정부의 녹색성장 정책에 힘입어 기업들도 덩달아 그린 비즈니스를 차세대 엔진으로 바꿔 장착하고 있다. 정부가 녹색성장 엔진으로 주목하고 있는 전력IT, 수소연료전지, 태양광, LED(발광다이오드) 등의 국내 기술은 어디까지 왔으며, 이의 선봉에선 그린 프론티어들은 누구인지 알아봤다.

1. 기존 전력망의 지능화 ‘전력IT’

먼저 시장에 뛰어드는 기업이 ‘임자’

프론티어 - 최종웅 LS산전 부사장

 “전력IT 분야에서 선진국과의 기술 격차는 거의 없습니다. 먼저 뛰어들어 선점하는 기업이 주인이 될 겁니다. 우리도 하루 빨리 실증단지를 만들어 시장 창출에 나서야 합니다.”

LS산전의 CTO(최고기술책임자)인 최종웅(52) 부사장은 “국내 전력IT 사업은 미국이나 일본 등 선진시장에 비해 약 2년간의 기술 격차가 있다”며 “그러나 정부가 시범사업을 펼친다면 당장 관련 제품을 공급할 수 있을 정도는 된다”고 말했다.

일반적으로 연구소에 대한 공개는 굉장히 제한적인 경우가 많다. 하지만 최 부사장은 연구소가 공개된다고 해도 경쟁사들이 따라 잡으려면 2년은 걸리기 때문에 상관없다고 자신한다.

최 부사장은 LS산전 연구소에서만 24년을 근무했으며, 전 세계 전력표준위원 19명 중 한 사람이다. 그는 최근 녹색성장 정책 중에서도 화두로 떠오르고 있는 ‘전력IT’라는 용어를 만든 주인공이기도 하다. 최 부사장이 전력IT 연구에 돌입한 것은 1998년. 당시 부장이었던 그는 전력 분야의 e-비즈니스 모델 개발을 회사에 제안했다. 벤처 붐을 타고 e-비즈니스가 한창이던 때였다.

“임원진 중에서는 반대하는 사람도 있었지만 최고위층에서 한번 해보라고 하더군요. 3년 동안 서울대와 공동으로 모델을 개발하고, 2003년 정부에 제안했습니다. 처음에는 ‘파워인포넷’이라고 불렀는데, 정부에서 쉬운 용어를 만들자고 하기에 ‘전력IT’로 하자고 했죠. 외국에서는 보통 ‘스마트 그리드’로 불리고 있습니다.”

LS산전은 정부의 전력IT 과제사업자로 선정돼 지난 2005년 10월부터 지난해 9월까지 스마트 그리드와 AMI(Advanced Metering Infrastructure) 솔루션 등 소비자전력관리장치 1단계 개발을 완료한 상태다. 정부의 지원 등을 포함해 지금까지 투입된 연구개발비용만 2700억원에 달한다.

“사실 10년 후에 무슨 일이 있을지 모르는 상황에서 연구개발에만 투자한 게 쉬운 건 아니죠. CEO가 바뀌어도 투자는 꾸준히 이뤄졌습니다. 스카우트 제의가 많았지만 떠나지 못하는 이유이기도 합니다.(웃음) 전력IT는 이 정부 들어 ‘녹색’을 만나면서 이제 막 산업화에 들어섰습니다. 10년 결실을 이제 보게 된 거죠.”

기존 전력망에 IT기술 접목

스마트 그리드는 기존 전력망에 IT기술을 접목한 것이다. IT를 기존 전력기술에 적용해 송·배전망을 지능형으로 만들자는 개념이다. 양방향 통신이 기본이기 때문에 스마트 그리드를 활용하면 전력 공급처인 한전과 수요자가 실시간으로 전력 사용량을 파악할 수 있다. 특히 수요자인 각 가정에서 전력량을 효율적으로 조절할 수 있는 차세대 지능형 전력망이다. 가격이 싼 심야시간에 세탁기가 작동되도록 설정해 놓거나, 전력 수요가 급증할 땐 불필요한 전력 공급을 감소시키는 식이다. 또 일일이 돌아다니며 플러그를 뽑지 않아도 가정 내 전력 소비 10%를 차지하는 대기전력을 차단할 수 있다.

기업에서는 최적의 전력 사용 계획 수립이 가능해지며 요금제 활용 폭도 넓어진다. 가정, 기업 등 소비자의 노력 여하에 따라 약 6%까지 에너지 절감을, 온실가스 배출량은 약 4.6%가 저감될 것으로 전망하고 있다. 공급자 측에서는 전력 수요를 정확히 분석하고, 이에 따른 합리적인 요금 결정이 가능해진다. 또 전력 수요가 분산되기 때문에 연간 1조원에 달하는 신규 발전 투자비용이 절감될 것으로 기대되고 있다.

최 부사장은 “전력 수요를 조절할 수 있게 되면 신재생에너지 발전을 활용할 수 있는 여지가 더 많아진다”며 “한여름 냉방 수요로 인해 급증하는 전력을 위해 발전소를 건설하느라 자원을 낭비하지 않아도 된다”고 말했다.

