄올이 생산되고 있으나 디젤 발전기를 돌리거나 비행기 엔진을 움직이기엔 성능이 부족하다.  

 따라서 ‘C5-C15 이소프로노이드계 바이오연료’개발해 디젤 연료를 대체하고 디젤유와 혼합 비율을 현재 2%에서 20%까지 끌어올릴 계획이다.

 이소프레노이드는 자연계에 존재하는 가장 방대한 탄화수소 화합물군이다. 이들 중엔 기존 석유에서 채취한 수송용 연료들과 비슷한 것들이 많다.

 이 연료는 바이오매스에서 뽑은 당이나 바이오디젤에서 얻은 폐글리세롤에서 얻기 때문에 독성이 없고 생산발효 공정에서 이산화탄소 저감 효과가 높아 기후변화대응에도 효과적이다.    

◇ 버려진 전지, 에너지저장장치로 재탄생 

 전기차, 하이브리다차, 플러그인하이브리드차에서 사용되다 수명이 다돼 버려질 리튬이온전지가 2020년에 약 100만개 이상 될 전망이다.  

 그런데 리튬이온전지는 버려져도 성능이 80% 정도 남아있다. 이때까지 우리나라에선 전지가 버려지면 해체해 리튬, 코발트 등 희소금속을 회수하는 수준에 머물렀으나 앞으로 에너지저장장치로 재활용될 전망이다.  

 이미 하이브리다차용 전지가 폐기돼 나오고 있어 한국지질연구원, (주)코바, 성일하이텍, 리싸이텍, 포스코, LS닛코 동제련과 함게 리튬이온전지 재활용 사업에 뛰어들었다.

 그러나 아직 리튬이온전지 재사용과 관련 기술개발과 검증이 없고 주로 새 리튬이온전지를 에너지저장장치로 만들어 쓰기 때문에 에기평은 폐전지 활용기술 개발에 뛰어들었다.