CLS(Canadian Light Source)의 과학자들은 고에너지 및 보다 개선된 충전속도를 가진 값싼 물질을 이용하여 전기자동차(Electric Vehicles, EVs)용 배터리에 적용하고자 노력하고 있다. 도로상에서 현재 일반적으로 운행되고 있는 내연기관 자동차를 전기자동차로 변경하는 일은 순조롭게 진행되고 있다. 그러나 전기차는 한정된 에너지 저장 능력으로 제한된 거리만을 운행할 수 있기 때문에 대중화가 지연되고 있다.

CLS와 웨스턴대학(Western University) 연구진은 나트륨-에어 배터리(Sodium-air Battery)의 반응역학 및 재충전을 다루는데 있어 큰 진전을 이루었다. 연구진은 나트륨-공기 배터리 시스템, 화학조성 및 충전 관련 행동을 이해하는 것은 전기자동차에 적합한 배터리를 생산하는데 기여할 것으로 보고 있다. 웨스턴대학의 Xueliang Sun 박사는 “금속-공기 셀은 일반 리튬이온 배터리(Lithium-ion Battery)와 다른 화학반응으로 작동하며, 오히려 휘발유와 같은 연료와 경쟁하는 것이 더 적합하다고 할 수 있다. 높은 에너지밀도(Energy Density)를 가진 새로운 충전가능 배터리 시스템을 개발하는 일은 전기자동차의 주행거리를 향상시키고, 보다 실용적으로 활용할 수 있도록 도와준다”고 말한다. 그리고 “즉 높은 에너지 밀도의 배터리 시스템은 온실가스 배출 및 기후변화 문제를 해결하기 위한 재생가능 에너지원 활용에 기여할 것”이라고 덧붙였다.

연구진은 실험을 통해 다양한 물리화학적 조건 하에서 나트륨-공기 배터리로부터 얻어지는 다양한 방전물질에 대해 연구하였다. 방전물질에는 과산화나트륨(Sodium Peroxide)이나 초과산화나트륨(Sodium Superoxide)이 포함되어 있다. 이러한 방전물질을 이해하는 일은 각기 다른 산화물들이 다른 대전전위(Charging Potentials)를 보여주기 때문에 배터리 셀의 충전 사이클에 매우 중요하다고 할 수 있다. 이번 실험은 CLS VLS-PGM 빔라인의 X선을 활용하여 이루어졌다. CLS의 Xiaoyu Cui 박사는 “연구진은 산화나트륨의 각기 다른 상태를 확인하기 위해 표면감응기술(Surface Sensitive Technique)을 활용하였다. 또한 셀의 운동역학적 변수를 변화시켜 생성되는 물질의 화학조성 변화를 모니터링하였다. CLS에서 얻어진 데이터는 가설을 확신하는데 도움을 주었다”고 설명하였다.

연구진은 지금까지 몇 안되는 연구만이 나트륨-공기 배터리 시스템에 대해 다루었으며, 이들 연구도 셀의 화학반응에 대한 이해는 제한적이라고 밝혔다. 이번 연구결과는 Energy and Environmental Science에 발표되었다. 논문의 저자는 연구결과가 나트륨-공기 셀의 화학작용을 이해하는데 도움을 줄 것이며, 이를 통해 개선된 충전속도 및 에너지 효율이 가능할 것으로 믿고 있다.

Sun 박사는 “지난 10년간 높은 에너지 밀도를 가진 재충전가능한 금속-공기 배터리에 대해 연구가 이루어졌으나 현재 전기자동차의 수요를 충족시킬수 있는 실용적인 고에너지 배터리 시스템까지는 아직 먼 길을 가야 한다. 연구진은 에너지밀도와 수명을 개선하기 위해 다양한 배터리 시스템을 위한 새로운 물질을 개발하고 있다. 금속-공기 배터리는 리튬이온과 같은 배터리 시스템과 비교했을 때 경제성이 우수하다. 특히 나트륨-공기 배터리는 관련 소재를 풍부한 천연자원에서 확보할 수 있기 때문에 가격면에서 효율적이라 할 수 있다”고 말했다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