에너지 사용을 실시간으로 조절할 수 있는 일종의 지능형 전기계량기를 말하는 AMI는 스마트 그리드 운용에 필수적인 핵심 인프라 시스템이다. 이 전기계량기를 설치하면 전기 소비량을 실시간으로 파악할 수 있으며, 시간대별로 각기 달리 적용되는 전기요금제를 상황에 맞게 이용할 수 있다. LS산전이 최근 소규모 실증작업을 거친 결과 약 13%의 에너지 절감 효과를 올린 것으로 나타났다.

LS산전은 송전량을 늘려 효율을 높일 수 있는 새로운 전력설비 제어와 신재생에너지 제어장치에 필요한 인버터, 전력선 통신 기술 연구 등에서도 상당한 성과를 거뒀다. 특히 전력설비 감시 제어와 자료 취득, 자동발전제어 등을 담당하는 에너지관리 시스템(EMS)을 국내 기술로 개발한 것이 가장 큰 성과다. 프랑스제인 현 시스템을 대체해 2012년 전력거래소에 설치된다. 우리나라는 세계 최고 수준의 EMS 및 전력운용 핵심기술 보유국이 될 수 있다.

정부는 전력IT의 기초기술을 상용기술로 발전시키는 사업에 착수했다. 특히 현장에서 실제로 평가해볼 수 있도록 한전과 협약을 맺고 810억원을 들여 3000세대 규모의 실증단지를 구축하기로 했다. 이 같은 종합 실증단지 구축은 우리나라가 처음이다.

최 부사장은 “실증을 위한 시범단지를 조성해 최소 1년간 시범사업을 진행하게 되면 2012년 정도면 녹색전력도시를 건설할 수 있는 상용기술을 확보할 수 있게 된다”고 밝혔다.

LS산전은 10여 년 전부터 친환경 에너지 기술에 대비해 현재 15대 유망 그린에너지 사업 중 전력IT 외에 태양광, 풍력, 연료전지, 초전도, 그린카 등 6개 분야에도 적극 나선다는 계획이다.

빠르게 움직이고 있는 미·일

해외에서는 미국, 호주, 일본 등 선진 8개국이 스마트 그리드를 추진하고 있다. 미국의 경우 AMI 전력망 시스템에 대한 시범사업이 거의 마무리 단계에 있어 본격적인 제품화 작업이 진행 중이다. 캘리포니아의 전력회사 중 하나인 에디슨은 2012년까지 16억3000만달러를 투입해 480만 가구에 스마트 전기계량기를 설치할 계획이다.

미국의 경우 2000년 캘리포니아 주 대정전 사고로 도입의 절실함을 느껴 민간이 기술을 주도하고, 정부가 법적·재정적 지원을 하고 있다. 미국 의회는 지난 2007년 스마트 그리드 지원 방안을 연방법안으로 통과시켰다. 2008년부터 2020년까지 스마트 그리드에 대한 연구개발, 시범사업 등을 국가 정책사업으로 추진한다는 게 골자다. 국가 초전도 케이블 전력망을 구축하고, 전국 어디서나 저탄소 청정에너지를 누구나 쓸 수 있게 하는 에너지 저장 시스템 등을 만드는 게 종국적인 목표다. 유럽과 일본에서도 AMI에 대한 시범사업이 한창이다.

하지만 아직 기술을 선점한 곳이 없다는 점에서 전력IT 분야에서 한국 기업이 세계시장을 확보할 가능성은 더욱 크다. 최 부사장은 “미국, 일본 등이 기반 기술에서 앞서는 것이 사실이지만 IT강국이라는 우리의 장점을 살린다면 충분히 역전이 가능하다”며 “정부가 실증단지 등에서 속도를 낸다면 기업의 기술개발이나 상용화 속도도 더욱 빨라질 것”이라고 기대했다.

한국전력 자회사인 한전KDN도 올해 전력IT 원천기술 확보를 위해 R&D 분야에 100억원이 넘는 돈을 집중 투입한다는 계획이다. 전력IT 원천기술 확보를 위해선 발전·송변전·배전·판매 등 전력 산업의 전 분야에 대한 원천기술이 필요하다는 판단에서다.

연구개발비는 경기도 의왕시 소재 전력IT연구원에 집중 투자될 것으로 보인다. 전력IT 기술 개발에 상당 부분 지출되며, 이 기술들은 전력IT 설비 업그레이드에 먼저 적용된다.

이와 함께, 한전KDN은 향후 글로벌 1위의 전력IT 전문화 기업을 위해 전력 공급과 관련된 모든 과정의 상용화 기술 확보에도 지원을 아끼지 않을 방침이다. 또 개발된 기술을 이용, 국내를 벗어나 미국, 동남아 등 해외 진출에 적극 나선다는 계획이다. 전력의 노후화가 국가 문제로 대두되고 있는 미국의 경우 전력 현대화 부문을 공략할 수 있을 것이라는 판단이다. 또 동남아는 한국 공기업이라는 신용도를 바탕으로 현지 수주에 뛰어든다는 전략을 세웠다.

한전KDN은 3월12일 최근 상용화한 송전설비 온라인 감시 시스템, 독거노인 지원 시스템 등 20여 종의 전력IT 신기술을 소개하기도 했다. 한전KDN은 이 기술들을 연내 현장에 적용할 방침이다.

