일본의 에너지관련 기술개발 로드맵
에너지국제협력본부 원형원([email protected])
▶ 일본 정부가 지난 2014년 4월 각의결정한 ‘제4차 에너지기본계획’의 제4장 ‘전 략적인 기술개발 추진’에는 기술개발 정책에 대한 방향성이 명기되어 있음.
▶ 현재 일본 에너지 수급구조의 취약성은 현재 기술이나 공급구조의 근본적인 개 선 없이는 해결되기 어렵기 때문에 혁신적인 에너지관련 기술개발과 그 기술의 전반적인 도입이 필수 불가결함.
▶ 과거 일본의 대표적인 에너지관련 기술개발 계획으로는 ‘선샤인계획’(1974년),
‘문라이트계획’(1978년), ‘Cool Earth 에너지혁신 기술계획’(2008년), 그리고 ‘환 경에너지 기술혁신 계획’(2008년) 등이 있음.
▶ 이번 에너지관련 기술개발 로드맵에서는 어떠한 과제를 극복하기 위한 노력인지 그 목표를 설정하고, 기술개발을 실현하는 단계 구분과 그 기술을 사회에 적용 시키기 위한 방안을 함께 명기하였음.
▶ 이번 로드맵에 포함된 주요 기술은 화석연료개발에 관한 기술(자원개발, 메탄하 이드레이트 등), 재생가능 열 이용에 관한 기술, 우주태양광발전 시스템에 관한 기술, 원자력발전에 관한 기술 등임.
1. 에너지관련 기술개발 로드맵 수립 배경 및 개요
ㅇ
2014년 4년 발표된 ‘제 4차 에너지기본계획 ’의 제4장 ‘전략적인 기술개발 추진’
에는 기술개발 정책에 대한 방향성이 제시되어 있음(현안인사이트 제
13-04호 (2013.12.20.일자)
참조).- 일본 정부는 제3차 에너지기본계획 수립으로부터
4년 만에 그리고 동일본
대지진 및 후쿠시마 원전사고 이후에 제4차 에너지기본계획을 마련함.
- 대지진 및 원전사고 이후 자국 내 모든 원전이 가동을 중단한 가운데 석유, 천연가스 등 화석연료의 의존도가 높아짐
.
이에 따라 일본은 에너지 자급률 악화, 에너지 지출 비용 상승,
이산화탄소 배출량 증가 등 다양한 문제에 직 면하고 있음.
- 제
4차 에너지기본계획은 이러한 문제에 적절히 대응하면서 중 장기적으로
에너지 수급구조의 취약성 문제를 해결하기 위해 현실적이고 실현 가능한 에 너지 정책 방향성을 통합적으로 제시함
.
ㅇ 제
4차 에너지기본계획에 명시된 기술개발 정책의 기본적인 방향성은 크게 두 가
지임
.
이러한 방향성을 기반으로 단기·중기·장기의 기술과제를 명확히 함.- 첫째, 일본 에너지 수급구조의 취약성은 현재 기술이나 공급구조로는 근본적
“제4차
에너지기본계획 제4장 ‘전략적인 기술개발 추진’에는 기술개발 정책에 대한 방향성이 제시되어 있음”
으로 해결되기 어렵기 때문에 혁신적인 에너지관련 기술개발과 그 기술의 전 반적인 도입이 필수 불가결함. 따라서 장기적인 연구개발과 제도 변혁을 동 반한 노력이 필요함.
- 둘째, 에너지 효율과 안전성 개선 등 에너지 수급에 영향을 미치는 과제는 시기별로 다양하게 존재함. 이에 단기
,
중기 등 각각의 관점에서 에너지수급 안정화를 추진하여 안전성과 효율성을 개선해나가는 노력도 대단히 중요함.2. 대외 에너지환경 변화와 과거 기술개발 프로젝트
ㅇ
2차 세계대전 이후 경제 재건을 추진한 일본은 자국 내 석탄 증산과 철강 제조
능력 회복을 목적으로 한 경사생산 방식을 도입함. 이와 함께 에너지의 안정적 공급 실현을 목표로 전국적으로 대규모 수력발전 개발이 추진되었음.
※ 경사생산(傾斜生産)이란 생산기반의 확립을 위하여 가장 기초적이며 빠져서는 안 될 물자의 생산에 중점을 두고, 그 밖의 물자에 대해서도 같은 관점에서 그 중요도에 따라 집중적으로 생산하는 방식을 말함.
ㅇ 이후 일본은 고도 경제성장기를 맞이하여 전력수요가 급격히 증가하게 되었고, 중동지역 등에서 대량으로 생산된 저렴한 석유가 이에 대응하였음. 이렇게 저 렴한 석유에 의존한 일본 에너지 수급구조는 제4차 중동전쟁을 계기로 발생한 석유 안정공급 불안에 따라 큰 어려움에 직면하게 되었음.