독일은 바이오가스(Biogas) 생산에 있어 선도적인 국가이다. 이들은 8,700개의 바이오가스 설비를 통해 3,400 MW의 설비용량을 확보하고 있다. 미국은 450개의 발전소를 통해 175 MW의 설비용량을 보유하여 그 뒤를 따르고 있다. 스웨덴은 200개 이하의 발전소가 있지만 1인당으로 볼 때 가장 높으며, 국가적으로 효율적인 바이오가스 프로그램을 운영하고 있다. 스웨덴의 대부분 도시는 지역에서 생산하는 바이오가스를 이용하여 통근용 버스를 운행하고 있으며, 린코핑(Linkoping)과 베스테르비크(Vastervik) 사이에 운영하는 통근열차의 동력을 바이오가스로부터 확보하는 최초 국가이기도 하다. 그러나 그리드(Grid)에 연결되지 않은 가정 및 농장 규모의 바이오가스를 포함한다면 중국은 전세계를 모두 합한 것보다 많은 양을 활용하고 있다.

중국에서는 베이징 인근에 위치한 Deqingyuan 양계장과 같은 지역에 현대적인 바이오가스 발전설비의 도입이 증가하고는 있으나 중국 바이오가스 설비의 대부분은 블럭과 전통적인 콘크리트로 만들어진 약 10입방미터 크기의 지하용 생물소화조(Biodigester)로 이루어진다. 불과 약 85 달러(미)가 필요한 이들 설비는 가정에 조리용 에너지를 공급하며, 60 입방미터 크기의 마을 바이오가스 설비를 통해 전기를 공급하기도 한다. 중국내 바이오가스 사용과 관련하여 쓰촨성(Szechuan)과 윈난성(Yunnan)은 제약을 받고 있는 지역이다.

일반 퇴비와 달리 바이오가스 공정은 스스로의 열을 만들지 않으며, 가정에서 사용하기 위해 가열용 보일러를 설치하는 것은 경제적으로 타당하지 않은 일이다. 중국의 바이오가스 시스템은 연중 지속적으로 가스를 생산하기 위해 전통적으로 과도한 크기로 제작되어 지하에 묻힌다. 태양광발전이 전력용으로 사용되는 반면 분산형 소규모 바이오가스는 요리에 필요한 에너지나 보조용 발전연료로 활용될 수 있기 때문에 태양광발전을 보완하는 역할을 할 수 있다. 가정용 바이오가스는 낮은 투자 비용 이외에 그리드에 연결되거나 에너지 저장 시스템을 필요로 하지 않는다. 이는 에너지가 가스 형태로 저장되어 필요시 재활용될 수 있기 때문이다.

가정에서 바이오가스 소화기를 활용하여 청정하면서 자연적인 에너지를 생산하는 것이 유일한 장점은 아니다. 이들은 적은 노동력과 악취없이 정원이나 조경을 위한 고품질 비료를 생산할 수 있다. 미 국가폐기물및재활용협회(National Waste & Recycling Association)가 지난 1월 실시한 2014 설문조사에 따르면 72%의 응답자가 퇴비를 만들지 않고 있으며, 68%의 응답자는 쉽게 만들 수 있는 방법만 있다면 그렇게 할 것이라 답변하였다. 가정용 바이오가스를 활용하면 쉽게 퇴비를 만들 수 있다. 간단히 폐기물을 생물소화조에 넣으면 되는 것이다. 육류 및 유제품 폐기물을 서로 분리할 필요가 없다. 악취나 해충의 위험도 없다. 악취는 가스를 밀폐한 환경 내에 갇혀 있게 되고, 이 곳에는 설치류나 곤충이 들어갈 수 없기 때문이다.

중국에서 그랬던 것처럼 가정용 바이오가스는 미국의 미래 에너지에 중요한 역할을 할 것이다. 미국은 국가적으로 대규모 태양발전이나 풍력발전을 강조하고 있지만 주나 도시의 매립지 전환노력은 대규모 퇴비를 만들거나 바이오가스 설비를 도입하는 것에 맞춰져 있으며, 전에는 고려되지 않았던 옵션들이 보다 가깝게 가정에 다가설 것으로 보인다. 