2. 신재생에너지의 핵심 수소연료전지

20년 후에는 친환경 수소 경제 구현

프론티어 - 홍성안 KIST 수소연료전지사업단장

 “아무 소음도 없죠? 간혹 시동이 걸렸는지 헷갈릴 때가 있을 정돕니다. 올해 안에 수소연료전지를 갖춘 버스가 서울지역 마을버스로 대체되는 시범사업이 시작될 것입니다.”

홍성안(58) 한국과학기술원(KIST) 수소연료전지사업단장이 현대자동차에서 만든 ‘투싼 FCEV’의 시동을 걸자 미약하게 ‘웅’하는 산소를 흡입하는 소리와 전기모터 회전음만 들릴 뿐 소음과 진동이 거의 없었다. 승차감도 탁월했다.

연료전지차는 수소를 엔진에 넣어 출력을 얻는 것이 아니라 수소와 산소를 합성하는 과정에서 생기는 전기로 모터를 돌려 움직이는 전기자동차다. 원리는 간단하다. 물에 전기를 가하면 수소와 산소로 분해된다. 반대로 수소와 산소를 화학적으로 반응시키면 전기가 발생하고, 부산물로 물과 열이 나온다. 이 전기로 자동차를 움직이는 것이다. 수소연료전지는 순수한 물만 배출할 뿐 배기가스가 전혀 없는 친환경 에너지원이다. 소음과 진동도 거의 없었다. 골프장 카트카를 타듯 미끄러지듯 나갔다.

홍 단장은 그동안 수소연료전지사업단장을 맡으면서 연료전지 개발사업을 총괄했다. 이 개발사업에는 120개 기업이 참여했다. 홍 단장은 수소연료전지가 에너지 기술의 패러다임을 바꾸고 있다고 말한다.

“저탄소 녹색성장의 핵심은 에너지 기술이고, 에너지 기술의 핵심은 신재생에너지입니다. 수소연료전지는 이러한 신재생에너지 기술의 핵입니다. 하지만 아직 비싼 게 흠입니다. 이 차만 해도 6억원에 달합니다.”

2~3년 이면 선진기술 따라잡아

아직은 수소를 추출하는 데 비용이 많이 들어 경제성은 없다. 하지만 20년 뒤에는 태양광 발전 등 무공해 전기로 물을 전기분해해서 얻을 수 있기 때문에 생산비용이 저렴하면서도 무한정한 자원이다. 수소차의 핵심장치인 에너지 교환기의 수명도 1000∼2000시간에 불과하다. 상용화까지는 멀고도 험한 과정이 남아 있는 것이다. 수소충전소 확보도 중요한 문제다. 현재 국내의 수소충전소는 세 곳에 불과하다. 정부는 올해 전국에 여덟 곳 정도의 충전소를 추가로 설치할 계획이다.

홍 단장은 “수소연료탱크를 미국에서 수입하는 등 수소연료전지차 부품의 절반 정도는 수입하는 실정”이라며 “그래도 2~3년이면 완전 국산화가 가능할 것”이라고 말했다.

기술개발과 부품 등의 국산화로 수소연료전지가 산업화돼야 가격 경쟁력을 가질 수 있다는 얘기다. 그는 “수소연료전지의 성장 동력화에는 적어도 10년은 걸릴 것”이라며 “이번 정부의 임기 내에 뭘 하려고 하기보다는 장기적인 비전을 가지고 추진해야 한다”고 말했다. 그는 수소경제가 구현되는 데 적어도 20년은 걸린다고 봤다.

투싼 FCEV의 출력은 80Kw(107마력)로 1500cc급 휘발유 엔진과 같다. 하지만 차체의 무게는 1850kg으로 에쿠스와 비슷하다. 연구소를 한 바퀴 돌아 수소충전소로 향했다. 한 번 충전으로 250km 정도를 주행할 수 있다고 한다. 홍 단장은 한 번 충전으로 500km를 주행할 수 있는 기술을 개발 중이라고 밝혔다.

그는 KAIST를 1기로 졸업하고 미국 유학을 마친 후 미국 에너지 기업인 걸프와 쉐브론에서 6년간 근무했다. 1987년 귀국한 이후 KIST에서 연료전지 연구를 시작했다.

“단기간에 끝나는 것이 아닌 미래를 보는 연구를 하고 싶었죠. 연구를 진행하다보니 연료전지의 꽃은 자동차 분야라는 생각이 들었습니다. 그래서 자동차 제조사에 공동으로 개발을 해보자고 제안을 했죠.”

하지만 자동차 제조사들의 대답은 ‘노(No)’였다. 10년 걸려도 성과가 나올지 안 나올지 모르는 연구를 진행할 수 없다는 게 이유였다. 그는 그로부터 5년 후 현대자동차가 연료전지 개발에 나서면서 최근에 이르게 된 것은 다행스런 일이라고 말했다.

과연 물로 가는 자동차는 가능할까. 홍 단장은 “맞기도 하고, 틀리기도 하다”고 말했다. 자동차에 물을 싣고 다니는 것은 아니기 때문에 틀리지만, 물에서 수소를 얻기 때문에 맞는 것이기도 하다는 것이다.

도시가스에서 수소 얻어 발전

산업용 외에 가정이나 건물에서도 연료전지를 이용해 전기를 생산할 수 있다. 수소와 산소가 반응할 때 부산물로 나오는 열을 이용해 물을 데우고 난방을 하는 데도 사용할 수 있다.

