열을 탈탄소화 하다(Decarbonizing heat):
어느 나라가 선두를 달리고 있는가?

난방은 우리 삶의 중심입니다. 가정, 공공 공간, 직장에서 열은 현대적 존재에 필수적입니다. 그러나 따뜻함에 대한 우리의 국내적, 상업적 욕구는 재정적으로나 환경적으로나 높은 대가를 치르게 됩니다.

열은 우리 사회에서 에너지의 가장 큰 소비자로 영국 온실가스 배출량의 3분의 1 이상을 차지합니다. 전통적으로 열은 화석 연료의 연소로 인해 발생하며, 85% 또는 약 2,450만 가구(및 200만 가구 이상)가 본관 가스 그리드에서 직접 공급됩니다.

열을 만들기 위해 화석 연료를 태우는 것은 이산화탄소를 대기로 방출합니다. 2050년까지 넷 제로에 도달하겠다는 영국 정부의 약속을 충족시키기 위해서, 열 발생과 소비는 탈탄소화되어야 합니다.

2022년 4월 7일 발표된 영국의 에너지 안보 전략에서, 정부는 영국의 ‘고갈되지 않는 바람과 햇빛’을 이용할 것을 약속합니다. 더 많은 수소를 생산하겠다는 약속도 있지만, 핵에 큰 초점을 맞추고 있습니다. 이러한 에너지원과 운반체, 특히 수소는 영국에서 열을 탈탄소화하기 위한 정부 전략의 핵심입니다.

최근 몇 년 동안, ‘저탄소’ 기술은 국가 난방에서 점점 더 많은 비중을 제공하기 시작했습니다. 전기 열펌프가 도입되고 있으며 전기를 생산하는 바이오매스 공장은 2,000개에 육박합니다. 한편, 상당한 수의 고객들, 특히 가스 그리드의 구내에서는 직접 전기 난방 시스템을 계속 사용하고 있습니다.

현재 에너지 위기의 영향은 영국의 난방 시스템에서 수소 사용을 계속 탐구해야하며, 가스에서 전기 난방으로의 전환을 가속화해야 할 이유가 그 어느 때보다도 많아졌다는 것을 의미합니다. 영국의 전력 공급은 현재 50% 이상이 저탄소이며며, 원자력 발전은 발전량의 약 20%를 차지하며, 풍력, 태양광, 매립 가스 등 재생 가능 에너지는 약 35%를 차지합니다.

영국 정부는 최근 국내 신흥 저탄소 수소 생산을 2030년까지 5GW에서 10GW로 확대한다는 새로운 계획을 발표했습니다. 이 발표는 영국이 2030년까지 녹색과 청색 수소를 5GW 생산하겠다는 야심을 담은 2021 수소 전략을 기반으로 하며, 이것은 이제 두 배가 되었습니다.

이 “트윈 트랙” 접근법은 재생 가능한 전기를 사용하여 만들어진 녹색 수소와 이산화탄소 포획 및 저장과 짝을 이룬 천연 가스로 만들어진 파란색 수소의 동일한 배치를 포함해야 합니다. 업계 일각에서는 청색수소의 탄소 배출량이 낮은 것에 대해 우려를 표명했습니다.

우리는 탈탄소화를 위해 노력하는 다른 나라들을 살펴보고 영국이 어떻게 유사한 계획을 시행할 수 있는지에 대한 예를 제시하려고 합니다.

열펌프 

핀란드는 외부 열원(공기, 물, 지열 에너지 등)의 에너지를 변환하는 열 펌프의 잠재력을 보여주었습니다.

핀란드는 역사적으로 난방을 위해 바이오매스와 석유를 태우는 것에 의존해 왔으며, 상대적으로 적은 인구와 얇은 간격의 숲이 있는 나라입니다. 1970년, 우주 난방 공급의 90%가 목재와 석유에서 나왔지만, 1973-74년 오일 쇼크로 인해 국가는 대안을 찾아야 했습니다.

초반에 열펌프 구입과 설치는 일반 주택 소유자가 자신의 현금을 사용해 이뤄졌으며, 1999년 정부 에너지 효율 기관 모티바의 지원을 받아 열펌프 기업가에 의해 핀란드 열펌프협회(SULPU)가 설립되었습니다.

훈련, 품질 기준, 유지 보수 능력의 부족으로 인해 진척이 더뎠으나, 인터넷이 지식 공유를 훨씬 쉽게 만들면서 기술에 대한 신뢰가 높아졌고 안전하고 성공적인 설치를 지원하기 위한 정부의 규제에 힘입어 수요가 급증했습니다.

현재 핀란드의 열 펌프의 총 에너지 생산량은 약 10 TWh로 핀란드 주택 및 상업용 건물 재고의 15%에 해당합니다.

영국 정부는 2028년까지 연간 60만 대의 열펌프의 배치를 증가시키기 위해 일련의 조치를 도입하기로 약속했습니다. 이를 성공시키려면 그러한 시스템의 테스팅과 설치를 위한 맞춤형 지침과 표준을 채택해야 합니다.

지역난방

지역 난방 발전소는 단일 발전소를 사용하여 여러 건물에 난방과 온수를 공급합니다. 지역난방(열 네트워크라고도 함)은 영국의 저탄소 미래에서 중요한 부분으로 여겨집니다.

덴마크의 지역난방은 초기부터 전 세계 에너지 이해관계자들의 관심을 사로잡은 독특한 시스템으로, 공동 사고의 훌륭한 본보기가 되고 있습니다.