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

미국 전력망에 대한 공격이 현재까지 파괴적인 사례는 없다. 어떤 장비도 손상을 받지 않았으며, 바이러스 또한 전력망에서 발견되지 않았다. 그러나 사이버보안 전문가들과 관련 당사자들은 충분히 우려할 수 있는 문제라고 지적한다. 이는 단순히 공격의 빈도의 문제가 아니다. 미국 국토보안부의 컴퓨터 긴급 대응팀(Computer Emergency Readiness Team)은 11월 기준 2014년 전력회사에 79번의 사이버공격이 있었다고 평가하였다. 그리고 지난 10월 전기터빈을 관리하는 소프트웨어에서 러시아 맬웨어(malware) 공격의 증거를 발견하였다고 주장하였다. 현재까지 장비 등의 손상이 없었다는 것으로 별문제가 되지 않을 것이라는 생각은 오산이다. 설치된 맬웨어는 향후 파괴적인 활동을 벌이는데 활용될 수 있기 때문이다.

미 국토안전부는 그 맬웨어가 트로잔 목마인 것으로 보고 있으며, 미국의 주요 인프라의 다양한 측면을 운영하는 소프트웨어에 심어져 있었음을 확인하였다. 국토안전부는 그 위협이 러시아 정부가 지원하는 해커조직의 소행이었다고 주장하였다. ABC 뉴스의 한 보고서에 따르면, 그 맬웨어를 통해 위협을 받을 수 있는 주요 인프라에는 송전망, 석유 및 가스 파이프라인, 수도 시스템, 풍력 터빈 및 원자력발전소 등이 포함되어 있다. 정부관계자들은 공격의 장소 또는 시기에 대해서는 알지 못한다고 주장하였다.

국토안전부는 그 맬웨어가 하나의 위협으로서 또는 미국의 러시아에 대한 유사한 공격을 저지하기 위해 중요 시스템에 설치됐을 것이라는 점을 우려한다고 말하였다. 스마트그리드뉴스(Smart Grid News)는 지난 7월 유사한 해킹 대회를 보도하였는데, 그 대회에서는 미국과 유럽에 있는 천 개 이상의 발전소에 해커들이 성공적으로 침투하였다. Dragonfly라고 불리는 한 해킹그룹은 맬웨어를 이용하여 원격접속에 성공하였다. 그러나 그 당시 그 맬웨어는 단지 감시 목적에만 활용되었다. Dragonfly의 서버가 동유럽에 위치해 있는 관계로 일부 전문가들은 그 해커들이 러시아인들일 가능성이 있다고 보고 있다.

사이버보안업체인 TrustedSec의 CEO인 David Kennedy는 CNN Money에서 에너지기업이 사이버보안 유지와 시스템 보호 차원에서 다른 산업 대비 훨씬 뒤처져 있다고 주장하였다. 그리고 다른 산업보다 에너지기업들이 감시 맬웨어 침투 사례를 더 많이 경험하고 있다고 보고 있다. 에너지기업들은 그들의 운영 및 장비를 보호하기 위한 노력을 계속해서 기울이고 있다. 그러나 일부 보안 전문가들이 지적하듯이 공격자들은 한 단계 앞서 나아가 있다.

글로벌 조사업체인 Pike Research는 2011년 보고서에서 스마트그리드가 모든 것을 변화시키고 있지만, 사이버보안 문제에 있어서만큼은 기존 문제를 그대로 안고 있다고 강조한다. 과거에 전력망은 전자 기계 및 공기 작용에 의한 장비에 의해 제어되었다. 오늘날 전력망은 표준화된 IP 네트워크를 바탕으로 윈도우 또는 리눅스 운영체제 하에서 가동되는 컴퓨터에 의해 제어된다. 전력망 백본(backbone)의 일별 운영에 있어 필수 요소인 SCADA(supervisory control and data acquisition)에 무선 및 블루투스 기능도 추가되고 있다. 그 기술들은 전력시설을 보다 효율적으로 운영할 수 있게 해주는 반면, 시스템이 시설 내부에 고립되어 있지 않기 때문에 광범위한 리스크에 도출되는 위험을 안게 된다. 시스템들이 인터넷에 의해 직접 접속이 가능해지고, 시설의 주변 방어설비에 더 이상 의존할 수 없게 된다. Pike Research는 전력회사들이 증가하는 전력망 보안 위협에 대응하기 위해 2011년부터 2018년까지 총 41억 달러의 재원 투자를 필요로 할 것이라고 주장하였다(GTB2011080547).

