이 주 야 기자
세계 에너지 수요 증가의 대부분을 차지하는 개발도상국의 경우 비용이 비싼 신재생에너지 보다 쉽게 쓸 수 있는 화석 연료 기반의 에너지에 주로 의존할 것으로 예상되기 때문에 보다 효율적인 에너지 사용의 중요성은 특히 선진국을 중심으로 점점 더 커질 것이다.
신재생에너지 발전 부문에서는 대형 풍력 발전기 블레이드를 가능케 하는 탄소섬유복합소재와 태양전지의 고순도 폴리실리콘 개발 경쟁이 치열하며, 연료 전지용 고분자 전해질막이 유망하다. 화력발전에서는 발전효율을 높이기 위해 고압, 고온에서도 견딜 수 있는 초초임계 발전용 소재인 초내열 합금강의 개발이 한창이다. 수송용 분야는 항공기와 자동차 경량화를 위한 유무기 복합소재, 전기자동차에 사용되는 2차 전지용 탄소 소재 및 실리콘계 합금 소재의 개발 경쟁이 치열하다. 한편 가정/상업/산업용의 경우 SiC 반도체 소재, 유·무기 발광소재, 차열도료/단열도료 등이, 폐기 에너지 회수 부문에서는 압전/열전 소재, 폐자원을 활용한 바이오 플라스틱 등이 주목받고 있다.
점점 커지는 에너지 효율의 중요성
최근 IEA에선 세계 에너지 전망 보고서를 내놓으면서 전 세계 국가에 대해 현재와 같은 에너지 소비 형태가 지속될 경우에 대해 일종의 경고 메시지를 보냈다. 보고서에 의하면 향후 비OECD 국가들은 2010년과 2035년 사이 전 세계 인구 성장의 약 90%, 에너지 소비 증가의 90%를 차지할 것으로 예상되며, 이로 인해 2035년이 되면 전 세계 에너지 수요가 비약적으로 증가해 2010년 대비 약 30% 이상 늘어날 것으로 예상된다. 또한, 2035년에는 에너지 관련 이산화탄소 배출량이 2010년 304억톤에서 364억톤으로 증가해 장기적으로 세계 평균 온도가 섭씨 3.5도 정도 상승할 것으로 예상되고 있다. 그것도 현재 각국 정부가 계획하고 있는 다양한 환경, 에너지 정책들을 적극적으로 실행한다는 것을 전제한 것으로 만약 신규 정책의 실현 없이 현재 상태로 진행된다면 2035년 에너지 관련 이산화탄소 배출량이 433억톤으로 증가해서 장기적으로 섭씨 6도 상승해 인류의 생존을 위협하는 수준이 될 것으로 예상하고 있다.
보고서는 이러한 상황에서 각국 정부의 에너지 효율 향상을 위한 적극적인 정책이 절실히 필요하며, 향후 각국의 적극적인 에너지 절약 움직임이 미래 에너지 부족 문제를 해결하고 지구 환경을 보전할 수 있는 중요한 요소임을 강조하고 있다.
2011년 일본 원전 사태로 인해 불거진 원자력 발전에 대한 불신감, 그리고 세계 경기 침체 및 유럽 재정 불안 요소 확대 등으로 세계 기후변화 협약에 대한 각국의 의지가 점점 약화되는 현실만 보더라도 미래 지구 환경이 그리 낙관적인 것은 아닐 것으로 생각된다. 신재생에너지가 중요 에너지원으로 대두될 것이라는 희망적인 견해도 있지만 향후 에너지 소비 증가의 상당 부분을 차지하고 있는 중국, 인도 등에서는 비용이 비싼 신재생에너지보다는 비교적 쉽게 확보할 수 있는 화석 에너지에 우선적으로 눈을 돌릴 가능성이 높다. 이러한 상황에서 앞으로 에너지를 효율적으로 이용하는 것의 중요성은 점점 더 커질 것으로 예상된다. 에너지를 효율적으로 이용하려는 노력은 선진국을 중심으로 확대되고 있으며, 실제로 에너지를 효율적으로 이용할 수 있는 다양한 기기들이 개발되고 있다. 일본의 경우 2012년 경제 산업성의 산업 기술 관련 예산을 보면 일본이 안고 있는 에너지, 환경 제약 등 구조적 과제를 극복할 수 있는 중요 프로젝트로써 고효율, 초저소비 절전형 소재 및 기술개발, 그리고 재생가능 에너지나 전기자동차 보급 확대에 필요한 부품 및 소재 개발 등이 포함되어 있다.
또한 EU 집행위원회는 ‘에너지 2050 계획’에서 가장 중요한 요소로 ‘에너지 효율 및 신재생에너지 사용’을 지적했으며, 미국 오바마 정부도 최근 빌딩에서의 에너지 효율 개선을 위해 약 40억달러를 투자하는 등 효율적인 에너지 사용에 대한 정부 차원의 움직임이 서서히 나타나고 있다.
이러한 에너지 효율 개선의 움직임에서 부품 및 소재가 차지하는 비중은 상당할 것으로 예상된다. 왜냐하면 획기적인 에너지 효율 개선은 부품 내지 소재 개선 없이는 거의 불가능하고, 실제로 최근 풍력, 태양광 등 신재생에너지 사업에서 어떤 소재를 사용하였느냐에 따라 성능이나 가격이 크게 바뀌기 때문이다. 앞으로도 에너지 효율성이 강조되면서 소재를 중심으로 한 기술개발이 더욱 활력을 받을 것으로 예상된다.
