미래 에너지 시스템에서의 재생가능연료 활용 전망  태양에너지·수소연구센터(ZSW-BW:Zentrum fuer Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forschung Baden-Wuettemberg) Meitnerstraße 1, 70563 StuttgartTel: +49 711 7870 278www.zsw-bw.de  방문연수독일슈투트가르트  □ 연수내용◇ 지속가능하고 기후친화적인 연료를 개발하는 ZSW◯ 태양에너지와 수소에너지는 현재 21세기의 지속가능한 에너지 공급을 위한 주 대체에너지로써 산업적 규모로 널리 사용되고 있다.◯ 슈투트가르트 소재 바덴뷔템베르크 태양에너지 및 수소연구센터(ZSW-BW:Zentrum fuer Sonnenenergie-und Wasserstoff-Forsc hung Baden-Wuettemberg)는 1988년 3월16일 바덴뷔르템베르크(Baden-Württemberg)주의 의해 민법에 따라 슈투트가르트대학교, 독일항공우주센터, 에너지 및 물관리협회 등의 도움을 받아 설립되었다. 연구센터는 독일 △슈투트가르트 △울름 △비더스탈 3곳에 위치하고 있다.▲ ZSW Widderstall[출처=브레인파크]▲ ZSW Stuttgart[출처=브레인파크]▲ ZSW Ulm[출처=브레인파크]◇ 기존 연료 대체용과 혼합용 연료 모두 연구◯ ZSW는 태양에너지 및 수소기술분야에 있어서 연구·개발된 결과를 구현하고, 신재생에너지 사용흐름 및 변화, 저장 분야의 운영을 촉진시켜 국가 경제에 기여할 목적으로 설립되었다.◯ 지속가능하고 기후 친화적인 전기, 열 및 재생연료공급 기술을 연구 및 개발하고, 시장성 있는 제품의 R&D결과를 구현, 정부와 협회 등에 기술을 이전하고, 조언하기도 한다.◯ 독일 대부분 대체연료는 ZSW의 주관아래 수소연료, 알코올, 바이오매스추출유 등 기존 연료 대체용 또는 혼합용 연료가 연구되는데, 이러한 재생가능 연료는 분산적 에너지 생산 및 소비구조를 가진 미래의 에너지시스템에서 폭넓게 활용될 것으로 예상된다.◇ 다양한 협력체를 보유한 유럽의 주요에너지 연구기관◯ 현재 약 230명의 직원과 90명의 학생, 전문인력 등을 보유하고 있으며 유럽의 주요에너지 연구기관 중 하나로 설립되었다. ZSW에 대한 합작투자와 산업부문 비중이 지속적으로 늘어남에 따라 입지가 강화되고 있다.◯ 중점 연구 분야는 △박막기술에 대한 광전지 재료 연구 및 개발 △광전지 모듈 및 시스템 기술 및 모듈 및 시스템 특성화 △수소 기술 △전기 화학 에너지 기술 △연료 전지 개발 및 생산 △재생 연료 및 공정 공학 △모델링 및 시뮬레이션 △재생 가능 에너지와 스마트 그리드의 그리드 통합 △에너지 경제 시스템 분석 등 매우 다양하다.◯ ZSW의 연구 프로세스는 재료연구, 프로토타입 및 생산 프로세스 개발부터 응용 시스템, 품질 테스트 및 시장 분석 등을 포함한다.현재 호헨하임대학, 칼스루에대학 등 4개 대학과 카셀 소재 태양에너지기술연구소, 연방임목경제연구소, 독일항공우주센터 등 4개 연구기관, 폴크스바겐, 연료전지연구조합 등 민간기업과 연구소가 연구개발에 참여하고 있다.◇ 통합 연구개발을 위한 다양한 프로젝트 실시◯ 독일에는 전국적으로 25개의 기관에서 수소에 대한 연구를 실시하고 있으며 바덴뷔르크주와 협력을 통해 주민들에게 에너지발전 과정을 직접 보여주는 ‘The Light project’라는 프로젝트를 실시하고 있다.그 외에도 Power to X concept이라는 프로젝트를 통해서 개발된 수소에너지와 전기에너지를 개선하고 공급 가격을 줄이고자 하는 노력을 실시하고 있다.