최근에는 가정용 수소연료전지도 개발됐다. 현재 전국적으로 110대가 설치, 운전되고 있다. 가정용 연료전지는 도시가스로부터 수소를 생산해 연료전지를 통해 전기와 열을 만들어 낸다. 천연가스 역시 탄소와 수소의 결합체이기 때문에 연료전지에서 산소와 수소 반응을 일으킬 수 있기 때문이다. 세탁기 크기 정도의 가정용 연료전지에서 아파트 한 채에서 사용할 수 있는 전기를 만들 수 있다.

높은 에너지 효율로 인해 가정용 연료전지를 도입하면 일반적인 4인 가족 가정의 경우 연간 56만원의 광열비가 절약된다. 가정용 연료전지 1대를 통해 연간 2톤의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있으며, 연간 580리터의 원유 수입량을 절감할 수 있다. 가정용 연료전지는 여타의 신재생에너지원에 비해 설치 공간이나 에너지 공급 시간의 제약이 적어 도심지역의 신재생에너지원으로 적합하다.

하지만 가정용 연료전지의 가장 큰 문제점도 경제성. 현재 연료전지 1대의 가격은 수천만원대다. 연산 1만 대 수준으로 양산화 돼야 경제성을 갖게 되는 1000만원 이하로 낮아질 전망이다.

정부는 그린홈 보급사업을 통해 2020년까지 10만 호의 연료전지를 설치한다는 계획이다. 이 계획대로라면 일본에 비해 뒤쳐질 위험이 높다. 일본의 경우 2008년까지 3300여 대의 가정용 연료전지가 전국에 설치됐다. 일본 정부는 올해 8000대를 설치할 예정이며 해마다 수량을 증가시켜 2015년에는 연간 10만 대를 보급한다는 계획이다. 이러한 정부의 보급 계획과 일본 연료전지 업체의 적극적인 투자로 이미 연산 1만 대 규모의 양산공장이 준공됐다.

가정용 연료전지 분야는 일본에 4년 정도 뒤쳐진 것으로 분석되고 있다. 홍 단장은 “4년 정도의 시간적 차이가 있지만 성능이나 효율 면에서는 기술 격차가 어느 정도 해소됐다”며 “우리나라도 보급사업이 확대되면 격차는 지속적으로 줄어들 것”이라고 말했다.

가정용 연료전지 분야는 GS퓨얼셀이 선도하고 있다. 이 회사는 GS칼텍스의 기술을 기반으로 해 2000년 11월 설립됐다. 2003년 국내에서 처음으로 1kw급 건물용 연료전지 시스템을 개발한 데 이어, 2004년 전기발전과 함께 난방 및 온수 공급이 가능한 연료전지발전 시스템을 개발했다. GS퓨얼셀은 2008년까지 55대의 건물용 연료전지를 공급했으며, 2020년까지 그린홈 보급사업을 통해 10만 대를 각 가정에 보급할 예정이다.

발전용 연료전지는 장기적으로는 연료전지 자동차와 마찬가지로 재생에너지를 이용해 물을 분해해 만든 수소를 연료로 사용할 전망이다. 그러자면 재생에너지를 이용한 발전 시스템과 물 분해 수소 제조 시스템, 이렇게 만든 수소를 도심 곳곳에서 충전할 수 있는 시스템이 필요하다.

현존 발전 설비 중 가장 효율 높아

수소연료전지 발전 시스템은 석탄 등 화학에너지를 열에너지→운동에너지→전기에너지로 순차적으로 변환시켜 전기로 만드는 기존 화력발전과 달리, 연료의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환하기 때문에 에너지 손실이 적어 현존하는 발전설비 중 가장 효율적이다.

친환경성, 연비 절감 효과, 설치 용이성 및 안전성 등의 장점으로 인해 대규모 공장, 발전소는 물론 데이터센터, 아파트단지, 호텔, 병원, 공공시설 등 도심지에서도 운영할 수 있는 분산형 발전설비로서 각광받고 있다. 더욱이 안정적 전력 공급과 무소음의 장점으로 인해 선박용, 비상전원용으로 널리 활용된다.

이미 미국 뉴욕 쉐라톤호텔, 예일 대학, 몬태나 주의 병원(Billings Clinic) 및 독일 도이치텔레콤과 같은 데이터센터에 설치, 가동 중이며 신뢰성이 입증됐다. 소음이 발생하지 않으며 황산산화물, 질소산화물, 먼지 등 인체에 유해한 대기오염물질의 배출이 전혀 없다. 이산화탄소 배출량도 LNG 화력발전 대비, 39% 정도 저감된다.

화염이나 연소가 없어 기존 발전설비와 달리 폭발 및 화재의 위험성이 없는 것도 장점이다. 연료전지 발전 시스템의 주연료는 도시가스인데, 연소과정이 없어 가스레인지나 히터보다도 오히려 안전한 것으로 알려져 있다.

우리나라에는 포항, 완주, 군산에서 천연가스를 이용한 2.4㎿(메가와트)급 연료전지 발전소를 운영 중이다. 오는 5월에는 서울 노원구에 수소연료전지 발전소가 완공되며, 양천구 목동에도 설치가 검토되고 있다.