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

베트남 당국은 로사톰(Rosatom)의 AES-2006 설계를 채택한 원자로를 닌투안(Ninh Thuan)에 건설될 자국의 첫 번째 원자력발전소로 선정하고 건설될 원자로 4기의 총출력을 약 800MWe까지 늘리는 계획을 추진하고 있는 가운데, 두 번째로 건설되는 원자력발전소는 일본과 체결한 협력에 따라 진행될 것으로 알려졌다.

푸옥딘(Phuoc Dinh)의 닌투안 1 발전소에 러시아가 공급한 원자로를 건설하는 것이 결정된 가운데, 상트페테스부르크(Saint Petersburg)에 위치한 아톰프로엑트(Atomproekt)는 적어도 초기에 건설되는 2기의 원자로로 AES-2006 설계를 공급할 것으로 보인다. 이 원자로 설계는 이전에 제안된 VVER-1000 원자로를 대체하는 것으로 1200MWe의 전기를 계통에 공급할 수 있는 성능을 가지고 있어 총 4기의 원자로가 들어설 닌투안 발전소의 출력은 총 800MWe까지 늘어날 수 있을 것으로 전망된다.

이 원자로들은 2017~23년 사이에 턴키 프로젝트로 건설될 예정이다. 러시아 재무부는 첫 번째 발전소 건설 비용의 최소 85%를 제공할 준비가 되어 있으며 발전소 전수명 기간 동안 핵연료를 공급하고 사용후핵연료를 회수할 계획이다. 이 세부사항들은 11월 19~20일 동안 호치민시에서 로사톰의 주관으로 열린 아토멕스 아시아(Atomex Asia) 컨퍼런스에서 대표단에게 설명된 것들이다. 또한, 향후 발전소 운영을 지원하기 위해 약 344명의 베트남 학부 및 대학원생들이 러시아에서 수업을 받고 있으며 150명의 엔지니어들도 2기의 VVER-1000 원자로를 가동하고 있으며, 최근에 추가된 원자로가 마지막 건설 단계에 있는 러시아 로스토프(Rostov) 원자력발전소에서 근무하고 있다.

로사톰과 베트남원자력연구소(Vinatom)는 공동으로 원자력과학기술센터(CNEST)를 설립하여 베트남에서 원자력 연구개발을 주도할 예정으로 있으며 남부의 동나이연구센터(Dong Nai Research Centre) 및 원자력기술연구소(Institute of Nuclear Technology)와 북부의 하노이과학기술대학을 연계한 연구활동을 추진하게 된다. 그리고 예비 프로젝트로 새로운 15MWt급 연구로를 건설하고 2018년 10월에 가동할 예정이지만 아직 부지는 결정되지 않은 상태다. 이 연구로는 원자력 프로그램에 참여하는 인력을 훈련하는데 사용되며 동남아시아 국가들에게도 접근이 허용될 것으로 알려졌다. CNEST는 1984년에 시운전을 시작한 다랏(Da Lat) 연구로를 운영하는 책임도 맡고 있다. 이와 별도로 하노이과학기술대학에 원자력산업정보센터가 설립되어 일반에게 공개되고 있다. 이 센터는 러시아가 자국의 20개 도시 및 방글라데시와 터키에 설립한 전시관을 기반으로 하고 있다.

한편, 푸옥딘 북동쪽 캄란만(Cam Ranh Bay)의 빈하이(Vinh Hai)에 건설될 닌투안 2 발전소는 일본과 협력 하에 개발되고 있으며 기술 선정 작업을 계속 진행 중이다. 일본국제원자력개발사(International Nuclear Energy Development of Japan Co., JINED)는 베트남전기(Electricity Vietnam)와 해당 프로젝트에서 협력하게 되고 프로젝트의 재원과 보험을 포함하여 총 경비의 85%까지 지원할 것이다. JINED는 일본 경제무역산업성(METI)과 추부(Chubu), 간사이(Kansai), 도쿄전력(Tepco)이 주도하는 9개 전력회사 및 미쓰비시중공업, 도시바, 히타치가 형성한 컨소시엄이다. 양국의 정부 간 협정은 2012년 1월부터 발효되고 있고 일본은 닌투안 2호기를 위해 약 1000명의 인력을 훈련하기로 약속한 바 있다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