◯ 이러한 프로젝트를 기반으로 △광학에너지 △해상풍력 △육상풍력 등을 통합적으로 연구·개발하는 것이 목적이다.▲ ZSW 조직도[출처=브레인파크]◇ 수소 충전소 위험성에 대한 과제는 아직 미해결◯ 독일은 원전 발전량을 줄이고 재생에너지 비중을 증가하면서 전기 요금과 부가 세금이 20% 상승했으며 타 국가에 비해 세금 비율이 높은 편이다.이에 따라 수소에너지 개발로 인하여 에너지 사용에 대한 요금을 줄이는 부분에 있어서 중요한 과제이기도 하다. 현재 수소에너지는 디젤에너지 수준의 가격으로 맞춰진다면 보급화가 가능할 것으로 예측하고 있다.◯ 관련하여 2012년부터 슈투트가르트에서는 수소버스 운행을 실시했으며 시민들과 수소충전소 운영에 있어서 폭발 사고 등 위험 부분에 대해서는 100% 해결되지 않은 상황이다. 관련 연구기관에서는 수소 위험성에 대한 연구를 실시하고 주민들에게 현 상황을 알리고자 노력하고 있다.◯ 독일 연방정부에서는 수소 버스 운영을 지속적으로 확대해 나갈것인가에 대한 결정은 정해지지 않은 상황이지만 수소에너지를 포함한 대체에너지에 대한 개발이나 운영에 대해서는 ZSW를 포함한 연구기관과 의견을 나누고 종합적인 정책 마련을 위해 노력 중이다.◇ 40억 유로 규모의 장기 프로젝트 P2G 실시 중◯ ZSW에서 시행하는 대표적인 프로젝트로 Power to Gas(P2G)가 있다. 이는 4년 동안 진행되는 장기 프로젝트로 슈투트가르트 시에서 40억 유로 규모의 연구비를 지원받았다.◯ 이 프로젝트는 물을 전기 분해하여 수소로 변환하고 변환된 수소를 즉시 사용하거나 이산화탄소와 결합하여 메탄으로 전환하도록 하며 이 과정에서 전기분해(electrolysers)와 통합원자로(synthesis reactors)도 개발하고 있다.▲ Power-to-gas : 에너지시스템 공정 과정[출처=브레인파크]◯ P2G 공정으로 수소와 메탄 생산이 가능하며 전기분해와 메탄생성 과정(methanisation processes)에서 효율성 향상이 가능할 것으로 기대하고 있다.◯ 프로젝트를 통해 생산되는 에너지로 자동차 1,000대에 공급할 수 있고, 이 기술로 20% 정도의 전력밀도를 높일 수 있으며 최종 목표는 기술 상업화에 기여하는 것이다. 또한 전기 그리드와 가스 네트워크가 함께 발전하고 통합된 전체 시스템을 구축하는 것이 장기 목표이다.◇ ZSW 건물의 신재생에너지를 사용한 에너지 공급방법◯ ZSW건물은 PV 모듈을 이용하고 있는데, (초록색으로 표시된 곳) 남동, 남서, 북서 3방향으로 나눠져 있다. 해가 뜨는 시간대에 따라, 방향별로 에너지를 생산할 수 있다.◯ 여름일 때 이 건물의 장점은 옥상의 모듈을 이용해서 에너지를 생산하는 것이다. 겨울엔 파사드시스템(옆쪽으로 태양광이 들어오는)으로 에너지를 생산해서 쓰는 것이 더 효율적이라고 한다.◯ 파사드시스템의 또 다른 장점은 시간대 별로 골고루 에너지를 생산이 가능하다는 것이다. 32개의 지열과 히트펌프를 이용해서 건물에너지를 공급방법. 열 시스템의 50% 또는 100% 쿨링시스템을 커버할 수 있다고 한다. 이를 통해 건물에서 사용하는 전기나 가스를 아낄 수 있다.◇ 1950년대부터 시작된 태양에너지와 수소기술 연구◯ 1950년대 후반과 1960년대에 베르너H블로스교수는 슈투트가르트대학의 물리학전자학회(IPE) 소장 겸 대학교수로 에너지 전환 분야에서 연구를 수행해왔다.◯ 그의 비전은 태양에너지를 유용한 에너지로 효율적으로 전환하고, 저장에너지를 보조에너지 운반체로 저장 및 운반할 수 있도록 하는 것이었다. 블로스교수는 이 과제를 장기적으로 바라봤고, 그의 연구 초기단계에서는 태양전지 연구에 집중되었다.