[에너지 연구기관 소식] 에경연 “AI 활용 가속화”·에기연 “하이 니켈 양극재 난제 해결”·에기평, 네덜란드서 수소기술 선보여

▲전력부문에서 AI 활용. 에너지경제연구원 세계에너지인사이트

에너지경제연구원은 국제에너지기구(IEA) 자료를 인용해 에너지 산업에서 인공지능(AI)이 다양하게 활약할 것으로 분석했다.

에경연은 “세계에너지시장 인사이트(19일자)'에서 IEA의 에너지 전반에서 AI 활용 전망과 비용절감, 생산성 향상, 에너지 소비 및 탄소배출 감축 등의 AI 활용 효과를 게재했다.

인사이트에서는 에너지시스템 전반에 전력화, 디지털화, 변동성 재생에너지 보급 증대, 에너지 비용 증가 등이 빠르게 확산되고 있다고 분석했다.

이에 에너지 공급 및 소비 주체들은 비용절감, 효율향상, 에너지 소비 및 탄소배출 감축, 그리고 에너지시스템 안정성 제고를 위해 AI 활용을 가속화하고 있다고 진단했다.

석유･가스 개발에서는 AI는 석유･가스 탐사 및 시추 성공률을 높이고, 개발기간을 단축하며 생산량의 예측오차를 줄이는 역할을 한다.

AI는 풍력과 태양광 같은 재생에너지 출력 변동성 문제를 획기적으로 완화하고, 전력저장장치(ESS)의 운영 및 유지보수를 최적화하여 시스템 안정성을 높이고, 비용을 절감시킬 수 있다.

IEA는 발전소에 AI를 현시점부터 도입할 경우에 2035년까지 운영 및 유지보수 비용은 최대 10% 절감, 발전효율은 6~8% 개선, 발전설비 수명은 4년 연장 등의 효과를 얻을 수 있는 것으로 추정했다.

산업부문에서 AI를 활용하면 생산공정을 최적화 및 자동화하여 특히 에너지집약 산업에서 에너지 소비를 2~6% 절감할 수 있다.

AI는 운송부문에서 경로 최적화, 수요예측 및 화물적재 용량 활용 개선 등으로 연료소비와 탄소배출을 감축시킬 수 있다.

최근 신축건물을 중심으로 디지털 솔루션 도입 증가와 취사 및 난방부문의 전력화 가속으로 AI 도입이 확대되고 있는 추세다.

AI 활용에 따른 이와 같은 커다란 경제적 및 기후환경적 효과는 경제주체들의 AI 도입 유인을 촉진시키고, 관련 기업들의 기술 개발 및 혁신 투자를 활성화시킬 것으로 전망됐다.

▲한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터 연구팀이 하이 니켈 양극재 실험결과를 분석하고 있다. 한국에너지기술연구원

한국에너지기술연구원 울산차세대전지연구개발센터 진우영, 차형연 연구팀이 차세대 전기차 배터리의 핵심 소재인 하이 니켈 양극재의 난제를 해결했다고 지난 22일 밝혔다.

연구팀은 그간 하이 니켈 양극재의 고질적 문제로 지적됐던 잔류 리튬 화합물의 위치를 새로이 규명하고 잔류 리튬을 최소화하는 설계 방안을 제시했다.

하이 니켈계 양극재는 전기차 등에 활용되는 차세대 리튬 이온 배터리의 핵심 소재다. 양극재의 니켈 함량이 높을수록 전지의 에너지 밀도가 올라가고 전기차의 주행거리가 향상되는데 하이 니켈 양극재는 니켈 함량이 80%에 달해 차세대 전기차 시장의 핵심 기술로 주목받고 있다.

하지만 니켈 함량이 늘어날수록 양극재 표면에 잔류 리튬 화합물이 과도하게 생성되고 전극 원료가 젤리처럼 굳어지는 '겔화' 현상이 일어난다. 이후 입자가 고르게 분포되지 않고 전극 물질 간 접착력도 20%가량 줄어들어 전극의 완성도와 성능 저하를 일으킨다. 특히 이미 상용화된 양극재에서도 동일한 문제가 발생하고 있어 안정적인 생산과 활용을 위한 해결 방안이 필요한 상황이다.

연구진은 기존 통념과 달리 잔류 리튬이 양극재 내부의 입자 사이에도 존재한다는 사실을 최초로 확인했다. 이를 통해 기존에 간과된 양극재 내부 구조가 배터리 성능과 수명 저하의 주요 요인 중 하나임을 규명하고 잔류 리튬 형성을 원천적으로 억제할 수 있는 설계 방향을 제안했다.

연구팀은 “이번 연구는 기존에 표면 중심으로 접근해 왔던 잔류 리튬 문제를 입자 내부 구조까지 확장해 정밀 분석한 최초의 사례"라며, “고니켈 양극재의 구조 안정성과 성능 열화를 근본적으로 이해하는 데 중요한 전환점을 제공한 것으로 양극재 설계와 공정에 반영되면 향후 고에너지 밀도 리튬 이온 배터리 시장 확대에 큰 역할을 할 것"이라고 밝혔다.

▲한국에너지기술평가원이 지난 21~22일 네덜란드 로테르담에서 열린 '세계 수소 서밋 2025(WHS 2025)'에서 선보인 한국관. 한국에너지기술평가원

한국에너지기술평가원은 지난 21~22일 네덜란드 로테르담에서 열리는 '세계 수소 서밋 2025(WHS 2025)'에서 한국관을 운영했다.

WHS 2025는 전 세계 130개국 이상, 700개 기업이 참가하고 1만5000여 명이 방문하는 수소 분야 최대 규모의 국제행사다.

WHS 2025에서 선보이는 한국관은 에기평과 한국수소연합이 함께 마련했으며, 정부정책 및 사업을 소개하는 에기평 수소관과 수소 연구개발(R&D)과제를 수행하는 기업관으로 구성됐다.

이승재 에기평 원장은 “글로벌 수소 동맹과 수소 기업의 해외 진출을 추진하기 위해서는 정부 기관과 기업이 함께 노력해야 한다"며 “앞으로 에기평은 수소산업진흥과 기업의 해외판로 개척을 위해 이번과 같은 기회를 다양하게 마련하겠다"고 밝혔다.

이원희 기자 wonhee4544@ekn.kr