ㅇ 이러한 인식 하에 일본 최초의 장기적·종합적인 기술개발 계획으로서
1974년
에‘선샤인 계획(Sunshine Project)’이 수립됨 .
이 계획에는 태양, 지열, 석탄, 수소에너지 기술을 중점 기술과제로 명기하고 있음.ㅇ
1978년에는 에너지 효율 기술의 연구개발 계획인 ‘문라이트 계획(Moonlight
Project)’이 수립됨 .
이 계획에는 석유를 대체하는 에너지 기술과 에너지 효율기술을 양축으로 수입 석유에 크게 의존하는 일본 에너지 수급구조의 취약성 을 개선하기 위한 기술개발 추진 체제가 마련됨.
- 이후 석유비축 체제 정비, 민관의 에너지 절약 노력, 중 장기 방침에 기반 한 기술개발 정책 등이 착실히 추진됨.
ㅇ
1990년대에는 석유 안정공급을 저해하는 걸프전쟁이 발발하였고,
에너지 과소비에 따른 지구환경 문제에 대한 위기의식이 확대되어
UN
주최로‘Earth Summit’이 개최되는 등 에너지를 둘러싼 새로운 과제가 대두됨.
※ Earth Summit은 ‘하나뿐인 지구를 살리자’는 취지 아래 환경을 보호하기 위한 UN이 주최하는 회의임. 1992년 6월 브라질의 리우데자네이루에서 세계 100여 개국 정상들이 모여 지구를 살리기 위한 ‘리우선언’을 채택함. 선언내용은 대기 와 해양오염방지 등 지구환경보전을 위한 행동계획 작성, 지구온난화 방지에 관한 조약 서명, 환경보전에 필요한 재원 마련 등임.
ㅇ 이러한 시대 변화를 배경으로 통상산업부는
‘선샤인 계획 ’, ‘문라이트 계획’,
“2차 세계대전 이후 자국 내 석탄 증산과 철강 제조능력 회복을 목적으로 경사생산 방식 도입”
“또한 에너지의 안정적 공급 실현을 목표로 대규모 수력발전 개발이 전국적으로 추진”
그리고 지구환경 기술연구개발 체제를 일체화한 ‘New Sunshine Project’을 추 진하여 지속적 성장과 에너지 환경문제를 동시에 해결하기 위한 혁신적 기술 개발 추진 체제를 마련함.
- 특히 혁신적 기술개발 과제로서 광역 에너지 이용 네트워크 시스템 기술, 수 소이용 국제 청정에너지 시스템 기술개발 등에 착수하여 국제적으로 이용 확대가 전망되는 석탄의 청정이용 등이 추진되었음.
-
2005년 교토의정서 등 지구온난화 문제에 대한 에너지 이용 측면에서 대응
이 더욱 강하게 요구되게 되는 가운데 혁신을 통하여 에너지 관련 환경제약 을 극복하기 위한 기술개발 전략이 꾸준히 마련되고 있음.
ㅇ 또한 환경제약을 혁신창출 기회로 포착한 ‘신사업 창조전략’(2004년)을 바탕으 로 기술전략맵이
2005년부터 2010년까지 매년 발표되었으며 , 2050년까지 온
실가스 배출량을 현재(2000년대 중반)보다 절반으로 절감하겠다는 목표를 실 현하기 위한 혁신적 기술개발 촉진 계획으로서 2008년에‘Cool Earth
에너지 혁신 기술계획’이 수립되었음.ㅇ 같은 해인 2008년에는 ‘환경에너지 기술혁신 계획
’도 수립되었음.
이 계획에는 다양한 환경 에너지기술 중37개 항목의 혁신적 기술을 선정하고,
단기·중기(2030년경까지)와 장기 (2030년경 이후)
기술개발 로드맵을 각각 수립함.3. 주요 기술 과제 로드맵
□ 기술과제의 선정과 분류
ㅇ 이번 로드맵에 명기된 기술과제는
‘환경에너지 기술혁신 계획 ’과 ‘제4차 에너
지기본계획’을 바탕으로 선정되었고, 기술내용에 따라 기존에 같은 기술과제로 구분되어 있던 것을 별도의 기술과제로 재정비하였음. 선정된 주요 기술과제는 아래와 같음.- 화석연료 개발에 관한 기술(자원개발, 메탄하이드레이트 등
)
- 재생가능 열 이용에 관한 기술- 혁신적 제조 과정에 관한 기술의 세분화
(석유정제 과정과 시멘트 제조 과정의 분리 )
- 우주태양광발전 시스템에 관한 기술- 원자력발전에 관한 기술
- 혁신적 장치에 관한 기술의 세분화(정보가전
·디스플레이와 파워일렉트로닉
스의 분리)- 수소에 관한 기술의 세분화(수소제조, 수소수송·저장, 수소이용의 분리) ㅇ 기술개발 과제의 분류는 ‘환경에너지 기술혁신 계획’의 기본적인 틀을 이어받아
“Sunshine Project, Moonlight Project, New Sunshine Program, 신사업 창조전략,
환경에너지
기술혁신 계획 등이 시대별로 수립됨.”
