“친환경 재생에너지 대전환.”
6월 4일 취임한 이재명 대통령이 후보 시절부터 강조하던 공약이다. 풍력, 태양광 등 재생에너지 생산량을 늘리고, 재생에너지 생산지와 대규모 산업 지역을 ‘에너지고속도로’로 연결함으로써 기업이 필요한 전력량의 100%를 재생에너지로 충당하는 ‘RE100’을 실현하겠다는 게 골자다. 날씨의 변덕에 따라 생산량이 요동치는 재생에너지로 정말 산업의 혈류를 펌프질할 수 있을까. 6월, 세계에서 가장 에너지 전환을 빠르게 이루고 있는 국가들로 꼽히는 핀란드와 스웨덴에서 한국의 미래를 먼저 만나고 왔다.

▲GIB, Shutterstock, 박주현

본 취재는 한국언론진흥재단 주최 KPF 디플로마-기후테크 과정을 통해 이뤄졌습니다.

핀란드는 국토 약 73.7%가 숲으로 덮여 있고, 호수 18만 7888개가 그 사이를 드문드문 수놓는 ‘숲과 호수의 나라’다. 파리협정에 의해 국제사회는 2050년까지 탄소 순배출량 ‘0’을 달성해야 한다.

한국을 포함한 국가들이 이 목표를 달성할 수 있을지 우려 섞인 목소리가 나오는 가운데, 핀란드는 야심차다. 이들은 2035년까지 탄소중립을 이루겠다는, 세계에서도 가장 빠른 목표치를 세우고 있다. 6월, 핀란드를 찾아 이들의 믿는 구석을 물었다. 그러자 ‘전력망과 전력 시장에 대한 신뢰’라는 답이 돌아왔다.
자세한 이야기를 전한다.

▲Shutterstock, 박주현, Fingrid

핀란드 에너지 생산·소비 현황

자료: Business Finland
2024년 소비 전력의 에너지원별 비중

최근 50년간 에너지 소비량 변화 추이

2024년 기준 핀란드에서 소비하는 전체 전력의 95%가 원자력, 풍력, 수력 등 탄소를 배출하지 않는 방식으로 생산된다.
2010년대 중반 들어서 풍력 발전의 비율이 크게 확대된 것이 특히나 주목할 만하다. 그러나 전기 에너지 외에 지역난방을 위한 열에너지 등 전체 에너지를 놓고 보면 핀란드도 여전히 갈 길은 멀다. 오늘날 핀란드의 에너지 현황을 그래프로 정리했다.

6월 11일, 다국적 기업 ABB의 핀란드 바사 공장 내부에 들어서자 쉼 없이 돌아가는 기계음이 머리를 울렸다. 이곳에서는 재생에너지 발전소에서 사용하는 교류(DC) 스위치가 생산되고 있다. 기자단을 안내한 야니 케라넨 ABB 생산 매니저는 “연간 스위치 생산량이 300만 개에 달한다”면서 “이 공장은 전 세계의 ABB 공장 중에서 가장 자동화된 곳 중 하나로 현재 약 60대의 로봇이 24시간, 주 7일 가동된다”고 설명했다. 로봇팔에서 로봇팔로, DC 스위치의 부품이 넘어가며 차례차례 조립되고 있었다.

ABB 바사 공장에서 사용되는 전력은 발전 과정에서 100% 탄소가 배출되지 않는 무탄소 에너지원에서 온다. 풍력, 원자력, 수력 등이 그 예인데, 핀란드 산업부 산하 공공기관인 ‘비즈니스 핀란드’에 따르면 2024년 기준으로 핀란드에서 소비하는 전체 전력의 95%가 무탄소 전력이다. 수치를 자세히 들여다보자면, 가장 높은 비중을 차지하고 있는 원자력 발전을 통해 전체 소비 전력량의 39.1%가 생산된다. 이어 풍력을 통해 25%, 수력으로 17.8%, 바이오매스를 태워 발전하는 방식으로 11.8%가 생산됐다. 남은 6.3%는 석탄, 태양광 발전 등을 통해 생산됐다.