독일 Angela Merkel 총리는 2020년까지 탄소 및 기타 오염물질 배출을 상당 부분 줄이기 위한 계획을 달성하기 위해 자국의 석탄 산업을 부분적으로 폐쇄할 가능성을 내비치고 있다. 독일 고위관계자들은 아직 이 논의가 결코 합의점에 도달하지 않은 상태라고 주장하고 있는 바, 앞으로 매우 긴 논쟁거리가 될 가능성이 존재한다. 일부 전문가들은 재생에너지의 급격한 유입이 전력망의 안정성을 해친다고 주장하는 반면, 다른 이들은 독일 전력망이 유럽에서 가장 튼튼하다고 주장한다. 그러나 줄어드는 원전 설비용량과 재생에너지에 대한 지나친 의존도가 전기요금을 다른 유럽국가 대비 크게 상승시킬 것이라는 비판도 있다. 이러한 비판은 정부가 석탄산업의 미래를 결정짓는 정책을 수립해가는 과정에서 더욱 거세질 것으로 예측된다.
 
2011년 후쿠시마 원전사고 이후 Merkel 총리는 원자력발전소와 석탄화력 발전소를 단계적으로 폐지하고 재생에너지로 전환하는 계획을 발표하였다. 에네르기벤데(Energiewende, 에너지혁명)로 불리는 이 계획은 2022년까지 원전을 완전 폐지하고 2050년까지 재생에너지로의 전환을 마무리하는 것이다(GTB2013110183). 독일은 탄소배출 저감을 위한 2020년 목표 외에 자국의 에너지수요 중 80%를 재생에너지로 공급하겠다는 목표도 있다.
 
독일 환경부 Barbara Hendricks 장관은 Phys.org에서 독일이 만약 석탄 의존도를 낮추지 않는다면, 2020년의 탄소 및 기타 오염물질 배출 저감 목표를 달성하기 어려울 것이라고 말한다. 그러나 부총리 Sigmar Gabriel은 전혀 다른 의견을 보이고 있다. Gabriel은 석탄이 에너지공급 신뢰성을 보장하고 일자리를 창출하며 합리적인 가격을 보이고 있다고 주장하였다. 그는 원전과 석탄발전소를 한꺼번에 퇴출시킬 수는 없다고 강조하였다. 이 두 가지 상반된 의견은 석탄발전소를 폐쇄하고 어떤 영향이 있을지에 대한 논쟁을 일목요연하게 요약한 것일 수 있다. 약 50개의 석탄발전소가 이미 폐쇄 계획을 갖고 있으며, 법적으로 더 많은 석탄발전소를 폐쇄하는 논의가 진행 중이다.
 
한편, 독일의 에너지전환은 또한 석탄에 대해 의존도를 높이는 결과를 가져왔다. 이는 부분적으로 미국에서의 셰일가스 생산의 급격한 증대와 관련이 있다. 미국에서 천연가스가 풍부해지자 남는 석탄을 유럽으로 수출하는 일이 늘어났다. 미국의 석탄은 러시아의 천연가스보다 가격이 싸기 때문에 유럽에서도 미국의 석탄 수입을 늘리게 된 것이다. 이는 독일의 현대식 가스화력발전소에 심각한 영향을 미쳤다. 석탄생산의 증가는 또한 오염물질 배출에 대한 낮은 수준의 패널티 덕에 촉진된 면도 있다.
 
석탄발전소 개수를 줄이는 것은 또한 석탄 산업이 수많은 일자리를 제공하기 있기 때문에 고통스러운 일이다. 석탄 산업에 대한 비판론자들은 발전소 폐쇄가 대규모 일자리 손실을 의미하지는 않는다고 주장한다. 석탄산업 일자리가 보다 청정한 전력을 제공하는 산업에 의해 대체될 것이라고 주장한다. 2004년과 2012년 사이 재생에너지 부문 일자리가 독일에서 3배로 확대되었다. 2012년 독일의 재생에너지 부문 일자리 수는 대략 37만8,000개로 추산된다. 일부는 재생에너지 부문의 일자리 성장은 Energiewende의 결과로 국가 전체적으로 계속될 것으로 예상하고 있다(GTB2013110183). 물론 석탄산업 지지자들은 그 주장에 동의하지 않는다. 관련 요인들을 고려할 때, 석탄 이슈는 정치적으로나 경제적으로 매우 어려운 문제이다. 석탄은 독일에서 장기간 에너지원 역할을 해왔고, 많은 비중을 차지해 왔다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

인도는 지금 태양광발전의 붐이 일고 있다. 그리고 태양발전 관련 비용이 계속 하락함에 따라 인도의 산업 및 상업 소비자들은 이를 최대로 활용하는 방안을 고려하고 있으며, 지붕형 태양발전(Rooftop Solar Power) 분야까지 확대될 전망이다.