◯ 독일의 슈투트가르트와 독일항공우주센터에서는 태양에너지와 수소기술분야를 기반으로하여 1980년 협력네트워크가 등장하기 시작하였다.국가의 지도력하에 슈투트가르트와 울름의 네트워크들이 ZSW의 기초기반으로 통합되었다. ZSW는 바덴뷔르템베르크주의 세계적인 연구소로 성장하였고, 최근 기술이전 및 업계와의 협력에 최선을 다하고 있다.◇ 2025년까지 재생에너지 비율 80%로 확대가 목표◯ 2019년 상반기 통계를 보면 사용한 에너지 중 생산된 에너지원의 44%가 신재생에너지원(Renewable Energy Sources, RES)으로 만들어졌으며 장기적 목표는 2030년까지 65% 재생에너지 사용량을 늘리는 것이다.◯ 2050년까지는 재생에너지 사용량을 80% 확대하고 에너지 수요보다 공급이 많도록 하는 것이 목표이다. 특히 풍력과 PV로 만들어내는 잉여전기를 사용하여 △모빌리티 △축열식 충전 △동력가스 등으로 사용할 예정이다.▲ 독일 전력 사용량[출처=브레인파크]◯ 위 표의 노란색은 PV를 이용해서 만든 에너지, 옅은 파란색은 해상풍력, 짙은 파랑색은 지상풍력 그 외에 수력, 바이오매스를 이용한 에너지 생산 수치를 나타내고 있다. 기존 사용량보다 재생에너지 만드는 양이 아직은 더 낮지만 수치가 거의 비슷해지고 있는 추세이다.◯ 이에 따라 ZSW의 연구목표 중 하나는 사용자가 사용할 충분한 에너지를 만드는 것과 다양한 에너지원을 이용할 수 있게 도움을 주는 것이다.독일에서 추구하는 것은 에너지가 한가지 에너지원으로 생산되는 것이 아닌 여러가지 에너지원을 사용해 에너지를 만들어 공급하는 것이 목표이기 때문이다.□ 질의응답- 수소에너지 발전소를 수력발전소 옆에 위치하게 된 이유는."물을 분해해서 에너지를 사용하기 위해서 바로 옆 발전소를 세우게 되었다. 수력발전소는 1년 동안 늘 운영되고 있으며 총 8천 시간 동안 에너지를 생산하고 있다. 그 중에서 생산되는 에너지는 4유로이고, PV는 1년 1000시간 18유로이다. 결과적으로 조금 더 경제적인 에너지원을 사용하기 위해서다."- 지열을 이용한 쿨링시스템이 100% 커버가 가능한지."바깥에서 끌어오는 물(8-12도)과 공기의 순환으로 지하수로 끌어올려서 시스템을 가동한다. 겨울엔 25%의 전기와 75%의 히트펌프를 사용해서 물을 가열한다."- 물을 사용한 수소에너지 생산 과정에서 문제점은"아직까지 사고가 생기는 문제는 없었다."

□ 연수내용◇ 1,200명 이상의 회원을 보유한 사회혁신 네트워크○ 프리드리히 게오르크 호프너(Friedrich Georg Hoepfner) 박사는 1997년 칼스루에에 과학, 연구, 행정, 경제 및 금융 분야의 11개 파트너와 협력하여 최초의 사회혁신 단체 간 네트워크를 설립했다.기술기반 스타트업 네크워크는 독일 최대 사회혁신 네트워크를 구축하고 있으며 유럽의 신생기업, 국제기업, 연구기관 및 대학에 이르기까지 1,200명 이상이 회원으로 등록되어 있다. 즉 기업가와 투자자가 만나는 다양한 영역의 사람들을 위한 특별한 네트워킹을 제공하고 있다.○ 칼스루에에 본사를 둔 비영리 단체로서 네트워킹을 통한 경험 및 아이디어 교환을 돕고 있는 활동적인 첨단 기업가 네트워크 역할을 하고 있다.더 나아가 스타트업 컨설팅부터 전문인력 및 마케팅 캠페인에 이르기까지 모든 개발 단계에서 IT 및 첨단 산업의 비지니스를 지원하고 있다.예를 들어 스타트업들이 원하는 직원, 전문가, 학생 등을 대상으로 컨설팅 지원을 해줄 수 있으며 매년 160개가 넘는 행사에서 1,000여 명이 넘는 사회적 경제 회원들과 네트워킹이 되어있다.