천연가스 외에도 바이오가스를 원료로 사용할 수 있다. 하수처리장, 쓰레기매립지, 맥주공장 등에서 버리는 바이오가스를 원료로 발전할 경우 경제성과 탄소저감효과는 배가된다. 올해 서울, 부산 등지의 하수처리장에 바이오가스를 이용한 발전 시스템 설치가 검토되고 있다.

이용률(전기를 생산하는 시간)이 95% 이상으로 안정적인 전력 공급이 가능할 뿐더러, 2.4㎿ 제품 기준 설치면적이 330㎡ 정도로 매우 공간절약적인 발전설비이기도 하다. 2.4㎿ 용량은 3000가구 아파트단지에 전기를 공급할 수 있다. 또 화력의 발전효율이 35%인 반면 연료전지의 발전효율은 47%에 달한다.

연료전지 발전 시스템은 전 세계적으로 기술개발 초기단계로서 선진국과의 기술 격차가 적어 집중적인 투자가 이뤄진다면 단기간에 글로벌 선두기업으로서 부상할 수 있는 잠재력이 높은 산업이다.

포스코파워, 일본에 연료전지 1000억원 수출

연료전지 발전 시스템 분야의 선두주자는 포스코다. 포스코는 2000년대 초 연료전지·바이오가스·태양광 등 모두 6가지의 신재생에너지 사업을 검토했으며, 이중 연료전지 사업을 신성장 동력으로 결정했다. 당시 포스코 신사업실장을 담당했던 김중곤 포스코파워 연료전지부문장(상무)은 “당시 경영진으로부터 ‘5년 이내에는 수익을 기대하지 않겠다. 맘껏 해보라’는 말을 듣고 기술개발에 임했다”며 “포스코는 지금까지 1500억원을 투자했다”고 말했다.

포스코는 2003년부터 포항산업과학연구원(RIST), 포스텍 등과 함께 발전용 연료전지 사업에 매진해온 결과로 연간 50㎿ 규모의 발전용 연료전지를 생산할 수 있게 됐다. 포스코는 지난해 9월 세계 최대 규모의 발전용 연료전지 공장을 준공하고 상업생산을 시작했다. 이 공장은 연간 50㎿ 규모의 발전용 연료전지를 생산하게 되는데 이는 기존 세계 최대 규모인 미국 코네티컷 주 FCE(FuelCell Energy) 공장의 두 배다. 여기서 생산하는 연료전지는 일반주택 약 1만7000가구에서 사용 가능한 전력을 만들어 낼 수 있다. 국내 기술로 만든 발전용 연료전지를 사용할 수 있게 됐다는 점에서 국내에 본격적인 발전용 연료전지 시대를 열었다는 의미도 있다.

포스코의 기술력은 이미 일본을 따라잡은 것으로 평가받고 있다. 2007년 포스코의 연료전지 사업 부문을 이관 받은 포스코파워는 올 연말 일본 샤프사의 태양광 공장에 1000억원가량의 발전용 연료전지 시스템을 수출한다.

3. 햇볕은 ‘쨍쨍’ 태양광 산업은 ‘반짝’

20년 후에는 친환경 수소 경제 구현



프론티어 - 정양원 KPE 사장

이제 막 기반공사에 들어선 경기 평택 소사벌. 2011년이면 이 부지(302만1000㎡)에 태양광 발전·태양열 급탕 설비를 갖춘 아파트 등 주택 1만3312가구가 들어선다. 입주민은 3만8606명. 전체 소비전력의 5% 이상을 태양광 등 청정에너지로 공급한다. 신도시 내 모든 건물에 태양광 등 신재생에너지 시설·보급 체계를 갖추는 것으로는 국내에서 처음이다.

신재생에너지 가운데 세계 기업들의 가장 큰 관심을 끌고 있는 것은 단연 태양광에너지다. 국내에서 가장 먼저 태양전지를 양산한 정양원(64) KPE 사장은 “독일, 그리스 등 유럽을 넘어 미국 실리콘밸리 등 일본, 중국 그리고 국내에도 거세게 몰아치고 있다”고 말했다.

2012년 세계시장 2740억달러 규모 형성

이에 따라 올해 국내 태양광 산업 전망은 그 어느 때보다 장밋빛이다. 그는 “그동안 삼성, LG, 현대중공업, KCC, 한화, 웅진, 동양제철화학 등 국내 굴지의 대기업들이 앞 다퉈 태양광에너지 사업 진출을 선언했다”며 “최근에도 50여 개 기업이 새롭게 관련 사업에 진출할 정도로 과열돼 있다”고 했다.

2000년 포톤반도체에너지로 출발한 KPE는 국내 최초로 태양전지 양산화에 성공, 국내 신재생에너지 분야 수출의 물꼬를 턴 기업이다. 효율 15~16%에 달하는 결정질 실리콘 태양전지를 생산, 80% 이상을 일본, 유럽에 수출해왔다. 지난해 600억원의 매출 중 400억원이 해외에서 거둔 것이다.

태양광 산업은 과거 집열판을 통해 가정 내 온수를 데웠던 태양열 발전과는 달리 반도체를 바탕으로 빛에너지를 전기에너지로 전환해 전력을 얻는 기술이다. 빛에너지를 받아 전기에너지로 바꾸는 핵심 부품인 태양전지는 원재료인 폴리실리콘을 원판(웨이퍼) 형태로 가공한 후, 증착 등 여러 공정을 거쳐 완성된다. 이후 여러 개의 태양전지를 모아 다른 부품들과 함께 조립해 태양광모듈을 만들며, 태양광모듈이 모여 하나의 태양광 시스템을 완성한다.

