지질자원은 인류가 이용한 가장 오래된 자원이다. 자원이라는 개념조차 정립되지 않았던 원시시대부터 우리는 흙으로 토기를 빚었고, 돌로 도구를 만들어 사용했다.

비단 석기시대·청동기시대·철기시대의 구분을 언급하지 않더라도 인류 문명과 기술 발전의 역사에는 항상 지질자원이 있었다. 이는 미래라고 다르지 않다. 지구온난화와 자원고갈로 대변되는 작금의 위기상황을 극복하고 녹색 미래를 열어줄 열쇠가 지질자원에 있다. 파퓰러사이언스는 총 3회에 걸쳐 지질자원으로 꽃피우게 될 희망찬 미래를 살펴본다.

최근 지구온난화로 대변되는 급격한 기후변화와 화석연료 고갈로 세계 각국은 신재생에너지의 도입에 사활을 걸고 있다. 하지만 신재생에너지는 자연에너지를 기반으로 하고 있어 자연조건에 따라 출력의 변동이 심하고 발전량 조절도 쉽지 않다.

그만큼 전력수요 대비 생산량이 일치하지 않는 일이 빈번하다. 전력소비 패턴에 맞는 효율적 공급을 꾀하려면 잉여 전력을 저장, 전력생산이 부족할 때 추가 공 급할 수 있는 저장기술이 반드시 필요한 상태다. 이와 관련 최근 주목받고 있는 것이 ‘압축공기에너지저장(CAES)’ 기술이다.

내구연한 길고 유지보수 용이

사용하고 남은 전력으로 공기를 고압 압축시켜 놓았다가 전력생산이 부족할 때 압축공기로 터빈 발전기를 돌려 전기를 추가 생산·공급하는 방식이다. 한국지질자원연구원 지하공간환경연구실 송원경 박사 팀은 지난 1995년부터 CAES 기술의 국내 접목과 상용화 연구에 뛰어든 국내 최강 연구팀으로 꼽힌다.

송 박사는 “배터리는 저장용량 기준으로 20㎿급이 현존 최대 규모”라며 “대규모 신재생에너지 발전설비의 저장매체로 활용하기에는 경제성, 수명 등에서 한계가 있다”고 설명했다. 송 박사는 이어 “반면 CAES는 내구연한이 통상 30년에 이르고 유지·보수도 용이해 전 세계적으로 신재생에너지를 위한 가장 경쟁력 높은 장주기·대용량 저장기술로 인정받고 있다”고 밝혔다.

현재 CAES 상용플랜트는 미국과 독일에서 각각 1기씩 운용되고 있는데, 이들은 주로 암염층과 석회암층에 구축 됐으며 전력 저장효율이 떨어진다는 것이 문제로 지적돼 왔다.

이에 송 박사팀은 국내 지형적 특성을 감안, 암염 및 석 회암 지반을 활용했던 기존 기술과 달리 암반을 굴착해 지하터널에 저장공간을 구축하는 방안을 추진하고 있다. 송 박사는 “암반층을 활용하면 초기 투자비는 상승해도 장소의 구애 없는 설치가 가능하다”며 “이론상 전력 저장 효율도 90% 이상”이라고 강조했다.

2020년 38조 관련시장 형성 예상

연구팀은 이미 강원도 정선 지역에 실증 실험을 위한 파일럿 플랜트 건설에 착수했으며 오는 4월경 완공을 앞두고 있다. 이 플랜트는 직경 5m, 길이 10m의 터널형으로 약 50bar의 압력을 견디도록 설계됐으며 전력 저장용량은 1㎿ 급이다. 연구팀의 류동우 박사는 “플랜트가 완공되면 설비의 내압성과 압축공기 유출 개연성에 대한 테스트를 실시, 상용 플랜트 건설을 위한 기술고도화를 진행할 계획”이라고 말했다.

이를 통해 연구팀은 향후 5년 내 CAES의 경제성과 효율성을 입증하는 기준인 100㎿급 지하저장소를 건설, 시범테스트를 거쳐 각 가정에 전력 공급이 가능할 것으로 기대하 고 있다.

류 박사는 “오는 2020년경 무려 38조원대의 CAES 관련시장이 형성될 것으로 전망된다”며 “향후 조성될 서남해 안 해상풍력단지에 대형 지하암반저장소를 구축하는 한편 중국, 미국, 유럽시장에도 본격 진출을 모색할 방침”이라고 밝혔다.