역사적으로, 덴마크의 매립 금지령은 쓰레기 소각를 장려하는 계기가 되었습니다. 대형 용해로가 지속적으로 연소됨에 따라 결합된 열과 발전소가 전략적으로 통합되어, 발생하는 폐열에 대한 귀중한 활용을 제공했습니다.

대규모 집단 열 계획, 필수 연결 및 열 밀도에 관계 없이 고객에 대한 동일한 대략적인 가격과 함께 여러 기관의 협력이 성공에 가장 중요합니다.

영국의 주요 우려 사항은 도시 지역 난방을 실현하기에는 에너지 효율 등급이 낮은 건물이 너무 많다는 것입니다. 이중/삼중 유리 및 캐비티 벽 단열재와 같은 건물 업그레이드가 가능하지만, 이러한 업그레이드는 엄청나게 비쌀 수 있습니다.

영국과 스코틀랜드 정부는 열 네트워크에 대한 투자를 촉진하고 열 네트워크 시장을 안전하고 지속 가능하게 성장시키기 위해 노력해 왔으며, 이러한 노력을 지원하기 위해 BSI는 안전하고 상호운용 가능한 ‘열 네트워크’ 안에서 표준이 할 수 있는 역할을 탐구하기 위해 심층 연구 및 이해관계자 참여로부터 통찰력을 수집한 ‘UK Heat Networks’ 보고서를 발간하였습니다.

수소

보리스 존슨에 의해 ‘미래의 슈퍼 연료’로 불리는 수소. 영국 정부는 수소 생산이 2030년까지 사실상 제로에서 10GW로 증가하며, 이 중 적어도 절반은 전기 수소에서 나올 것이라는 야망을 갖고 있다.

보일러와 가전제품을 전부 교체해야 하기 때문에 천연가스를 수소로 바꾸는 것은 도전과제를 수반합니다. 정부는 2035년까지 신규 및 대체 가스보일러의 판매가 단계적으로 중단될 것이며, 수소를 이용한 하이브리드 제품은 이미 생산업체들에 의해 개발되고 있다고 밝혔습니다.

BSI는 수소가 가정용 난방에서 사용될 수 있는 가능성을 지원하기 위해 패스트 트랙 표준인 PAS 4444를 개발했습니다.

PAS 4444는 기기 개발자와 제조업체에 대한 지침을 제공하기 위해 수소 제품들이 가스 기기 규정의 요구 사항을 준수하며, UKCA 또는 CE 마킹을 받을 수 있음을 입증하는 업계의 핵심입니다. 이를 통해 가전 제품들이 실험실에서 나와 시험 가동될 때 인증을 받을 수 있는 길이 열렸습니다.

전력용 수소는 이미 일본에서 활용되고 있습니다. 고베 시에서는 수소가 병원, 스포츠 센터, 기차를 위해 열과 전기를 생산합니다. 일본은 2017년 세계 최초로 수소 전략을 수립했습니다. 수소는 연소할 때 증기를 생성하지만, 수소의 녹색 자격 증명은 수소가 어떻게 생성되느냐에 따라 달라집니다.

영국에서, 저탄소 수소 경제는 2032년까지 7억 그루의 나무가 포획한 탄소와 동등한 배출량 절감을 제공할 수 있으며 영국이 화석 연료로부터 멀어짐에 따라 청정 에너지 자원을 활용하는 핵심 기둥입니다.

PAS 4444 작업을 기반으로 하는 BSI는 현재 BEIS의 수소 기술 및 열 프로그램에 대한 표준에 참여하여 영국의 미래 수소 마을과 잠재적인 마을 파일럿을 가능하게 하고 있습니다. 이 작업은 세 가지 PAS 표준 개발을 통해 수소 관련 원칙, 요구 사항 및 지침 등을 수립할 것이며 수소 실험 및 그 이상을 지원하는 교육도 제공할 것입니다.

지열

지열 에너지 발전소는 아이슬란드와 같이 화산 활동이 일어나는 지역에 위치하는데, 아이슬란드는 지열 에너지가 국가 1차 에너지 수요의 약 3분의 2를 제공합니다. 영국에는 지상 열원 열펌프(GSHP)로 활용할 수 있는 얕은 깊이의 지열 에너지 자원이 있습니다.

GSHP는 땅으로부터 열을 추출하기 위해 매장된 파이프를 사용합니다. 지면의 10~15m 상부는 태양 복사열로 가열되어 열 저장소의 역할을 합니다.

영국은 지열 에너지의 잠재력이 있는 몇 가지 지질학적 특징을 가지고 있으며, 중국의 산시성도 같은 특성을 가지고 있습니다. 아이슬란드의 전문가들과 협력하여, 지열 에너지로 구동되는 지역 난방 시스템은 2018년부터 아이슬란드의 거주자들을 편안하고 따뜻하게 유지해주고 있습니다.

또한 산시성 정부의 통계에 따르면 중부 평야 지역의 10만 가구 이상이 깨끗한 녹색 난방 서비스를 누려왔고, 그 수는 앞으로 몇 년 동안 적어도 60만 가구에 이르러 석탄을 태워서 난방하는 것보다 연간 360만 톤의 이산화탄소 배출이 줄어들 것으로 예상됩니다.

최근 가스 및 기타 에너지원 가격의 대폭적인 상승은 가스와 석유에 대한 우리의 의존도를 강화시켰습니다. 영국의 에너지 안보 전략은 이러한 위기에 대한 대응책이지만, 2050년까지 넷 제로 경제라는 우리의 야망에 가까워질수록, 우리는 다른 나라의 열과 에너지 탈탄소 경험으로부터 무엇을 배울 수 있을까요?