SMR은 멀었고…데이터센터 발전용 주목받는 연료전지

차세대원자력 SMR은 2030년 이후 상업화
연료전지 6개월내 설치, 송전망도 필요 없어
美 블룸에너지·韓 두산퓨엘셀 주목

인공지능(AI) 데이터센터용 전력 수요가 빠르게 늘면서 전력 공급 부족과 전력망 병목에 대한 우려가 심화하고 있다. 차세대 전력원으로 주목받고 있는 소형모듈원자로(SMR)는 2030년 이후 상업화된다. 11일 한국투자증권은 '전력망 프리패스, 연료전지 다시 보기' 보고서에서 6개월 만에 설치가 가능하고 현장에서 바로 전력을 생산하는 온사이트(On-Site) 발전원인 연료전지가 주목받고 있다고 분석했다.

연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 설비다. 배터리와 달리 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 생산할 수 있다. 시장 초기 연료전지는 수소를 연료로 사용해 탄소 배출이 거의 없다는 점에서 주목받았다. 하지만, 수소자동차 등 수소 연료전지를 활용할 수 있는 기술 발전이 더디게 진행되면서 성장이 정체됐다. 대안으로 천연가스를 원료로 하는 연료전지 기술이 개선됐다.

천연가스 연료전지 사용 늘듯

최근 전세계적인 전력난 가속화 전망 속에서 발전원으로서의 연료전지에 대한 관심이 많이 증가하고 있다. 2030년까지 온사이트 발전원을 데이터센터에서 사용하겠다고 응답한 전문가 비중은 지난해 13%에서 올해 38%로 급증했다.

현재 발전용으로는 고체산화물연료전지(SOFC)가 사용된다. 연소과정이 없어 화석연료 기반 발전원 대비 대기오염물질은 거의 발생하지 않는다. 하지만 천연가스를 개질해 수소를 만들어내면 그 과정에서 이산화탄소가 발생하고, 주원료가 천연가스라는 점에서 청정에너지로 인정받지 못했다.

그러나 상황이 변했다. 공급망 병목으로 가스발전용 터빈은 납기가 지연되고, SMR은 2030년 이후 상업용 가동이 가능하다. 정다솜 한국투자증권 애널리스트는 "대안으로 분산형 온사이트 전원으로서 연료전지의 가능성이 재조명되고 있다"며 "당장 데이터센터에 공급할 전력원 확보가 급한 AI 업체 입장에서 천연가스 공급 인프라가 갖추어져 있다면 5~6개월 안에 설치해 가동할 수 있는 연료전지가 매력적인 대안으로 떠올랐기 때문"이라고 분석했다. 연료전지는 5~7년이 소요되는 광역 전력망 연결이 필요 없다는 점도 장점이다.

미국이 인플레이션감축법(IRA)상 혜택을 일부 없애기는 했지만 투자세액공제(ITC)상 온실가스 무배출 요건을 삭제해 천연가스를 개질해 사용하는 연료전지도 세액공제 혜택을 받을 수 있게 됐다. 빠른 납기, 세제혜택 등이 결합돼 연료전지에 우호적인 환경이 펼쳐지고 있다.

다만 연료전지는 생산 비용이 신재생에너지나 가스 발전에 비해 비싸다는 단점이 있다. 정 애널리스트는 "향후 원료를 바이오가스나 수소로 대체할 수 있어 장기적으로 수소 생산 비용이 하락하면 브릿지 전원이 아닌 최종적인 청정 발전원으로 자리 잡을 수 있을 것"이라고 설명했다.

시장 확대 대응하는 기업들

연료전지는 전해질 종류에 따라 다양한 방식이 있다. 그 중 SOFC 방식은 작동온도가 600도 이상으로 높아 수송용으로는 개발되지 못하고 발전용으로만 개발돼 왔다. 열병합(CHP)을 통해 전환효율을 80% 이상으로 끌어올리면서 보조전원이 아닌 주 전력원으로서의 가능성을 인정받고 있다.

미국의 대표 연료전지 회사인 블룸에너지(Bloom Energy)는 최근 데이터센터 운영 기업과 잇달아 계약을 맺고 있다. 작년 11월 AEP(American Electric Power)와 1GW 용량 연료전지 공급 계약을 체결한 게 대표적이다. 블룸에너지는 증가하는 수요에 맞춰 제조설비 용량을 2026년까지 2GW로 증설할 예정이다.

국내에서는 인산형연료전지(PAFC)를 주로 생산하는 두산퓨얼셀이 영국 세레스파워(Ceres Power)와 협력해 상반기에 약 1550억원을 투자해 50MW 규모 SOFC 생산설비를 구축했다. 기존 제품 대비 운전온도가 낮은 중저온형 SOFC로 기대수명을 높였고, 하반기부터 양산에 착수할 예정이다.

두산퓨얼셀은 작년 국내에 도입된 청정수소 발전시장(CHPS) 주요 낙찰자로, 올해 일반수소 입찰물량의 61%를 수주했다. 향후 미국 시장에 PAFC 기반 발전용 연료전지도 수출할 계획이다. 정 애널리스트는 "PAFC는 SOFC에 비해 효율이 떨어지지만, SOFC 연료전지를 MW급으로 생산할 수 있는 기업이 블룸에너지 1개인 만큼 공급이 제한돼 있어 미국 데이터센터의 발전용 연료전지 수요를 일부 흡수할 수 있을 것"이라고 분석했다.

조시영 기자 ibpro@asiae.co.kr