[2009 녹색성장 비전] 美에너지부 산하 재생에너지연구소 NREL 가보니…
│골든(미국 콜로라도 주) 이도운특파원│미국의 동부에서 시작돼 서쪽으로 뻗어나간 대평원이 로키 산맥과 만나는 지역이 콜로라도 주다. 콜로라도 주에서도 평원과 산들이 처음 만나는 지점이 볼더 카운티이다. 이곳에 미국의 대표적인 신·재생에너지 및 클린 테크놀로지 연구소인 재생에너지연구소(NREL·National Renewable Energy Laboratory)가 자리잡고 있다. 볼더 카운티의 고도는 해발 1600m. 그리고 1년에 300일 이상이 맑은 날씨다. 고도가 높을수록 풍속이 일정해지고, 태양광 발전의 효율도 높아진다. 이와 함께 콜로라도 주에는 지열 개발이 가능한 온천 지역도 많다. 특히 볼더 카운티의 주민들은 환경친화적인 정책을 적극 지지하고 있기 때문에 신·재생에너지 연구지로서는 최선의 조건을 갖춘 셈이다.
●“풍력 발전은 고도의 테크놀로지”
예상대로 NREL로 들어가는 절차는 제법 까다로웠다. 우선 NREL 본부에서 10분쯤 떨어진 고원지대에 자리잡은 풍력연구단지를 방문하자 여권과 비자 등 필요한 서류를 꼼꼼하게 점검한 뒤 출입을 허락했다. 풍력연구단지에는 NREL 소속 연구원은 물론 풍력발전기 제조업체, 풍력발전소 운영업체, 전력회사 등의 관계자들이 모여 있다. 이들은 발전기 날개의 크기와 발전 효율의 상관관계, 날개가 좀더 바람을 잘 받아 회전하도록 만드는 방법 등을 연구하고 있다. 또 연구를 통해 만든 풍력발전기의 시험 가동도 이곳에서 이뤄진다. 현장 관리자인 제임스 존슨은 “풍력발전은 단순해 보이지만 오히려 태양광 등 다른 신·재생에너지 발전보다 첨단 기술이 필요하다.”고 말했다. 특히 가볍고 튼튼하면서도 신축성 있는 발전기 날개, 마모 내구성이 강한 발전기 부품을 만드는 것은 여러 가지 과학 기술과 산업이 복합된 분야라고 존슨은 강조했다.
연구단지 한쪽에는 현재 개발 중인 CART라는 이름의 풍력발전기가 자리잡고 있었다. 날개가 두개인 이 발전기는 터빈을 구성하는 부품들에 대한 부하를 최소화하는 시험을 하기 위해 만든 것이었다.
●차세대 태양전지 개발
NREL 본부 역시 출입 절차가 까다로웠다. 특히 풍력연구단지와 달리 연구소 내부에서의 사진 촬영을 제한했다. 연구소라기보다는 군사 기지에 들어가는 느낌이 강했다.
브리핑룸에서 NREL의 태양광 전문가인 톰 슈렉 박사를 만났다. 슈렉 박사는 먼저 NREL이 재생에너지를 이용한 전력생산, 재생가능한 연료, 통합 에너지 시스템, 전략적 에너지 분석 등을 담당하고 있다고 설명했다. 슈렉 박사는 이어 자신의 전공분야인 태양광 발전의 경우 2000년 이후 매년 40% 이상의 고성장을 계속하고 있다고 강조했다. 슈렉 박사는 “현재는 결정질 실리콘을 이용한 태양전지가 시장을 장악하고 있지만 실리콘 가격 상승 등 때문에 차세대 기술이 떠오를 것”이라고 말했다. 슈렉 박사는 차세대 태양전지 테크놀로지로 플라스틱 또는 유기물, 퀀텀닷(Quantum Dots), 다중 여기자(勵起子·Excitons), 나노 테크놀로지, 다다중접합(Multi-Multi-Junctions), 열광자학(Thermophtonics) 등을 이용한 태양전지를 제시했다. 이와 함께 태양전지가 고온, 다습한 지역에서도 제대로 작동하도록 만드는 것도 중요한 이슈라고 말했다.
●품질·가격 만족시키는 바이오 연료
NREL의 바이오 연료 전문가인 제임스 맥밀런 박사는 석유를 대체하는 연료의 개발 필요성을 거듭 강조했다. 맥밀런 박사는 바이오 연료 개발에는 품질과 가격, 지속가능성이라는 세 가지 중요한 고려사항이 있다고 말했다. 우선 석유를 대체할 만큼 연료의 성분이 훌륭해야 하고, 생산 및 수송 가격도 저렴해야 하며, 수요를 충당할 만큼 충분한 양의 바이오 연료를 생산할 수 있어야 한다는 것이다. 이와 함께 바이오 연료 개발에 너무 많은 전기 등 에너지와 물을 소모하면 안 되고, 제조과정에서 온실가스 배출도 줄여야 한다고 맥밀런 박사는 설명했다. 맥밀런 박사는 본부 건물 옆에 설치된 바이오 연료 공장으로 안내했다. 공장 현관에는 조지 W 부시 전 대통령이 이 공장을 방문했을 때 찍은 기념사진이 걸려 있었다. 사진 위에는 ‘바이오 연료가 전국적인 주목을 받고 있다.’는 커다란 문구도 보였다. 이 공장에서는 각각 옥수수 줄기와 옥수수 대, 포플러, 잡초(Switchgrass)로 바이오 연료를 만들고 있었다. .