2007년 국내 태양광 분야 기업의 매출액은 태양전지와 모듈, 관련 장비 등을 생산해 4000억원 규모. 전 세계에 1000억원어치를 수출했고 국내에서도 3000억원 이상 매출을 달성했다. 특히 2006년 1600억여원이었던 태양광 분야 국내 매출은 1년 새 두 배 이상 늘었다.

이에 따라 국내 업체들의 세계 시장 점유율도 상승하고 있다. 세계 태양광 시장은 2000년 이후 연평균 30% 이상 증가하고 있다. 2006년 세계 태양광 시장 규모는 총 200억달러. 이때만 해도 국내 태양전지 및 모듈 생산은 이제 막 걸음마를 뗀 것에 불과했다. 당시 한국 업체의 시장 점유율은 1%로, 독일 44%, 일본 12%, 미국 5% 등에 비해 턱없이 낮은 수준이었다. 그러나 내년에는 미국 27%, 독일 19%, 스페인 10%에 이어 한국은 세계 4위인 6%에 근접할 전망이다. 세계 태양광 발전 시장은 2012년까지는 연평균 65%로 성장세가 더 빨라질 전망이다. 시장 규모는 2007년 약 270억달러에서 2012년엔 2740억달러로 10배로 커질 것으로 예상된다.

하지만 우리 기술력의 경우 선진국 기술 수준에는 아직 미치지 못한다는 게 현실이다. 태양광 발전 시장의 선두주자인 일본 샤프의 경우 1959년부터 폴리실리콘과 모듈 기술 개발에 나서 1962년에 태양전지를 상용화했다. 최근 태양광 시장에서 떠오르는 강자인 중국마저도 모듈 제조분야 등에서 우리보다 앞서가고 있는 상황이다.

정 사장은 “현재 국내 태양광 산업은 독일, 일본, 미국 등에 비해 매출 규모는 작지만 기술력만큼은 80% 가까이 올라섰다”고 말했다. 그는 “2000년 설립 당시 태양전지에 대한 전문기술은 전무했다”며 “KPE도 회사 설립과 동시에 연구소를 세워 끊임없는 연구개발을 통해 4% 수준에서 시작한 태양전지 효율을 현재 세계 수준인 17%까지 끌어 올릴 수 있었다”고 말했다. 그는 “태양전지 시장은 전 세계 무관세로 무한경쟁 시장이라며 살아남을 수 있는 방법은 다른 업체보다 뛰어난 기술력뿐이다”고 말했다.

정창현 지식경제부 신재생에너지 과장은 “국내 태양광 산업의 경쟁력 제고를 통해 수출산업화하는 것이 목표”라고 말했다.

태양광 산업은 크게 폴리실리콘→잉곳→웨이퍼→태양전지→모듈→전력제어장치→태양광 발전 시스템 단계로 구성된다. 따라서 재료, 화학, 전자, 기계, 토목·건축 등 다양한 분야 기술이 모두 응용되는 복합 산업이다.

가장 기초적인 소재인 폴리실리콘은 현재 동양제철화학과 KCC 등이 생산하고 있다. 폴리실리콘을 녹여서 만든 실리콘 기둥인 잉곳을 얇은 슬라이스 형태로 잘라낸 것이 태양전지의 직접적인 원료인 웨이퍼다. 웨이퍼를 바탕으로 태양전지가 생산된다. 태양전지는 태양광 발전 핵심 소재로 이를 중심으로 부품업체와 관련 장비 생산업체가 밀집돼 있다.

일찍부터 태양광 산업에 뛰어든 동양제철화학은 후발주자이지만 자체 기술력과 과감한 설비투자로 결정형 태양전지 소재인 폴리실리콘 분야에서 메이저 업체로 자리매김했다. 올 연말이면 폴리실리콘 총 생산능력은 연간 2만6500톤에 이른다. 생산능력 면에서 세계 2~3위를 다툰다. 이 회사 관계자는 “연 30% 이상 지속적으로 높은 성장이 예상되는 태양광 산업의 핵심 원료인 폴리실리콘 사업을 집중 육성해 2010년 세계 2위로 도약할 것”이라고 밝혔다.

잉곳을 만들 때 투입되는 고순도 흑연 소모품인 일명 ‘핫존’을 생산하고 있는 티씨케이는 원래 반도체 생산업체이지만 지난해부터 태양전지 분야로 변신을 꾀하면서 외국산에 의존하고 있는 핫존 시장에서 유일하게 국산 제품을 생산하고 있다. 이 업체는 2007년 수억원에 불과했던 핫존 매출을 지난해 90억원까지 늘렸다.

반도체·LCD용 장비를 생산하는 주성엔지니어링은 지난해 태양광 장비 분야에서만 전체 매출 가운데 40%를 달성했다. 지난해 반도체 경기 하강 때문에 전체 매출액이 2007년 2120억원에서 1600억원대로 줄어들었지만 태양광 장비 매출이 이를 메운 것이다. 주성엔지니어링은 태양광 분야 매출을 60%까지 끌어올린다는 계획이다.