에너지 효율 제고형 유망 부품 및 소재
향후 에너지 효율 개선 측면에서 주목 받고 있는 부품 및 소재는 어떤 것들이 있을까? 에너지 효율을 개선하려는 어떠한 노력들이 있는지, 최근 기업들이 주목하고 있는 부품 및 소재들은 어떤 것들이 있는지 살펴보자.
무엇보다도 태양광, 풍력 등 신재생에너지의 생산 과정과 석탄, 석유 등 에너지원들의 에너지 전환 과정에서의 효율성 이슈가 대두된다. 소비되는 사용처에 따라 수송용, 가정용/상업용/산업용에서의 에너지 효율성 이슈를 생각할 수 있고, 그리고 마지막까지 사용되지 않고 버려져 왔던 에너지를 회수해 사용하는 과정에서의 효율성을 생각할 수 있다. 여기에서는 각 부문에서 이루어지고 있는 에너지 효율 향상을 위한 노력을 살펴보고 주목받고 있는 유망소재와 부품을 추출해 본다.
에너지 전환 과정은 크게 석유, 석탄 등을 전력으로 생산하는 기존 발전 방식이 있고 풍력, 태양광 등 재생가능 에너지를 사용해서 전력을 생산하는 방식이 있다.
재생가능 에너지의 경우 태양광발전과 풍력발전의 비중이 가장 크고 기술 발전 속도도 다른 재생가능 에너지에 비해 빠르다.
태양전지의 경우 전체 원가에서 가장 높은 비중을 차지하고 있는 부분이 소재이기 때문에 소재에 대한 관심이 상당히 높다. 태양전지 소재로서 결정질 실리콘 외에 실리콘 박막, CIGS(Copper, Indium, Gallium, Selenide) 박막, CdTe 박막, 유기 염료 등 다양한 소재가 개발되고 있으며, 각 소재마다 장단점이 달라 태양전지를 사용하는 용도에 따라 소재를 달리 사용하고 있는 상황이다. 최근 태양전지의 원가 경쟁력 확보를 위해 고효율, 저가의 소재를 개발하는 것이 가장 중요한 이슈로 대두되고 있다. 결정질 실리콘은 원료인 폴리실리콘 가격이 높아 상대적으로 가격이 비싸다는 단점이 있지만 비교적 효율이 높다는 장점이 있다. 특히 단결정질의 경우 최고 수준의 효율을 가질 수 있을 것으로 알려져 많은 기업들이 관심을 가지고 적극 개발하고 있다. CIGS, CdTe 등 박막 태양전지의 경우 아직 기술적으로 안정적이지 않아 생산 기업이 그리 많지 않지만 가격이 낮다는 장점으로 인해 기술 발전에 따라 점차 성장할 것으로 예상된다.
환경, 에너지 등 미래 메가트렌드 인지해야
향후에는 에너지 효율성이 향상된 다양한 제품에 대한 요구가 점점 확대되면서 소재 부품 기업들은 이러한 변화에 보다 적극적으로 대응할 필요가 있다. 앞으로 수요 산업의 요구에 빠르게 적응하는 소재 부품 기업들과 그렇지 못한 기업간의 격차는 점점 벌어질 것으로 예상된다. 소재 부품 기업들이 수요 산업의 요구에 빠르게 대응하기 위해서는 좀 더 수요 산업 관점에서 사업을 바라보는 시각이 필요하다.
또한 소재 부품 기업들은 기존에 가지고 있던 역량 이상의 능력을 확보하고자 하는 노력이 절실히 필요하다. 앞에서 언급한 소재들을 보면 유기 소재와 무기 소재를 결합한다든지 아니면 다양한 금속을 결합한다든지 다양한 소재를 복합하는 경우가 많다. 최근 산업 전반에 걸쳐 융·복합화라는 말이 유행하듯이 소재 부품 기업들도 융·복합 기술을 확보하는 것이 점점 중요해질 것으로 예상된다. 과거처럼 유기 소재 관련 기업이 유기 관련 지식만으로 살아가기가 점점 어려워진다는 얘기다. 유기 소재 기업들이라고 하더라도 무기 소재나 금속 소재의 기술을 얻기 위한 노력이 필요하며, 이를 위해 자기 분야만 고집하는 자세를 버리고 좀 더 열린 자세로 외부와의 협업에 적극적으로 임하는 것이 중요하다.
실제 해외 듀폰(DuPont), 아케마(Arkema), 쇼와덴코(Showa Denko) 등의 기업들은 환경, 에너지 등 미래 메가트렌드를 인지하고 유기, 무기, 금속 복합 소재 개발을 적극적으로 추진하고 있으며, 이를 위해 관련 선두 기업을 인수하는 등 기술 확보에 적극적이다.
유기돈 LG경제연구원 연구위원은 “향후 융·복합 소재가 부상하면서 유기, 무기, 금속 소재 기업 간, 즉 이종 소재 기업간의 경쟁이 더욱 심화될 가능성이 높다”면서 “이럴수록 소재 부품 기업들은 앞으로 수요 산업 중심의 관점 변화, 그리고 다양한 분야의 기술을 획득하려는 열린 자세를 갖추는 것이 절실히 필요할 것으로 예상된다”고 말했다.
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