□ 각 기술과제 로드맵 수립의 명확화
ㅇ 각 기술과제 개발 필요성의 명확화
- 기술과제는 에너지 제약이나 자원보유 상황, 기존 기술개발 성과의 축적 등 각국의 에너지 사정을 바탕으로 합리적인 판단 하에서 선정됨. 따라서 각 기 술과제 로드맵에서는 각각의 기술을 필요로 하는 이유를 명확히 함.
- 타국과는 상이한 우선순위로 추진되는 경우에도 그것이 어떠한 이유에 기인 하는지를 명확히 제시함.
- 또한, 각각의 기술과제의 필요성을 명확히 함에 따라 해당 기술개발이 어느 정도의 시급성을 가지고 어느 정도의 시간축으로 추진이 필요한지를 제시함.
ㅇ 기술의 사회정착을 위한 과제 명확화
-
‘환경에너지기술 혁신계획’에도 자국 내 보급책으로서 투자촉진책,
저탄소제품 구매촉진책, 규제·제도개혁, 실증사업 등이 다뤄져 우수한 기술 보급의 중요성을 강조하였음.
- 각각의 기술과제 도입을 가로막는 제도 제약 등 사회적 과제를 명확히 함.
- 새로운 기술을 실제로 사회에서 활용하기 위해 각각의 기술에서 해결해야 하 는 과제는 매우 상이함. 기존 기술의 연장선상에서 그 효율을 근본적으로 향 상시키는 경우에는 이용자가 실제로 구입할 수 있는 가격대에서 판매가능한 지가 관건이 됨. 이와 같은 경우에는 비용절감이 과제로 부상하여 기술개발 의 구체적인 내용에서도 원재료 사용량 절감 등이 과제로 됨.
- 한편, 새로운 에너지원 도입으로 이어질 경우에는 그 안전성 자체를 평가하 기 위한 계측법이나 안전성을 확인하는 방법 자체가 존재하지 않는 경우도 많아서 안정공급을 위한 인프라 정비를 필요로 함. 이러한 기술과제의 경우 에는 공급망 구축에 관련된 정책을 병행적으로 추진해야 하므로 사회 정착에 는 상당한 시간이 소요될 것으로 보임.
- 이에 따라 사회 정착을 위한 과제를 명확히 함으로써 관련 시책 수행에 관한 시간축을 정리하여 전략적으로 기술개발을 추진할 수 있으며, 기술개발 로드 맵 자체도 더욱 현실적인 형태로 정리할 수 있음.
4. 주요 기술개발 로드맵 사례
□ 우주태양광발전 시스템(SSPS)
ㅇ 해당 기술이 필요한 배경
- 청정에너지이며 야간·기상여건에 좌우되지 않고 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 우주태양광발전 시스템은 자원 부족국인 일본에게 유용한 자국산 에 너지가 될 것으로 기대됨.
“기술과제는 에너지 제약이나 자원보유 상황, 기존
기술개발 성과의 축적 등 각국의 에너지 사정을 바탕으로 합리적인 판단 하에서 선정됨. 따라서 각 기술과제
로드맵에서는 각각의 기술을 필요로 하는 이유를 명확히 함”
- 단
,
우주공간으로부터 정확하고 안정적으로 대용량의 전력을 전송하는 시스 템을 확립하기 위해서는 다양한 기술의 개발이 필요하며, 동시에 비용절감을 추진해야 함.
ㅇ 사회적 과제
- 기존 에너지원과 동등한 수준의 발전 비용을 실현하기 위해 대폭적인 비용절 감이 필요함
.
자료 : 경제산업성
< 우주태양광발전 시스템 기술개발 로드맵 >
□ 원자력발전
ㅇ 해당 기술이 필요한 배경
- 후쿠시마 원전사고의 교훈을 바탕으로 중대사고 대책을 포함한 경수로의 안 전성이나 신뢰성
·효율성 향상 및 후쿠시마 원전의 폐로,
그리고 향후 증가하 게 될 노후원전의 안전하고 원활한 폐로를 위해 높은 수준의 원전 기술 및 인력을 유지·발전하는 것이 필요함.
- 또한 일본은 현재 약 17,000톤의 사용 후 핵연료를 보관 중임. 이와 같은 원 자력 이용에 따라 발생되는 방사성 폐기물의 적절한 처리 및 처분을 추진함 과 동시에 고준위 방사성 폐기물의 감용화(減容化)를 도모해야 함.
