[공학저널 김하늬 기자] 최근 탄소 중립의 핵심이 되는 분야로 손꼽히는 신재생에너지 관련 기술과 정책에 관한 관심이 매우 높다. 신재생에너지는 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 태양·물·지열·생물유기체 등을 통해 재생 가능한 에너지로 변환해 이용하는 에너지를 뜻한다.

이에 친환경 재생에너지 기술로서 태양광 발전기술과 같은 재생전력 발전기술에 대한 정부 기술 개발 지원과 보급사업 또한 활발하게 이뤄지고 있다. 태양광 발전기술은 태양에너지를 이용하는 기술로, 태양광 발전 위주의 지원에서 더 나아가 태양열및 태양광 복합모듈, 지상, 수상, 빌딩, 영농형, 사막형 등을 포함한 다양한 태양에너지 기술에 대한 관심이 모아지고 있다.

이러한 다양한 태양에너지 기술을 이용해 더욱 효과적인 탄소배출 저감이 가능할 것으로 기대를 모으고 있다. 이와 관련해 성균관대학교 전자전기공학부 이준신 교수(사진)는 태양에너지 관련 연구와 기술개발, 재생에너지 정책개발, 고효율 모듈과 태양광 발전 인력양성, 다양한 교재개발과 사업화 인력의 재교육을 수행했으며, 현재는 산업현장에서 필요한 표준화, 인증, 탄소인증, RE100, CF100 정책 관련 재생에너지 보급을 촉진하기 위한 노력을 수행하고 있다.

이에 <공학저널>은 성균관대학교 이준신 교수를 만나 태양광과 태양전지 산업의 현황과 향후 신재생에너지의 발전 전망과 방향에 대해 들어봤다.

INTERVIEW. 성균관대학교 전자전기공학부 이준신 교수(청정에너지ICT연구소장)

현재 국내 신재생에너지 시장은 어떠한 상황인지.

지난 약 2년간 태양광 발전 산업은 조사, 심의 및 보급 축소로 인해 위축된 상황입니다. 그러나 정부가 원래 계획했던 대로 재생에너지 기술력을 세계 3위 수준으로 끌어올린다면, 향후 100년 동안 에너지 분야에서 가장 큰 시장을 구축하고 한국이 이 시장에서 중심적인 역할을 할 수 있을 것으로 예상합니다. 때문에, 2030년과 2050년을 넘어서도 재생에너지 시장은 탄소 중립을 위해 더욱더 확대될 전망입니다.

원자력과 재생에너지는 서로 이분법적으로 대립할 필요가 없으며, 함께 협력한다면 새로운 K-energy system을 구축할 수 있습니다. 이는 기존의 전력시장을 전면 개편하지 않고도 신재생과 원자력 발전을 융합해 전력 거래를 가능하게 함으로써 에너지 시장이 국내뿐만 아니라 해외에서도 경쟁력을 확보하고 획기적으로 성장할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것으로 생각합니다.

최근 중점적으로 진행 중인 연구 혹은 과제가 있다면, 해당 연구에 대한 자세한 설명 바란다.

세계 시장의 80% 이상을 점유하는 중국의 기술에 대응하기 위해 현재 최고 수준의 초고효율 태양전지 제작 기술을 개발하고 확보하기 위해 노력 중입니다. 이를 위해 세계 최고 변환효율을 달성한 호주의 UNSW 대학, ㈜IMT, 한국나노기술원 등과 협력해 탠덤형 태양전지 효율이 40% 수준인 초고효율 III-V족/실리콘 차세대 탠덤 태양전지 기술의 노하우를 습득하고, 공정 저가화 및 양산화 핵심기술을 중심으로 태양전지 고효율화를 연구하고 있습니다.

또한, 한국의 많은 태양전지 연구자들의 관심을 끄는 페로브스카이트에 대해서는 페로브스카이트/실리콘 탠덤형 태양전지를 제작해 신뢰성 개선, 장수명, 고효율화 부분에 관한 연구를 진행 중입니다. 이러한 고효율 태양전지를 활용한 초고효율 BIPV, 영농형, 경량 유연형 모듈에 대한 연구 및 개발도 실행 중에 있습니다.

40% 이상의 효율을 가진 태양전지 기술개발 이후 어떠한 성과를 기대하는지.

국내에서 40% 이상의 효율을 가진 태양전지 기술은 아직 개발되지 않은 상황으로, 선진 기술을 빠르게 습득한다면 초고효율 III-V족/실리콘 탠덤 태양전지를 기반으로 한 태양광 발전 기술을 확보할 수 있습니다.

초고효율 III-V족/실리콘 탠덤 태양전지의 개발은 III-V 태양전지 상부 셀을 위한 inverted 에피택시(epitaxy) 성장 기술과 ELO(Epitaxy layer off) 공정 기술 등을 개발해 국내 III-V 태양전지 기술의 발전을 촉진하고 다수의 high IF SCI 논문 및 특허 등 지적재산권을 확보함으로써 해당 분야의 기술을 선도할 수 있습니다.