LG그룹은 태양광발전 사업과 관련, 전 분야를 망라하는 수직계열화에 나서고 있다. LG CNS와 LG솔라에너지가 각각 태양광 시스템 설치와 태양광발전소 운영을, LG실트론이 태양전지 원판(웨이퍼) 생산을 담당한다. 태양전지 분야는 LG전자와 LG화학, LG디스플레이 등이 동시에 추진하고 있다.

공급 과잉, 기술 유출 우려 커

태양광 발전은 초기 투자비용과 발전단가가 높아 당장은 경제성이 다소 떨어지지만 도심에서 사용이 불가능한 풍력과 달리 지역과 공간의 제약이 덜하고 소규모 발전이 가능하다. 최근에는 주유소나 대형할인점의 지붕을 태양광 발전에 활용하는 사례도 늘고 있다.

하지만 급격한 성장세의 이면은 어둡다. 공급 과잉과 과당 경쟁에 따른 기술 유출 등의 문제가 그것이다. 그동안 전 세계 태양전지 시장은 연평균 40% 이상 성장했다. 이 때문에 태양전지용 폴리실리콘 품귀 현상이 발생해 1kg당 수달러에 불과하던 가격이 1㎏당 400달러까지 치솟는 등 공급 부족 현상을 보였다. 하지만 2010년에는 공급 과잉 심화로 폴리실리콘 가격이 1㎏당 100달러 수준으로 떨어질 것이라는 전망이다. 과당 경쟁에 따른 기술 유출도 심각한 문제로 지적되고 있다. 최근에는 대기업 등이 기술 유출 사건에 연루되면서 구설수에 오르기도 했다.

4. 빛을 내는 모든 것에 적용 ‘LED’

30% 대체 시 4700억원 절감 ‘미래의 빛’

프론티어 - 유영문 LED·반도체 조명학회장

 “녹색성장 분야 중 투자 대비 효과가 가장 큰 것이 바로 LED(발광다이오드) 분야입니다. 지금 당장 교체한다면 백열등의 경우 90%, 형광등은 35%의 에너지를 절감할 수 있습니다.”

유영문(53) LED·반도체조명학회장은 “친환경, 긴 수명 및 에너지 효율성 등의 장점으로 기존 광원을 대체할 ‘미래의 빛’으로 각광받고 있다”며 “LED등이 다소 비싼 게 흠이지만 1년 정도면 충분히 손익분기점을 맞출 수 있다”고 말했다. 일반 백열등의 경우 1000원에 불과하지만, LED등은 2~3만원대다.

“LED는 디자인이 자유로워 여러 가지 모양으로 만들 수 있습니다. 거기다 태양광에 가장 가까운 느낌과 색을 구현할 수 있죠. 수은 등이 함유돼 환경오염을 야기하는 기존 조명에 비해 친환경적이며, 수명도 기존 조명에 비해 월등히 깁니다.”

유 회장은 광주광기술원의 수석연구원이면서 최근 정부의 국책연구과제인 ‘LED 산업 경쟁력 분석 및 성장 동력화 방안 연구’를 주도한 연구 책임자였다.

LED는 2002년부터 교통신호등이나 전광판 등에 이용되기 시작했다. 이후 휴대전화에 적용되면서 비약적인 성장을 하게 된다. 휴대전화에만 8000억원의 시장이 형성된 것이다. 그동안 장식용 등 일부 용도에 한정돼 있던 LED는 꾸준한 기술개발과 가격 하락으로 지난해부터 적용 분야가 대형LCD, 노트북PC, 조명 등으로 확대되면서 시장도 급성장하고 있다. LED 시장은 2012년 6조원 시장이 형성되고, 2015년 15조원 시장으로 팽창할 전망이다.

LED의 매력은 기존 조명을 대체할 경우의 절감 효과에서 금방 나타난다. 유 회장은 “현 시점에서 LED가 전체 조명의 30%를 대체할 경우 4700억원을 절감할 수 있다”고 강조했다.

2015년까지 국내 조명의 약 30%를 LED조명으로 교체할 경우 매년 약 160억kwh의 전력 절감과 약 680만 톤의 이산화탄소 절감이 기대된다. 이는 100만kw급 원자력발전소 2기의 전력 생산량에 해당하는 양이다.

공공기관부터 보급 확대

1984년부터 광학재료를 연구해온 유 회장은 2001년부터 LED를 본격적으로 연구하기 시작했다. 그는 LED가 성장 동력 아이템임을 확신했기 때문이다. 광주광역시가 LED 도시로 변모한 데도 그의 역할이 컸다.

“광주시에 처음 제안했을 땐 ‘그런 걸 왜 하냐’는 눈치였어요. ‘미래 성장 동력이 될 거다’, ‘향후 전망이 좋다’, ‘지역경제에 도움이 될 거다’고 몇 개월을 설득했던 것 같습니다. 광주는 2003년부터 LED를 지역산업으로 육성하기 시작했어요. LED가 녹색성장의 대표주자가 됐으니까 이제는 할 말 없겠죠.”

현재 세계 조명 시장은 약 1000억달러 규모로 백열등과 형광등이 대부분을 차지하고 있다. LED조명은 연평균 45%의 고성장을 이어가 2015년에는 그 비중이 28%로 확대될 전망이다. 현재 LED조명은 대형마트나 패션몰 등 전력을 많이 사용하는 유통업체, 주차장이나 공장 등 사업장, 민원실이나 우체국 등 공공기관이 보급을 주도하고 있다. 이후에는 일반 주택 및 사무실용으로도 이용이 확대될 전망이다. 