인도은 최근 상당한 양의 태양발전을 도입하려 하고 있다. 이러한 태양발전 붐속에서 2018년까지 1.5 GW의 지붕형 태양발전 생산능력을 확보하게 될 것이라는 보고서를 통해 인도의 에너지 산업 변화를 이해할 수 있다. 최근 컨설팅 회사인 Bridge to India 가 보고한 자료에 따르면 인도내 산업 및 정책 변화로 2018년까지 1.5 GW규모의 지붕형 태양발전 생산능력을 확보할 것으로 예상된다. 현재 태양발전 관련 설비용량은 300 MW 이하이며, 대부분의 프로젝트는 인도 남부 지역에 위치하고 있다. 지붕형 태양발전은 산업 및 상업 소비자들 간에 가장 인기 있는 기술이다. 인도 남부 지역은 전력이 부족한 지역으로 소비자들에게 스스로 생산할 수 있는 전력 시스템을 구축할 것을 요구하고 있다.

인도의 타밀나두(Tamil Nadu) 주는 설비용량 중 가장 비중이 높은 지역으로, 인도 태양발전 총 설비용량 중 18%에 약간 못 미친다. 그리고 설치 프로젝트의 13%만이 인도 신재생에너지부(Ministry of New and Renewable Energy)로부터 보조금을 지원받을 뿐이다. 이는 지붕형 태양발전 분야가 재정적으로 볼 때 실현가능하고, 앞으로 성장할 큰 가능성이 있다는 것을 입증한다. Bridge to India는 산업 및 상업적인 면에서의 성장은 근본적인 재정적 혜택에 의한 것이지만 가정용 분야의 성장은 전기 이용을 위한 필요성이 견인해왔다고 설명하였다. 그러나 이러한 점은 가까운 미래에는 변화가 될 것으로 보인다.

일부 주 정부는 가정용 분야의 지붕형 태양발전을 적극 권장하게 위해 넷 미터링(Net Metering)과 발전차액지원제도(Feed-in Tariff)에 대한 계획을 세웠다. 따라서 일반 발전자원을 이용하여 생산되는 전기 비용이 점차 증가됨에 따라 가정의 소비자들은 비용을 절감하고 발전 및 과잉전기를 판매하여 얻어지는 잠재적인 수익을 확보하는데 눈을 돌릴 수 있다.

지난 2010년 내셔널 솔라 미션(National Solar Mission)이 발표된 상황 하에서 인도는 2022년까지 2 GW에 달하는 분산형 태양발전 생산능력을 확보하고자 계획하고 있다. 그러나 현재 인도정부가 2020년 말까지 모든 가정들이 전기를 이용할 수 있도록 환경을 제공한다는 목표를 고려하여 100 GW까지 상향될 전망이다. 추가적으로 주 정부는 공공건물의 지붕에 PV 시스템을 도입하기 위한 정책이나 지붕형 태양광발전 시스템을 구축하기 위해 사용되지 않는 공간을 임대하는 `Rent-a-roof`와 같은 혁신적인 이니셔티브를 실행하고 있다.               

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

모든 기체 및 액체가 투과할 수 없는 그래핀(graphene)이지만 양성자(proton)는 쉽게 투과할 수 있다는 사실이 맨체스터대학(University of Manchester) 연구팀에 의해 발견되었다.

Nature지에 게재된 본 연구는 연료전지 및 다른 수소기반의 기술에 혁신을 가져올 것으로 기대되는데, 이런 기술에서는 수소 만이 통과할 수 있도록 하는 차단막이 필요하기 때문이다.

게다가, 그래핀 멤브레인은 대기에 미량으로 존재하는 수소를 추출해 내는데 사용할 수 있기 때문에 공기로 구동되는 전기 발전기의 가능성을 높여주고 있다.