- 자원의 효율적 이용 등에 기여하는 핵연료 사이클에 대해 계속해서 연구해야 할 필요가 있음.
- 국제협력 하에 향후 중 장기적으로 다양한 에너지원 선택지를 확보하기 위 해 혁신적인 노형(爐型)의 검토가 필요함.
ㅇ 사회적 과제
- 원자력 이용의 규모 등 미래상이 불투명한 가운데 원자력 관련 인재 부족에 따라 향후 일본의 원전기술의 연구개발 능력이 저하될 우려가 있음
.
- 안전성 향상이 원전 가동률 상승으로 이어지고 이에 따라 더욱 확충된 안전 대책이 실시되는 선순환을 어떻게 실현할 것인지가 과제임
.
- 일본에서는 방사성 폐기물의 최종 매립지 선정에 어려움을 겪고 있음. 일본
“후쿠시마
원전사고의 교훈을 바탕으로 중대사고 대책을 포함한 경수로의 안전성･신뢰성･
효율성 향상, 후쿠시마 원전의 폐로, 향후 증가 될 노후 원전의 안전하고 원활한 폐로 등을 위해 높은 수준의 원전기술 및 인력 유지·발전”
정부는 전면에 나서서 최종 처분을 위한 노력을 추진할 필요가 있음.
자료 : 경제산업성
< 원자력발전 기술개발 로드맵 >
□ 자원개발 기술
ㅇ 해당 기술이 필요한 배경
- 석유의 증산기술(Enhanced Oil Recovery, EOR)은 쇠퇴하고 있는 유전의 생 산량을 증가시킬 수 있음. 이 기술은 일본이 개발권 연장을 위해 노력하고 있는 산유국 입장에서 그 필요성이 매우 높음.
- 셰일가스·오일의 생산에 대해서는 효율 향상이 과제임. 일본의 지질구조 파 악 기술이나 코어 분석 기술 등은 일본기업의 파트너기업 및 원유 가스 생산 국으로부터 기대가 높음.
- 석탄에 대해서는 미이용 자원 활용을 통한 수입선 다각화와 수입비용 절감을 위한 저품위탄(低品位炭) 이용기술 개발이 필요함.
자료 : 경제산업성
< 자원개발 기술 로드맵 >
“석유 증산기술, 지질구조 파악 기술, 저품위 석탄 이용 기술 등은 에너지 부존･생산국 입장에서 그 필요성이 높은 편임”
ㅇ 사회적 과제
- 저품위탄의 가스화
,
개질(改質) 등의 공정에 대하여 현지 환경부하 저감을 위한 검토가 필요함.□ 메탄하이드레이트
ㅇ 해당 기술이 필요한 배경
- 일본은 에너지원의 중심이 되고 있는 화석연료 자원이 부족하여 그 대부분을 해외로부터의 수입에 의존하는 근본적인 취약성을 지니고 있음
.
- 한편, 일본 주변 해역에는 상당량의 메탄하이드레이트가 매립되어 있는 것으 로 추정되어 미래의 자국산 에너지원으로서 큰 기대를 받고 있음.
- 따라서 메탄하이드레이트 상업화에 필요한 기술이 정비되면 자국 내에 유력 한 천연가스 공급원을 보유하게 되는 것이므로 일본의 천연가스 수입 협상력 강화에도 도움이 될 전망임.
ㅇ 사회적 과제
- 자원량 조사 결과를 바탕으로 개발 방향성의 구체화 및 환경영향 평가가 필 요함.
자료 : 경제산업성
< 메탄하이드레이트 기술개발 로드맵 >
□ 혁신적 석유정제 과정
ㅇ 해당 기술이 필요한 배경
- 전세계적으로 원유 공급원이 다양해지는 가운데 저렴한 중질원유를 이용하 여 대내 외의 석유 정제 및 석유화학 제품의 수급구조 변화에 대응한 고부가 가치 석유제품 및 석유화학제품의 효율적 생산이 필요함.
- 또한 아시아 신흥국에서 대규모 수출형 정제공장의 신 증설이 진행되어 국 제 경쟁이 심화되고 있는 가운데 석유정제 사업의 생산성을 향상시키는 석유
“일본 주변 해역에는 상당량의 메탄
하이드레이트가 매립되어 있는 것으로 추정되어, 미래의 자국산 에너지원으로서 큰 기대를 받고 있음”
ㅇ 사회적 과제
- 연구기관, 대학, 석유기업의 긴밀한 연계 추진이 필요함.
자료 : 경제산업성
< 혁신적 석유정제 프로세스 기술개발 로드맵 >
참고문헌
에너지경제연구원
,
「세계 에너지시장 인사이트」, 각 호일본 경제산업성
, “エネルギー関係技術開発ロードマップ ”, 2014.12
“석유정제 과정의 고도화를 위해 연구기관, 대학, 석유기업의 긴밀한 연계 필요”