전체 소비 전력량 중 25%가 풍력 발전을 통해 나온다. 이런 무탄소 에너지원으로 발전한 전력으로 공장이 쉼 없이 가동된다. 이 두 문장이 어떻게 양립할 수 있는지 묻지 않을 수 없었다. 재생에너지에는 늘 간헐성 문제가 따라붙는다. 바람과 태양광 같은 자원은 인간이 계속 사용해도 계속 생산된다. 그래서 ‘재생’에너지다. 그런데 바람이 항상 불지는 않고, 날이 항상 맑지도 않다. 그래서 재생에너지를 이용한 발전량은 항상 자연 마음대로 널뛴다. 핀란드 전역에 바람이 한 점도 불지 않는 날, ABB 공장의 로봇팔은 어떻게 가동해야 할까.

기자가 핀란드행 비행기에 몸을 실은 6월 4일은 제21대 이재명 대통령의 취임식이 있었던 날이었다. 이 대통령은 2030년까지 국가 온실가스 배출량을 2018년 대비 35% 이상 감축한다는 국가 온실가스 감축목표(NDC)를 달성해야 한다. 그래서 후보 시절부터 탄소중립 달성과 재생에너지 전환은 그의 주요 공약 중 하나였다. 질문을 다시 정리해 보자. 한반도 전역에 바람이 불지 않고, 햇빛도 비추지 않는 날에는 어디서 전력을 얻어야 할까.

현재 정부는 ‘에너지고속도로’에서 그 해답을 찾으려고 하고 있다. 에너지고속도로는 재생에너지를 기반으로 한 전체적인 전력 시스템을 말한다. 여기에는 재생에너지가 생산되는 지역과 사용되는 지역을 잇는 전력망, 지역에서 생산되는 에너지를 지역에서 사용하는 ‘마이크로그리드’ 구조 구축, 여분 에너지를 저장해 뒀다가 필요시 꺼내 사용하는 에너지 저장 시스템(ESS) 등이 포함된다. 모두 핀란드에선 이미 하고 있거나, 도입을 논의 중인 요소들이다. 지금 우리가 숲과 호수의 나라, 핀란드를 바라봐야 할 이유다.

▲한국언론진흥재단 공동취재단

핀란드에서의 첫날, 6월 5일 헬싱키의 핀그리드(Fingrid) 본사에서는 오후 5시 넘어서까지 유럽 전력 시장에 대한 강의가 펼쳐졌다. 퇴근 시간을 칼같이 지키는 핀란드인들에게 아주 이례적인 일이었다. 생소한 시스템에 취재진이 질문을 쏟아부을 때마다 아니카 아티아이넨 그리드 디자인 전략책임자가 열렬히 화답했다.

15분마다 달라지는 전기 요금으로
전력 시스템 안정성 99.9995% 달성

“여기 99.9995%라는 숫자는 저희 송전 시스템의 신뢰성을 나타냅니다. 즉, 저희는 99.9995%의 확률로 약속한 전기를 공급할 수 있다는 이야기입니다. 세계에서 가장 높은 수치 중 하나입니다.”

6월 5일 헬싱키의 핀그리드(Fingrid) 본사에서 만난 아니카 아티아이넨 그리드 디자인 전략책임자가 자신감 있는 목소리로 말했다. 이 ‘99.9995%’라는 숫자는 핀란드인들의 자랑인지, 핀란드에서 정부와 기업 관계자를 만날 때마다 들을 수 있었다. 핀란드를 떠날 즈음에는 핀란드 관계자가 말을 꺼내기도 전에 기자가 웃으며 “9가 5개, 5가 1개 있는 그 숫자 말씀하시려는 거죠?”라고 되물을 정도였다.

핀그리드는 핀란드의 송전 시스템 운영업체다. 한국의 한국전력공사나, 전력거래소와 유사한 기업으로, 최대 주주는 핀란드 정부다. 이곳에서 하는 일은 전력을 생산하는 발전소와 전기를 판매하는 회사를 연결하는 전력 시스템을 운영하는 것이다.

재미있는 건, 핀란드를 비롯한 북유럽 대부분 지역에서 전력은 100% 시장경쟁체제에 따라 거래된다는 점이다. 현재 한국은 중앙집중형 전력시스템을 사용한다. 발전소에서 생산한 전력을 전력거래소에 팔면, 한국전력공사가 이를 구매해 판매한다. 2024년 6월부터 시행된 ‘분산에너지 활성화 특별법’에 따라 전력 소비자가 한전을 거치지 않고 바로 전력을 구매할 수 있는 ‘분산에너지 특화지역’이 지정될 계획이나, 아직까지는 대부분 한전을 거친 전력을 이용한다.

