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Ⅱ. 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 에너지의 생산 및 사용 형태별로 구분하여 살펴본다. 무엇보다도 풍력, 태양광 등 신재생 에너지의 생산 과정과 석탄, 석유 등 에너지원들의 에너지 전환 과정에서의 에너지 효율성 이슈가 대두된다. 소비되는 사용처에 따라 수송용, 가정용/상업용/산업용에서의 에너지 효율성 이슈를 생각할 수 있고 그리고 마지막까지 사용되지 않고 버려져 왔던 에너지를 회수하여 사용하는 과정에서의 효율성을 생각할 수 있다. 본고에서는 각 부문에서 이루어지고 있는 에너지 효율 향상을 위한 노력을 살펴보고 주목받고 있는 유망소재와 부품을 추출해 본다. 1. 발전 등 에너지 전환 부문의 유망 부품/소재 풍력 발전 소재 에너지 전환 과정은 크게 석유, 석탄 등을 전력으로 생산하는 기존 발전 방식이 있고 풍력, 태양광 등 재생 가능 에너지를 사용해서 전력을 생산하는 방식이 있다. 재생 가능 에너지의 경우 풍력 발전과 태양광 발전의 비중이 가장 크고 기술 발전 속도도 다른 재생 가능 에너지에 비해 빠르다. 풍력 발전의 경우 최근 원가 경쟁력이 어느 정도 확보되면서 급속히 성장하는 추세로 풍력발전 설비에 있어 가장 중요한 부품 중 하나인 영구 자석에 대한 수요가 급속히 늘어나고 있다. 또한 발전 효율을 더욱 향상시키기 위해 블레이드를 대형화하려는 시도가 이루지면서 대형 블레이드에 적합한 새로운 소재 개발이 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 현재 가격 경쟁력 확보를 위해 비교적 가격이 싼 유리 섬유로 보강한 유리 섬유 강화 플라스틱이 주로 사용되지만 120미터가 넘는 블레이드 제조를 위해서는 유리섬유에 비해 기계적 성질이 좋은 탄소 섬유를 추가로 사용해야 한다. 최근 탄소 섬유/유리 섬유 하이브리드 형태로 보강된 플라스틱이 개발되고 있으며 앞으로 탄소 섬유 사용 비중은 점차 높아질 것으로 예상된다. 탄소 섬유에 대한 수요 중에서 풍력 발전의 수요가 가장 크다. ICIS Chemical Business에 따르면 2015년에는 풍력 발전용 탄소섬유 수요가 2010년 약 만 톤 대비 약 4배, 2019년이며 6배 이상 증가할 것으로 전망하고 있다. 태양전지 소재 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 상대적으로 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 박막형 태양전지의 경우 아직 기술적으로 안정적이지 않아 생산 기업이 그리 많지 않지만 가격이 낮다는 장점으로 인해 기술 발전에 따라 점차 성장할 것으로 예상된다. 연료전지 소재 앞으로 에너지 효율이 중요해지면서 연료전지 또한 점차 주목을 받을 것으로 예상된다. 기존 발전 인프라의 경우 송전에서 손실이 발생하고 발전 과정에서 온실 가스 등 유해 가스가 대규모로 발생한다는 단점이 있지만 연료전지는 연료전지의 원료인 수소의 수송과정에서 손실이 거의 없고 공해물질이 발생하지 않기 때문에 지속적인 기술 개발이 이루어 진다면 중요 발전 수단으로 대두될 가능성이 높다. 이러한 중요성으로 인해 현재 선진국을 비롯하여 여러 국가에서 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며 고분자 전해질 연료전지, 고체 산화물 연료전지, 용융 탄산염 연료전지, 인산형 연료전지, 알칼리 연료전지 등 다양한 형태의 연료전지가 연구되고 있다. 세계 최초로 본격적인 고정 설치용 연료전지 시장을 창출한 일본의 경우 원전 사고 이후 전력의 불안정한 공급으로 인해 가정에서 사용할 수 있는 소형 연료전지에 대한 관심이 더욱 급증하면서 소형 고분자 전해질 연료전지, 고체 산화물 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 후지 경제에 따르면 일본의 연료전지 시장 발전에 힘입어 세계 가정용 연료전지 시장이 2025년이 되면 2010년 대비 80배 증가하여 약 165억 달러가 될 것으로 전망하고 있다. 연료전지 소재 중에선 특히 고분자 전해질 연료전지의 소재인 고분자 전해질 소재 그리고 고체 산화물 연료전지의 고체 산화물 전극 소재에 대한 연구가 집중되고 있다. 화력 발전 소재 화력 발전의 경우 최근 일본 원전 사태 이후 기저 발전의 위상을 더욱 공고히 하면서 발전 효율성이 한층 강화된 초임계압이나 초초임계압 발전 방식에 대한 관심이 크게 늘어나고 있다. 이들 발전 방식은 기존 발전과 달리 섭씨 700도가 넘는 고온에서 작동하기 때문에 발전소에서 가장 중요한 부분인 가스터빈에 사용되는 소재의 중요성이 더욱 강조되고 있다. 현재 가장 적합한 소재로서 초내열 합금강이 대두되고 있다. 최근 IGCC 등과 같이 친환경적이면서 또한 발전 효율이 크게 향상된 발전 방식이 개발되면서 고온 및 대형 가스 터빈을 위한 초내열 합금강 개발에 대한 관심이 더욱 높아질 것으로 예상된다. [LG경제연구원 발췌] [뉴스와이어 제공]
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: LG경제연구원 ‘에너지 걱정 덜어줄 유망 소재’(#3)
: LG경제연구원 ‘에너지 걱정 덜어줄 유망 소재’(#1)