특히 VIPV(vehicles integrated photovoltaic) 모듈을 장착한 전기자동차 산업의 태양광 시장을 개척한다면, 2050년 약 5경 1,322조 원(약 46조 달러)의 거대한 전기자동차 시장 규모와 함께 동반 성장할 것으로 전망됩니다.

초고효율 태양전지 기술은 청정 에너지원인 태양에너지를 이용해 에너지 자원을 절약하며, 특히 환경과 관련해 지속 가능한 고효율과 고출력 발전원으로서 미래의 에너지 안보 문제 및 탄소 중립을 실현하는 데 능동적으로 대응할 수 있을 것으로 기대됩니다.

진입 장벽이 높은 초고효율 III-V/Si 탠덤 태양전지의 세계적인 연구 기관들과 국제 공동 연구개발을 통해 차별화되고 세계적인 경쟁력을 확보하고 차세대 태양전지 산업을 주도할 수 있을 것으로 기대됩니다.

태양광, 태양전지 분야의 기술 보급과 확산을 위해 정책적·사회적으로 필요한 점이 있다면.

최근 신재생에너지 보급 정책이 축소되면서 시장에서는 경색이 발생했습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 태양광 분야에서 차별화된 기술과 정책에 흔들리지 않는 경쟁력 있는 기술개발이 필수적입니다.

한국은 태양광 및 풍력과 관련된 기술력과 산업적 제조 인프라 역량을 통해 세계적인 경쟁력과 잠재력을 가지고 있습니다. 현 정부도 출범하면서 원자력과 재생에너지를 함께 주력 에너지로 육성하겠다는 계획을 공약집 및 인수위에서 상위 실천 항목으로 제시했습니다. 미국, 유럽, 일본, 호주, 그리고 한국 등이 협력해 기존의 중국 주도 공급망에서 탈피해 세계적인 공급망을 재편하고 있습니다.

지금이 중국을 극복해 태양광과 태양전지 시장을 확대할 수 있는 최적의 기회라고 생각합니다. 미국, 유럽 등 선진국뿐만 아니라 중동과 아시아 지역에서도 국내 태양광 및 풍력 관련 기술 경쟁력과 산업을 다시 부흥시킬 수 있는 시기로 생각되며, 제대로 된 예산 집행이 이루어질 수 있기를 소망합니다.

신재생에너지 분야 기술은 어떠한 방향으로 발전될 것으로 전망하는지.

2022년 8월 30일 제10차 전력수급기본계획 총괄분과위원회가 실무 안을 공개했습니다. 실무 안에 따르면 온실가스 감축의 목표는 ‘원전 및 신재생 확대로 2030년 NDC 배출 목표를 달성하는 것’으로 설정됐으며, 30년 기준으로 원전 비중을 32.8%, 신재생에너지를 21.5%, 석탄발전을 21.2%로 제시했습니다. 원전 비중이 20% 이하로 진행되다가 정부가 바뀌면서 비약적으로 32.8%로 확대돼 원전이 전력 에너지의 중심이 될 것으로 예측되고 있습니다.

2020년 기준으로 신재생에너지는 발전량의 약 7.4%를 차지했습니다. 30년까지 이를 14.1%로 끌어올려야 하며, 이는 연평균 1.4%씩 비중을 높여야 한다는 계획입니다. 앞으로 10년 동안, 즉 2034년까지 재생에너지 정책은 기술과 가격 제품 경쟁력을 통한 시장 활성화를 달성할 수 있도록 산, 학, 연, 관이 협력해 발전할 것으로 기대됩니다.

앞으로의 계획은.

에너지 믹스는 각 국가의 상황에 따라 다양합니다. 그러나 세계적으로 공통된 동향은 탄소 배출 에너지원을 줄이고 재생에너지원을 정책적으로 가속화 해 보급하는 것입니다. 정부는 한국이 원자력, 태양광, 수소, 에너지 저장 등 분야에서 글로벌 TOP3 에너지 기술을 선도하도록 계획했기 때문에 이제는 이러한 약속과 계획이 실천적으로 이행될 수 있도록 정부와 국회에 협조를 구하는 노력을 실천할 계획입니다.

남기고 싶은 말씀이 있다면.

재생에너지 분야에 대한 보급 위주의 정책을 펼쳤던 이전과 달리 현재는 보급도 기술개발도 모두가 힘이 든 상태로 2년을 지나온 상황입니다. 신속하게 재생에너지 분야에서 산업 경쟁력을 확보하기 위한 방향으로 전환해야 세계 시장에서 경쟁력을 유지할 수 있을 것이라고 생각합니다.

또한, 해외 시장의 확대를 위해서는 기술 경쟁력 및 생산 관련 산업 경쟁력을 강화해야 합니다. 이를 위해 세계적인 우위를 갖는 소재, 부품, 시스템, 장비, 표준화, 정책 등의 각 공급망 부분에서 경쟁력을 확보하기 위한 정책적 설계와 실행이 필요할 것으로 보입니다.