원자 한 개 정도의 두께를 가진 그래핀은 2004년 맨체스터대학(The University of Manchester)에서 처음 분리 및 연구되었으며, 독특한 차단 능력 때문에 유명해졌다. 이런 차단 능력은 부식방지 코팅이나 불침투성 포장과 같은 다양한 분야에 활용될 수가 있기 때문이다.예를 들어, 가장 작은 원자인 수소는 그래핀 단일층을 평생토록 통과하지 못할 것이다.

Andre Geim이 이끄는 연구팀은 그래핀이 양성자도 차단할 수 있는지를 조사하였다. 연구팀은 양성자도 수소와 마찬가지로 그래핀을 통과할 수 없을 것이라는 기존의 이론예측을 바탕으로, 양성자의 투과가 차단될 것으로 예상했었다.

이런 비관적 예측에도 불구하고, 양성자는 매우 얇은 결정을 매우 쉽게 통과하였으며 특히 높은 온도 및 백금과 같은 촉매 나노입자로 그래핀 표면을 코팅했을 때 양성자의 통과가 더욱 용이한 것으로 나타났다.

본 연구를 통해, 그래핀 및 유사한 물질인 질화붕소(boron nitride)의 단일층은 양성자 전도성 멤브레인(proton-conducting membrane)으로서의 유망한 물질로 대두되게 되었다. 양성자 전도성 멤브레인은 현대 연료전지의 핵심이다. 연료전지는 연료로서 산소와 수소를 사용하며, 투입된 화학적 에너지를 전기로 변환시킨다. 다른 물질의 통과를 억제하면서 양성자의 흐름을 가능하게 하는 멤브레인이 없다면, 이런 기술은 존재하지 못할 것이다.

비록 잘 정립되었음에도 불구하고 연료전지 기술은 실용화를 위해 더 많은 개선을 필요로 하고 있다. 주요한 걸림돌 중 하나는 기존의 양성자 멤브레인을 통한 연료의 교차현상(fuel crossover)으로, 연료전지의 효율성 및 내구성을 저하시킨다.

맨체스터대학 연구팀은 그래핀 혹은 질화붕소 단일층의 사용으로 기존 멤브레인을 더욱 얇고 효율적으로 제조할 수 있어서, 연료의 교차 및 오염문제가 감소하게 될 것이라고 밝혔다. 이로써 연료전지의 경쟁력도 향상될 것이다.

또한 원자 한 개 두께 정도의 멤브레인은 습한 대기로부터 수소를 추출하는데 이용할 수도 있다고 연구팀은 밝혔다. 이런 방식의 수소 수확은 연료전지와 결합하여, 대기 중 수소를 연료로 사용하는 휴대용 발전기의 출현을 가능하게 할 것으로 기대된다.

연구팀은 작은 멤브레인을 대상으로 연구를 수행했으며, 지금까지 수소의 흐름량은 당연히 적었다. 그러나 본 발견의 초기 단계에 불과하기 때문에, 수소를 수확하는 능력은 향후 훨씬 개선될 것으로 기대된다. 본 연구의 제1저자이자 박사후 과정 연구원인 Sheng Hu 박사는, 본 연구가 매우 단순하면서도 동시에 전망이 밝다고 밝혔다. 오늘날 그래핀은 평방미터 단위의 시트 형태로 생산되기 때문에, 조만간 상업용 연료전지에도 적용될 수 있을 것이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

클라우드 컴퓨팅 및 사물인터넷과 같은 신기술이 소비자들 사이에서 점차 보급이 확산되면서, 스마트홈(smart home)의 성장은 전력회사에 기회이자 도전과제를 보여준다. 한편에서는 점차 에너지 사용에 관심을 갖는 소비자들 사이에서 에너지 효율 및 가정 에너지관리에 대한 인식을 제고할 수 있다. 그러나 또한 전력회사들에 기존에 없던 새로운 경쟁자들이 나올 수 있음을 시사한다. 삼성, 애플, 구글과 같은 일반 소비자 대상 기술업체들은 2013년에 전반적으로 스마트홈 기술 개발에 박차를 가하였다. 전력회사들이 동맹전선 구축을 통해 소비자 측 에너지소비 관리 분야에서 경쟁할 수도 있지만, 보다 나은 고객서비스를 제공하지 못할 때 고객 충성도를 잃어버릴 위험성도 있다. 결과적으로 전력회사들은 소비자들과의 직접적인 관계와 그들의 서비스에 대한 매력도를 높이는 방안에 대해 다시 생각하기 시작하고 있다.