◇ 칼스루에 기술지역의 중심에 있는 에너지 기반 창업센터○ 악셀(Axel)은 칼스루에 공과대학의 산학협력 기관으로 에너지를 기반으로 한 비즈니스를 도모하고 있으며 시장 출시를 가속화하고 있는 에너지산업 관련 스타트업을 지원하고 있다.○ 칼스루에는 에너지 기업의 창업에 좋은 위치와 환경 조건을 가지고 있다. 에너지와 관련된 연구 활동이 주변에서 활발하게 이루어지고 있기 때문이다.에너지가 아니더라도 독일에서 4-5번째로 창업 기업이 많은 지역이다. 에너지 기업의 실리콘밸리가 되는 것이 악셀의 목표이다. 실리콘밸리가 그렇게 발전할 수 있었던 것은 투자자가 많았기 때문인데 독일은 투자자들이 보수적인 편이라서 어려움이 있다고도 했다.○ 칼스루에 기술지역(Karlsruhe Technology Region)의 에너지 센터 ​​중심에 위치한 이곳은 에너지에 100% 초점을 둔 유일한 에너지 창업지원 센터라 할 수 있다.또한 기업가들의 기술을 모니터링하고 개선하는데 도움을 주고 있고 스타트업을 시작하려는 사람들에게 멘토, 코치, 기업가, 에너지 전문가 등 맞는 파트너를 찾아 설계해주는 컨설팅 프로그램도 지원하고 있다.○ 악셀은 이노에너지(InnoEnergy)와 함께 1년에 2회 ‘에너지 비즈니스 캠프(Energy Business Camp)’를 주최하고 있다. 이 캠프는 유능한 젊은이들을 모아 에너지와 관련한 유망한 비즈니스 모델을 구축하도록 한다.◇ 에너지 기업의 플랫폼 역할을 하는 비영리단체○ 악셀은 2014년 설립되어 현재 창립 5년 1개월이 된 에너지기업이자 비영리 지원단체이다. 현재 90여 개의 기업과 단체, 공공기관, 연구기관, 개인 등이 회원으로 등록되어 있다.○ 주요 역할은 서로 다른 에너지 분야의 기업들을 묶어서 서로 새로운 아이디어를 교환하는 플랫폼을 제공하는 것이다.중요하게 생각하는 부분은 다양한 규모와 형태의 기업들이 서로 만나서 아이디어를 교환하여 혁신적인 비즈니스 모델이 창출되는 것에 주안점을 두고 있다.▲ 악셀의 회원 네트워크[출처=브레인파크]○ 주로 에너지 분야의 새로운 창업 기업 보육 서비스를 제공한다. 에너지가 커버하는 분야는 에너지 생산, 에너지 분배, 에너지 저장과 관련된 기업들이다. 또한 스마트 에너지 분야도 커버한다.◇ 공공자금을 지원받는 창업보육 프로젝트○ 악셀은 아이디어를 시장에 내놓기 위한 다리 역할을 하는 창업보육 프로젝트를 수행하며 그 자금은 공공으로부터 지원받는다. 주로 아이디어나 기술은 완성하였음에도 상업화하는 방법을 모르는 기업 또는 연구소를 지원한다.○ 주로 창업 세미나에서 창업에 관련된 기초 지식과 마케팅 방법, 관리 방법, 지적 재산권 보유 방법 등에 대한 조언과 기술 지원을 해준다.예를 들어 창업자들이 가지고 있는 기존 아이디어와 제품에서 경쟁력을 높이려면 어떻게 해야 하는지, 어떻게 개발을 하는지도 알려준다. 이런 종류의 세미나는 한 달에 2-3회, 연간 약 30회 정도 실시한다.○ 투자자과 창업 기업을 연결해 주는데 공공기관에서 지원을 받아서 제품화할 수 있도록 펀딩을 소개시켜 준다. 재원을 마련할 수 있도록 도와주는 것이다.○ 악셀의 주요 파트너는 프라운호퍼연구소, ENBW(Energy Baden-Württemberg), 시정부, 주정부 등인데, 시정부의 펀딩이 가장 큰 부분을 차지한다.▲ 악셀의 파트너기관[출처=브레인파크]○ 보통의 창업보육기관과는 달리 독립적인 연구실은 없고 사무공간만 무상으로 제공한다. 대부분 에너지와 관련된 하드웨어적 기업이기 때문에 필요한 장비가 있을 때 인근 대학교와 연구기관에 가서 시험할 수 있도록 지원하고 있다.○ 창업보육 프로그램을 시작한 지는 약 2년이 되었고 그동안 12개 기업을 지원했다. 