유 회장은 “LED는 빛을 내는 거의 모든 것에 적용될 수 있어 시장은 무궁무진하다”며 “우리나라의 LED 분야의 기술력은 전체적으로 80% 수준이지만 이미 세계적인 기술력을 확보하고 있는 부문도 상당하다”고 말했다.

권영희 지식경제부 정보전자산업과 사무관은 “LED 확산의 최대 장애요인인 높은 초기 투자비용의 극복을 위해 공공부문이 초기 시장수요 창출을 선도할 것”이라며 “올해안에 공공부문의 백열전구는 모두 LED조명으로 대체될 것”이라고 말했다.

LED 분야의 선두주자는 서울반도체다. 이 회사는 고휘도 LED 시장에서 대한민국 1위, 세계 매출 6위(2007년 시장 점유율 기준)의 세계적인 LED 전문 기업이다. 2006년과 2007년, 각각 <포브스>와 <비즈니스위크>로부터 ‘2006년 아시아 최고 유망기업’으로 선정된 바 있다.

서울반도체는 지난 17년간 연속 플러스 성장을 실현하며 고성장을 거듭하고 있다. 1999년 163억원이었던 매출은 2000년 300억원, 2001년 428억원으로 꾸준히 늘었다. 설립 10년째인 2002년에 이르러서는 매출이 처음으로 1000억원을 돌파한 이래 2005년 1473억원, 2007년에 2502억원, 2008년에는 2841억원의 매출을 기록했다. 

서울반도체는 실내외 조명, 간판조명, 휴대전화, TV, 노트북PC, 자동차, 가전제품 등에 적용할 수 있는 다양한 LED 제품군을 모두 보유하고 있다는 것이 가장 큰 경쟁력이다. 이러한 경쟁력은 매년 매출의 10% 이상을 R&D에 쏟아 붓는 공격적인 투자의 결과다. 이러한 투자를 통해 서울반도체는 현재 약 5000여 개의 특허와 라이선스를 확보하고 있다. 회사 관계자는 “LED 한 분야에만 10년 넘게 집중적으로 투자한 덕분에 이와 같은 강력한 원천기술과 특허 포트폴리오를 구축할 수 있었다”고 말했다.

서울반도체는 현재 전 세계에 3개의 현지법인을 포함한 25개 해외 사무소, 그리고 113개의 대리점 망을 가지고 있다. 서울반도체는 세계 LED 시장의 성장에 힘입어 2012년에는 1조3000억원 매출로 글로벌 3위 기업으로 성장할 것을 기대하고 있다.

최근에는 대기업의 움직임도 빨라지고 있다. 삼성전기는 삼성전자와 공동으로 4월 말까지 합작법인 설립(가칭 삼성LED)을 위한 마무리 작업을 진행하고 있다. 삼성전기는 삼성전자의 반도체 인프라를 후광효과로 업고 LED 시장에 도전장을 내민 것이다. LED는 반도체의 일종으로 생산 공정이 반도체와 유사하다. 삼성전기의 LED 기술력에 삼성전자의 반도체 기술을 접목할 경우 차별화된 기술적 리더십을 확보할 수 있게 된다. 또 LED 성장의 중심이 휴대전화에서 TV로 이동하는 상황에서 LCD TV 1위 업체인 삼성전자와의 합작법인 설립은 시장 점유율 확대에 크게 기여할 것으로 예상된다.

최근에는 국내 대표적인 IT서비스 업체인 삼성SDS와 LG CNS도 LED 사업에 본격 진출했다. 삼성SDS는 기존 지능형 빌딩 시스템(IBS) 시장과 상업용 디스플레이 시스템 시장에 LED 사업을 결합한다는 구상이다. LG CNS도 올 초 LED조명 전담 조직을 신설한 뒤 가로등·보안등 조명 시스템 SI 사업을 준비해왔으며, 최근 일본에서 LED조명 유통사업에 착수했다.

특허소송으로 발목 잡는 글로벌 기업들

LED 분야가 급성장하면서 글로벌 기업에 의한 특허문제가 한국 기업의 발목을 잡을 것이라는 우려도 강하게 제기되고 있다. 서울반도체만 하더라도 지금까지 외국 기업으로부터 30여 회에 걸친 특허소송을 치렀으며, 이중 13건은 아직도 진행 중이다.

서울반도체는 지난 2월2일 고휘도 LED 시장 1위 업체인 일본 니치아(Nichia)와 LED 및 레이저 다이오드 기술을 총 망라하는 크로스 라이선스 계약을 체결했다. 니치아와 진행되고 있던 특허에 관한 모든 소송 및 다른 모든 법적인 분쟁을 3년 만에 합의한 것이다. 

유 회장은 “글로벌 기업의 경우 급성장하고 있는 한국 중소기업을 견제한다는 의미에서 소송을 남발하는 경우가 더러 있다”며 “한국 기업의 기술력이 그만큼 우수한 것을 보여주는 사례”라고 말했다. 그는 LED 기업의 글로벌 시장의 사업 확대에는 글로벌 톱 플레이어들과의 특허 문제를 피해 가기 쉽지 않을 것이라고 말했다.

장시형 기자

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