가정에너지관리 시장은 2019년까지 19억 달러에 달할 전망인 가운데, 전력회사가 에너지효율 및 수요반응 프로그램을 그들의 사업 포트폴리오에 포함시킬 기회가 무르익었다. Parago의 최근 설문조사에 따르면, 미국 소비자의 단지 14%만이 현 시점에서 수요반응 프로그램에 가입해 있지만, 86%는 적절한 인센티브가 있으면 수요반응 프로그램에 가입할 의사가 있다. 미국 ACEEE(The American Council for an Energy-Efficient Economy)는 지난 15년간 36개 연구결과를 검토한 뒤, 가정에 실시간 에너지소비 정보를 전달하면 가정 에너지소비가 9.2% 정도까지 줄어들 수 있다는 결과를 확인하였다.

전력회사가 직면한 도전과제는 에너지효율 프로그램을 성공적으로 보급하기 위해 가정 부문 고객들과의 관계의 속성을 변화시키는 것이다. 전력회사들은 자사의 고객들이 맞춤화된 프로그램과 인센티브를 통해 전력소비를 현명하게 점검하고 관리할 수 있도록 하기 위해, 개별 소비자의 에너지 소비 방식을 보다 정확히 이해하고자 노력하고 있다.

전통적으로 전력회사들은 가정에서 무엇이 진행되는지에 대한 정보력을 갖지 못했다. 스마트미터와 같은 새로운 기술의 도입으로, 지금은 가정 고객들이 언제, 어떻게 에너지를 사용하는지 더 많은 정보를 가질 수 있게 되었다. 이는 맞춤화된 에너지절약 서비스를 제공할 수 있게 해준다. 그 결과 전력회사들은 고객들과 보다 잘 소통하고 고객의 에너지사용 및 소비를 보다 잘 이해하기 위해 고객을 대하는 접근방식을 전반적으로 변화시키고 있다. 기업과 같은 대형 전력소비자들은 kWh와 같은 전력수요 용어를 이해하지만, 일반 가정 고객들은 대체적으로 그렇지 않다. 일반 고객들이 이해하는 것은 안전, 편안, 제어, 편리 등과 같은 무형의 것들이고, 전력회사는 그러한 고객 수요를 충족시켜줘야 한다.

소통채널도 변화하고 있다. 고객과의 소통에서 전력회사들은 다채널과 모바일 소통을 증대하는 방향으로 나아가고 있다. 모바일은 그 자체로 모든 세대, 지역, 인구 그룹에서 보편적인 접속방식이 되어가고 있다. 최근 Accenture가 수행한 조사에 따르면, 전력소비자의 거의 1/3은 그들의 에너지공급자들이 웹과 모바일을 통해 서비스를 늘려주기를 희망하였다. 특히 젊은 세대일수록 더욱 그런 경향이 강했다.

혁신적인 전력회사들은 그들 스스로 모바일 애플리케이션을 구축하여 소비자들에게 정전, 전기요금관리, 자연재해 및 이상기후 대비 등에 대한 실시간 정보를 제공하고 있다. 모바일 애플리케이션과 툴들은 전력회사가 에너지소비를 줄이고 효율성을 높일 수 있게 도울 뿐 아니라 소비자들을 신규 프로그램에 참여시키고 충성도를 높이는데 일조한다.

전력회사들은 그들이 판매하는 제품이 반드시 고객이 구매하는 제품과 같지 않다는 점을 기억해야 한다. 전기는 필수서비스이다. 그러나 이는 전자 그 자체 때문이 아니라 전기가 주는 편리함 때문이다. 나아가 소비자들은 활용 가능한 정보를 필요로 한다. 월말에 한 차례 제공하는 전력소비 정보는 전력소비 행태에 대한 통찰력도 제공하지 않고 행동을 변화시킬만하지도 않다. 전력회사들은 그들의 고객이 직접 에너지이용을 관리할 수 있게 도울 필요가 있는데, 이것이 소비자들이 원하는 바이다.

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』