평균적인 지원기간은 15-18개월이다.주력 분야는 △태양에너지(4개) △인공지능과 디지털화(5개) △전기 자동차(5개) △에너지 저장(3개) △스마트홈 기기(2개) △기타(6개)이다.○ 에너지 비즈니스 캠프 학생을 대상으로 하는 창업프로젝트로, 매년 7월에 5일간 합숙과정을 실시한다. 캠프 참가를 원하는 학생은 아이디어를 사전에 제출하고 참가자로 선정된 후에 참가할 수 있다.국가를 제한하지 않는 국제적인 프로젝트로 올해에는 파키스탄, 인도, 중국, 폴란드, 터키 등에서 학생들이 왔고 작년에는 멕시코에서도 학생이 왔다. 비즈니스를 배우는 곳이기 때문에 에너지에 대한 프로젝트를 어떻게 상업화할 것인지에 대해 배운다.▲ 2019년 에너지 비즈니스 캠프 현장[출처=브레인파크]□ 질의응답- 에너지의 범위는 광범위한데, 성공적인 에너지 종류의 샘플이 있는지."BRC Solar는 태양광 패널에 장착하는 하드웨어를 개발했는데, 그늘지는 효과를 저감해서 효율성을 높인다. 그늘이 져서 효율이 떨어지더라도 낮은 정도의 에너지라도 흡수한다. BRC Solar는 잘 팔려서 300개 정도 팔았다. TRL 지수는 기술이 시장에 나갈 수 있는지 지수를 보여주는데, 1-10까지 있다. 7+를 기록하고 있는데, 그 정도면 시제품이 나와서 기능이 검증된 정도이다. NECOL은 태양광 패널에서 나온 폐열을 회수해서 온수를 제공하는 기계를 만들었다. 저개발 국가의 메인 전력 공급소에 연결되어 있지 않은 사람들이 가져다 쓸 수 있다. 이것도 검증돼서 300개 정도 칠레, 중국, 아프리카 등지에 판매했다. HILABS는 리튬 이용 배터리가 아닌 신개념의 배터리 시스템을 개발하고 있다. 시간이 많이 걸리는 프로젝트이기 때문에 아직 진행 중이다."- 산학연 시스템이 있는가? 대학과 협업해서 진행 중인 프로젝트가 있는지."KIT (Karlsruhe Institute of Technology) 가 공과대학인데, 굉장히 밀접하게 협력하고 있다. 사회자 분도 여기서 일하기 전에는 KIT에서 일했다."- 어떤 조건을 충족시켜야 회원이 될 수 있는지."아이디어만으로는 안 되고, 구체적인 비즈니스 모델이 있어야 한다. 팔려고 하는 제품이 하드웨어 장비일 경우 어느 정도 구체화되어 만들어져 있어야 한다.창업 보육 프로그램에 들어가기 위해서 여기까지 단계가 이루어져 있어야 하지만 그렇지 않은 기업의 경우 조그만 형태의 프로그램이 있다. 여기서는 창업의 기초부터 알려주는 일을 한다.프로그램에 들어가는 기업을 선정하는 기준 중 하나는 근접성이다. 한마디로 Karlsruhe 안에 있어야 한다. 가까이 있어야 한다. 큰 프로젝트는 관련된 것들이 많아서 복잡하지만, 비즈니스 모델이 없는 경우에 조그만 프로그램에는 들어갈 수 있다."- 제품이 나오기까지 테스트 단계가 있는가? 그 과정이 까다로운지."어떤 제품인지에 따라서 어떤 테스트 과정을 거쳐야 하는지 달라서 일반적인 과정이 정해져 있다고 말씀드리기는 어렵다. 일반적으로 제품 개발에 있어서 90%까지 하는 데 2-3년이 걸리면 나머지 10%를 완성하는 데 시간이 오래 걸리는 인증, 표준화 등의 단계일 수 있다.간단하지 않다. 기본적으로 여기서 선호하는 것은 기업이 시험을 다 해서 시장에 내놓는 것이 아니라 시제품을 하나 만들어서 기업과 손을 잡고 사용해보고 사용한 결과에 대해 피드백을 주고 문제점을 개선하는 등의 과정이다.시험을 개발 업체에서 모두 담당하는 것이 아니라 이곳과 함께 손을 잡고 이런 과정을 진행하는 것이다. 정부지원금을 받아서 진행하는 프로젝트이기 때문에 완전히 시장에 진입한 기업과는 일을 하지 않는다."