▶ GO NET-ZERO! 금세기 ‘탄소중립’은 선택이 아닌 필수 과제
전 세계가 지난 1 년 이상 COVID-19 펜데믹으로 인해 경제뿐만 아니라 정치, 사회, 문화 전 분야에 걸쳐 심한 고통과 변화를 겪고 있다. 최근 몇 년간 악화되고 있는 기후 위기의 영향은 가까운 장래에 더욱 심각해질 것이다. 기후 위기의 주요 원인이 화석 연료의 지속적인 사용으로 인한 과도한 탄소 배출에 있다는 것은 거의 사실로 받아들여지고 있다. 따라서, 기후 위기에 맞서기 위해 탈탄소 사회 구현을 위한 탄소중립은 더 이상 선언적 의제가 아니라 금세기 최우선 과제가 될 것이다.
탄소중립 구현을 위한 방법론 중에서도 에너지시스템의 변화는 가장 중요한 요소이다. 기후 이변에 의한 에너지시스템의 영향과 관련된 대표적인 예가 최근 발생한 미국 텍사스 주 *순환정전(Rolling Blackout) 사태이다 [1]. 그림 1에서 보듯이 2월 초 미국 중부 대부분의 지역에서 극심한 추위가 발생하였고, 이는 에너지 수요 증가 및 에너지 공급에 영향을 주어 에너지 시장에 격렬하고 광범위한 혼란을 야기하였다. 발전소 운영과 관련된 다양한 문제로 인해 순환정전이 발생하여 막대한 피해를 끼쳤으며 이는 현재도 진행 중이다.
* 순환정전 | 수요와 공급의 불균형으로 전체 전력망이 무너지는 것을 막기 위해 일부 지역에 전기 공급을 중단하는 것
최근 세계에너지기구인 IEA (International Energy Agency)는 탈탄소를 위한 청정 에너지기술에 대한 전망을 밝힌 ‘Energy Technology Perspectives 2020’을 발표하면서 몇 가지 시나리오를 제시하였다 [2]. 그중 세계 기후 및 에너지 목표를 충족하기 위한 로드맵으로서 Sustainable Development Scenario는 에너지시스템 기술 및 인프라의 근본적인 변화와 함께 행동 변화 측면을 통합하였다. 아울러, 2070년까지 전 세계 에너지시스템을 탄소의 net-zero 배출량으로 전환하는 방법론을 제시하였다. 이보다 진보적인 시나리오는 2050년 net-zero 배출량 도달을 목표로 하는 Faster Innovation Case로서 전력 생산이 현재보다 약 2.5배 증가할 것이고, 연간 재생에너지 전력 용량은 2019년 발전량의 약 4배가 필요하다고 전망하고 있다. Net-zero 배출량을 가속화하기 위해서는 전기화, 수소, 바이오 에너지 및 탄소 포집・활용・저장 기술(CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage)의 보다 빠른 혁신이 필요하다는 것이 핵심 내용이다.
▶ 탄소중립 열풍, 태양광산업에 비추는 햇살
탈탄소화의 핵심은 청정 전기 사용이다. Sustainable Development Scenario에 따르면 최종에너지 수요 중 전기 점유율은 현재의 20%에서 2070년에는 약 50%로 증가할 것이며, 약 20%의 누적 CO₂ 절감 효과를 낼 것이다. 2070년의 총 전력 수요는 3만 TWh까지 증가할 것으로 예상된다. 특히 태양광, 풍력 및 기타 재생에너지 등의 청정 발전원의 사용이 증가할 것으로 예상되며, 그 중에서도 태양광이 탄소중립 시대의 핵심 재생에너지원으로서 중요한 역할을 할 것이다.
태양광은 발전단가가 지속적으로 떨어지고 있는 유일한 발전원이다. 또한, 핵심 부품인 태양전지로 구성된 태양전지 모듈을 다양한 개수로 연결하여 다양한 크기의 발전소를 건설할 수 있는 대표적인 분산전원이다. 태양광산업은 원료부터 태양전지, 태양전지 모듈, 설계 시공, 유지 보수뿐만 아니라 최근 각광받고 있는 금융 영역의 자산관리 (asset management)까지 길고 넓은 가치사슬로 구성된 가장 큰 에너지 산업 중의 하나이다.