●정부 정책따라 부침
NREL은 미 에너지부에 소속된 기관이다. 1차 석유 파동을 겪은 뒤 1974년에 설립됐다. 처음에는 태양에너지연구소로 출발했다. 당시의 지미 카터 대통령은 이 연구소를 단순히 연구, 개발하는 기관이 아니라 재생에너지를 확산시키는 수단으로도 활용하겠다는 복안을 가졌다. 이 때문에 막대한 예산을 지원했다. 그러나 작은 정부를 주창하는 로널드 레이건 대통령 시절에는 이 연구소의 예산이 이전보다 90%나 깎였다. 이 때문에 환경론자나 신·재생에너지 신봉자들은 지금까지도 레이건 대통령을 강력히 비난한다. 이후 신·재생에너지에 대한 관심이 고조되면서 기능을 조금씩 회복해 갔다. 1991년 연구 분야를 신·재생에너지 전반으로 확대하고 NREL로 이름을 바꿨다.
dawn@seoul.co.kr
■ NREL 컴퓨터재료과학그룹 김용현박사
“기초연구·기술이전·마케팅까지 신·재생에너지분야 토털서비스”
“다양한 에너지 분야를 접할 수 있고, 그 중 관심 있는 분야를 스스로 개척해 나갈 여건을 제공해 주는 것이 재생에너지연구소(NREL)의 장점입니다.”
NREL의 컴퓨터재료과학 그룹에 소속된 김용현박사는 서울신문과의 이메일인터뷰에서 NREL의 강점을 이같이 설명했다. 한국과학기술원(KAIST)에서 물리학을 전공한 김 박사는 지난 2003년부터 NREL에서 박사후 과정 연구원으로서 에너지 저장 분야를 연구하고 있다. 김 박사는 자신이 NREL을 대표해 답변하는 것은 아니며 한국 출신 연구원으로서 개인 의견을 밝히는 것이라고 말했다.
→현재 NREL에서 가장 중점을 두고 연구하는 신·재생에너지는.
-미국에서는 유일한 국가 단위의 태양광 및 풍력 연구 센터가 NREL에 있다. 또 바이오에너지 연구센터도 있다. 이와 함께 지열 에너지와 수소도 중요한 연구 분야로 삼고 있다. 연구 프로그램의 규모만 놓고 보면 태양광(Photovoltaic) 분야가 가장 크다고 할 수 있다.
→현재 NREL에서 가장 중점을 두고 연구하는 클린 테크놀로지는 어떤 분야인가.
-거의 모든 분야에 대해 전략적인 투자를 하는 것으로 안다. 그 중에 하나를 특정하기는 어렵다. 내가 연구하는 에너지 저장 쪽도 최근에 NREL의 경영진으로부터 많은 관심을 받고 있다.
→NREL의 차별화된 경쟁력은 무엇이라고 보나.
-NREL은 신·재생에너지 분야의 기초 연구부터 기술 이전, 마케팅까지 모든 영역을 연구 대상으로 삼고 있다. 기본적으로 10~20년 뒤에 경쟁력을 가질 만한 기술의 개발에 관여하면서도, 한편으로는 당장 1~2년 후에 쓰임새가 있는 기술에 대한 연구도 많이 한다. 쉽게 얘기하면 대학, 연구소, 회사의 연구주제를 한 연구소에서 수행한다고 보면 될 것 같다.
→NREL과 같은 정부 연구기관의 장점은 무엇이라고 보나.
-기초기술에 대한 투자를 한다는 것이다. 또 모든 연구의 목표가 분명하다는 점도 장점이다.
→NREL과 같은 정부 연구소가 하기 어려운, 그래서 민간 연구소에서 해야 할 연구 분야는 어떤 것들이 있을까.
-민간 연구소에 대해서는 잘 모른다. 다만 개인적으로는 정부든, 민간이든 관계없이, 또 연구 분야에 구분이 없이, 다양한 주제를 개별 혹은 공동으로 연구하는 것이 좋다는 생각이다.
→현재 연구하는 에너지 저장 기술을 간단히 설명해 달라.
-주로 나노물질에 기반한 수소저장 물질을 이론적으로 연구하고 있다. 나노 관련 배터리 물질과 열 저장 물질 연구다.
→현재 세계에서 가장 앞서 있는 에너지 저장 기술은 무엇인가.
-에너지 저장 기술은 매우 다양하다. 우리가 가장 쉽게 접촉하는 것은 화학연료들이다. 가솔린, 수소, 천연가스 등 (이들은 사용할 때는 에너지이고, 보관하면 저장 시설이 된다). 또한 배터리도 중요한 분야인데 에너지 밀도(Density) 측면에서 아직 화학 에너지를 따라갈 수 없다. 기계적 에너지 저장 시설도 있고 열 에너지 저장 시설도 있다. 전기가 남을 때 댐 아래의 물을 끌어올려 수력발전에 이용하는 기술도 있다.
→에너지 저장 기술이 발전하면 에너지 시장에 어떤 변화가 올까.
-현재의 전력선(Eelectric Grid)에 기반한 에너지 구조(한국에서는 한전)가 많이 변화될 것이다. 모든 가정이나 개인이 좀더 독립적으로 되는 것이다. 예를 들면 배터리가 발달하니까 컴퓨터와 전화의 이동(Mobile)이 가능해졌듯이.
이도운기자 dawn@seoul.co.kr
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