핀란드의 송전 시스템은 앞으로 한국에서 벌어질 상황을 미리 보여준다. 핀란드에서는 발전 사업자가 생산한 전력을 유럽 전력 거래소에서 직접 판매한다. 이 시장을 ‘하루 전 시장’이라고 부른다. 다음날 생산하고 사용할 전력을 미리 거래하는 것이다. 하루 전 시장에서 전력을 생산하는 발전 사업자는 자신의 발전량을 예측하고, 전력을 구매해 판매하고자 하는 도매상은 예상 소비량을 예측해 제출한다. 그러면 수요와 공급이라는 경제학의 기본 원리에 따라 15분마다 다른 가격이 매겨진다.

예를 들어, 다음 날 오후에 강한 바람이 불 거란 일기예보가 있다면, 풍력발전 사업자는 전력을 많이 생산할 수 있다고 예측할 수 있다. 한편, 전력을 받아 판매하는 쪽에서도 전력에 대한 수요가 어느 정도일지 예측할 수 있다. 공급이 많은데, 수요가 적다면 전력 가격은 싸게 책정된다. 공급이 적고 수요가 많다면 비싸게 책정된다. 자연스러운 일이다.

그런데 예측이 빗나가는 경우엔 어떻게 될까. 이때는 핀그리드가 나선다. 핀그리드는 핀란드 내에서 ‘균형 시장(Balancing market)’이라는 이름의 전력 거래 시장을 운영한다. 균형 시장에서 벌어지는 일을 예시를 통해 살펴보자. 풍력발전 사업자 A가 전날 바람이 많이 불 것으로 예상하고, 전력을 미리 거래해 놨다. 그런데 막상 당일이 되니 바람이 많이 불지 않는다. 하루 전 시장에서 거래된 전력량은 반드시 지켜져야 한다. 사업자 A를 위해 부족한 전력을 구매할 수 있는 균형 시장이 있다. 이때 전력을 판매하는 이는 당일 예상보다 더 많은 전력을 생산한 이나, ESS를 이용해 전력 가격이 저렴할 때 전력을 잔뜩 사 저장해 뒀다가 사업자 A처럼 균형 시장에 찾아온 다급한 소비자에게 전력을 비싼 값에 파는 이 등이다.

전력 거래를 시장에 맡기는 유연한 시스템은 발전량이 예상보다 클 때 일어나는 문제도 해결하기 더 쉽다. 전력은 생산되는 곳에서 소비되는 곳까지 이어지는 ‘흐름’이 가장 중요하다. 생산량과 소비량은 항상 맞아떨어져야 한다. 만약 소비할 이가 없는데 전력이 과생산된다면, 전압이 과하게 발생해 발전기가 손상되거나 심하게는 전력 시스템이 손상돼 대규모 정전이 일어날 수도 있다.

이 상황을 방지하기 위해 한국에서는 발전량이 넘칠 경우 발전 설비를 멈추도록 한다. 이를 출력제어라고 부른다. 핀란드와 같은 전력 거래 시스템이 도입된다면, ESS를 운영하는 사업자들이 과생산된 전력을 구매해 저장해두는 식으로 전력 시스템을 안정적으로 운영할 수 있다. 99.9995%라는 숫자가 가능했던 이유 중 하나다. 핀란드를 비롯한 유럽에 적용된 실시간 전력거래시장은 2024년부터 제주에서 시범적으로 운영되고 있다. 재생에너지 발전량이 많은 제주에서 전력 시스템의 안정성을 담보하고, 출력제어를 줄여 생산되는 재생에너지를 알뜰히 사용하기 위함이다.

▲김소연, Shutterstock

6월 10일, 알토대 광물처리학과 연구실에서는 사용후배터리를 분쇄한 뒤 남은 가루인 ‘블랙매스(오른쪽 사진)’를 분리하는 플로테이션 실험이 한창이었다. 대학원생인 루이스 연구원이 해맑게 웃고 있다.