2019년도 전 세계 태양광 설치량은 약 115 GW였으며, 2020년도까지 4년 연속 100 GW 이상의 설치량을 기록할 것으로 예상된다. 국내 역시2019년 연간 태양광 설치량이 3.8 GW 시장으로 성장하여 에너지 산업의 새로운 성장 동력으로 각광 받고 있다. 태양광산업은 2010년대 초 구조 조정기를 거치면서 tipping point를 지났다. 그리고 이제 기술 개발에 따른 모듈 출력 향상, 발전단가 하락, 수용성 확대, 생산설비 투자 증가 및 기술 개발로 이어지는 선순환 구조로 진입하여 cash-cow 산업으로 성장하였다. 탄소중립의 시대를 맞이하여 태양광산업의 발전 속도는 더욱 빨라질 것이다.
그림 3. 덴마크 코펜하겐 국제 학교 외벽에 설치된 건물일체형 컬러태양광 모듈
(설치 면적 6,000 m², Kromatix glass 모듈, 700 kW급 태양광 발전 시스템).
▶ 다양한 형태로 변화하는 태양광
이제 태양광은 단순한 지붕형 및 대형 발전소 형태에서 벗어나고 있다. 수상 및 해상 태양광, 건물일체형 태양광, 영농형 태양광 등의 시장으로 확대되며 다양한 환경 대응형 분산전원으로 발전하고 있다. 응용 제품 시장의 확대도 기대되는데 태양광 선루프가 대표적인 예이다. 기술개발에 따른 모듈의 출력 향상 및 형태의 유연화를 통해 본격적인 e-mobility 시대의 핵심 전장부품의 하나로서 시장을 형성할 것으로 기대된다. 예를 들어, 현대자동차 쏘나타 하이브리드에 적용된 솔라루프 시스템은 200 W급의 출력을 가진 태양광 모듈로서 국내 평균 일사량 대비 1년에 최대 1,300 km 주행 및 차량의 연비 상승은 물론 탄소 배출을 감소시킬 수 있다 [3]. 현재는 불투명한 실리콘 계열의 태양광 선루프뿐만 아니라 반투명 박막형 모듈, 컬러 모듈 [4], 고출력 모듈 개발 및 적용을 통해 e-mobility의 다양한 외형 소재로서 활용될 것이다.
다양한 형태의 태양광 모듈 및 고출력 모듈의 개발은 단순 친환경 청정전기를 생산하는 발전소의 개념에서 벗어나 일상 생활에서 태양광의 활용에 대한 수용성을 확대시켜줄 것이다. 기술 개발과 함께 향후 탄소 국경세 등의 탈탄소 관련 무역 장벽의 등장을 대비하기 위해 전력 소비자의 청정전기 선택권 부여, 탈탄소 연계 전기요금 개편 등의 정부 정책 변화 또한 중요할 것이다.
▶ 글로벌 탑 티어(Top-tier) 기업 ‘한화큐셀’
본격화되는 태양광산업의 전장에서 한화큐셀은 우리나라 태양광산업을 선도하고 있으며 세계 시장에서도 태양전지, 모듈뿐만 아니라 EPC 분야의 글로벌 Top-tier로서 미래 태양광산업을 주도할 것이다. 특히 한화큐셀은 태양전지의 효율을 높이기 위해 개발된 ‘퍼크(PERC)’ 기반의 전매특허 기술 ‘퀸텀(Q.ANTUM)’ 뿐만 아니라 차후 새로운 기술 개발을 통해 기술선도 기업으로서 지속 성장할 것으로 보인다.
태양광은 향후 그린 수소 생산을 통한 규모의 수소 경제로의 전환을 구현할 수 있는 주된 재생에너지원으로서 탈탄소 사회를 구현하고 기후 위기를 극복할 수 있는 핵심 수단이다. 이러한 사회적 가치 실현뿐만 아니라 우리나라가 주도하는 미래 에너지 산업으로 육성할 수 있도록 산학연 관계자들이 치열하게 준비해야할 것이다.
[1]. Extreme winter weather is disrupting energy supply and demand, particularly in Texas, IEA, 2021. 2. 19.
[2]. Energy Technology Perspectives 2020, IEA, 2020. 11.
[3]. 모델 소개 Highlights, 쏘나타 하이브리드, 현대자동차 (https://www.hyundai.com/kr/ko/e/vehicles/sonata-hybrid/intro).
[4]. Inventory on Exiting Business Models, Opportunities and Issues for BIPV, IEA PVPS, 2018. 5. 23.