탄소중립의 문턱에 선 핀란드의 전략
배터리 ‘아나바다’

전력 시스템 안정성 99.9995%라는 신뢰감은 핀란드 국민기업 노키아에서도 찾아볼 수 있었다. 휴대폰으로 한때 세계를 호령했던 노키아는 2014년 휴대폰 사업을 접은 뒤 현재는 네트워크 장비, 확장현실(XR) 기기 등으로 사업 영역을 바꿨다. 2022년 기준 글로벌 통신장비 시장 점유율 3위를 자랑하며 여전히 건재한 노키아의 경영 체험 센터에 6월 6일 방문했다.

핀그리드에서 유럽 전력 거래 시장에 대해 들은 바로 다음 날이라, 여전히 이들의 방식을 이해하느라 애를 먹고 있었다. 이곳에서 만난 노키아 관계자에게 “간헐성 문제가 있는 재생에너지를 사용하는 게 불안하지는 않나”란 질문을 던졌다. 그는 “핀란드에서 이용하는 전력 거래 시스템을 믿는다”면서 “핀란드에 바람이 전혀 불지 않는다고 해도 유럽의 다른 국가에서 전력을 구매하거나, ESS를 사용하는 등 방법이 있으므로 불안함은 없다”고 잘라 말했다.

실제로 노키아는 자사의 네트워크 장비를 구매한 소비자들이 전력 거래 시장에 참여할 수 있도록 돕는 서비스를 제공한다. 네트워크 장비와 전력 거래 시장이 무슨 관계가 있는지 의아할 수 있다. 이들이 보는 건 네트워크 장비에 탑재된 배터리다. 해리 쿠오사 노키아 제로 탄소 마케팅 센터장은 “고객들은 풍력 발전량이 많아 전력 가격이 저렴할 때 네트워크 장비에 탑재된 예비 배터리를 충전한 다음, 전기 비용이 비쌀 때 배터리에 충전된 전기를 사용할 수 있다”고 설명했다. 이어 “나아가, 전기 가격이 비쌀 때 배터리에 충전된 전기를 판매할 수 있는 시스템도 제공한다”고 말했다.

에너지 전환에 따라 ESS나 전기차 등의 수요가 높아지는 것에 발맞춰, 핀란드는 자국의 배터리 산업을 키우는 데 ‘진심’이 됐다. 특히나 배터리 제조의 핵심 광물인 니켈, 리튬, 코발트, 구리가 모두 매장돼 있다는 장점을 살려 핀란드 내에 배터리 가치사슬을 형성하려는 노력이 돋보인다. 배터리 제조에 필요한 원료를 채굴하고, 이를 정제해 배터리를 만든다. 그리고 사용후배터리는 수집해 다시 재사용·재활용한다. 이런 산업 시스템이 핀란드 내에 자리잡도록 만드는 게 핀란드 정부의 목표다. 여기서 학계의 역할이 커진다.

6월 10일, 실험 가운과 보안경까지 착용하고서 알토대 연구실에 들어섰다. 검은 거품을 계속해서 뱉어내는 노란 기계를 뒤로 하고, 로드리고 게레로 광물처리학과 교수가 “여러분이 목욕할 때 보는 그런 거품과는 다르죠?”라며 농담을 던졌다. “확실히 저 거품으로는 씻고 싶지 않네요.” 웃으며 답했다.

검은 물질의 정체는 사용후배터리를 분쇄한 뒤 남은 검은색 분말인 ‘블랙매스’다. 흑연과 리튬, 니켈, 망간 등 금속이 혼합돼 있다. 블랙매스를 용매에 넣은 다음, 공기를 주입하면 블랙매스가 섞인 혼합액에 거품이 생긴다. 플로테이션(flotation·부양)은 이 거품을 이용해 값비싼 금속과 흑연을 분리하는 과정이다.

▲김소연

로드리고 게레로 알토대 광물처리학과 교수의 연구실에서 ‘거품’은 귀한 배터리 원료를 잘 분리할 수 있는 도구다. 군타 연구원이 거품 크기를 측정하는 장치 앞에 서 있다.

게레로 교수는 “플로테이션 기술과 화학적 방법을 이용해 금속을 고순도로 분리하는 리칭(leaching·침출) 기술을 연구한다”며 설명을 시작했다. “두 방법 모두 산업에서 많이 사용되는 것인데, 우리 연구실에서는 이 과정을 배터리 재활용에 적용할 수 있도록 효율성과 순도를 높이기 위해 노력하고 있습니다.”

옆 실험실에서는 리칭 과정을 거치며 정제된 구리판이 실험대 한 켠에서 건조되는 중이었다. 구리 결정이 반짝이는 실험대 옆에서는 리칭 과정을 거친 혼합물의 순도를 측정하는 장치가 한창 가동 중이다. 정신없는 모습이 한국 여느 연구실과 다르지 않다.

게레로 교수팀은 현재 다양한 대학, 연구 기관과 함께 배터리 가치사슬을 연결하는 핵심 기술을 개발하는 ‘뱃서클(BATCircle)’에 참여하고 있다. 이 프로젝트가 시작된 지도 올해로 7년 차다. 게레로 교수는 “핀란드에서 배터리 제조의 핵심 광물이 나오긴 하나, 매장량이 많은 것은 아니라서 핀란드의 산업계가 이 재료만 사용하며 경쟁력을 확보하는 것은 어렵다”며 핀란드 내에서 배터리 재활용 연구가 활발한 이유를 설명했다.

학계의 연구 성과가 산업으로 연결되기까지 얼마나 남았을까. 게레로 교수는 이렇게 전망했다. “현재 가장 어려운 건 실험실에서 수 리터(L) 단위로 이뤄지는 분리 공정의 단위를 높이는 스케일업 과정을 진행하면서도 높은 순도로 혼합물을 분리하는 겁니다. 그러나 우리는 이미 이 연구를 여러 해 동안 해왔습니다. 향후 10년 내에는 실험실에서 개발한 기술이 산업계에 적용될 겁니다.”

핀란드의 배터리 연구 협력 프로젝트 ‘BATCircle’에서는 왼쪽의 사용후배터리를 분해해, 물리·화학적 방법으로 다시 원료 물질을 분리한 뒤, 제일 오른쪽 단계에까지 이르게하는 전 과정을 연구하고 있다.

▲Fingrid

전력이 생산되는 핀란드 북쪽을 인구가 밀집된 남쪽과 연결하는 송전 시스템은 한국이 현재 추진 중인 ‘에너지고속도로’의 개념과 많이 닮았다. 우리가 현 시점에서 핀란드의 에너지 전환을 살펴봐야 할 이유다.

인구수 558만 명,
작은 나라의 큰 꿈 이루는 치밀한 시스템

물론, 핀란드에도 고민은 많다. 아니카 아티아이넨 핀그리드 그리드 디자인 전략책임자는 현재 핀란드 전력 공급망을 “섬”이라고 표현했다. 유럽의 전력 공급망과 연결돼, 자국 내의 전력 생산량이 부족할 경우 유럽연합의 다른 국가에서 수급할 수 있다는 게 유럽연합 소속 국가로서 누릴 수 있는 장점이다. 그런데 핀란드는 아래로는 바다가, 위로는 러시아가 있어 이를 방해한다.

아티아이넨 전략책임자는 “원래 핀란드에는 에스토니아와 전력망을 연결하는 해저 케이블이 두 개 있었으나, 러시아가 잠수함을 동원해 이 케이블을 끊어놨다”면서 “스웨덴으로 가는 전력망이 유일하다”고 말했다.

“핀란드 내부에서 생산되는 전력의 생산과 소비가 균등하게 분포돼 있지 않다는 점도 문제입니다. 핀란드에는 인구가 많지는 않지만, 대부분 남쪽 헬싱키 인근에 삽니다. 그리고 전력은 주로 핀란드 북쪽과 서쪽에서 생산되죠. 전력을 핀란드 북쪽에서 남쪽까지 송전할 장거리 송전망을 구축하기 위해 다양한 노력이 이뤄지고 있습니다.” 에너지고속도로를 지어 한반도 서남쪽에서 생산되는 재생에너지를 수도권으로 보내겠다는 한국의 상황과도 유사하다. 대륙과 분단돼 주변국의 전력망과 국내 전력망을 연결하기 어려운 상황도 닮았다.
핀란드인들은 자신들을 설명하는 단어로 시수(Sisu)를 꼽는다. 한국어로 완전히 옮기기는 어렵지만 ‘역경 앞에서 나타나는 단호한 의지’라고 해석하면 된다. 탄소중립이라는 전 인류의 숙제 앞에서 핀란드인들의 ‘시수’는 치밀하게 설계한 시스템으로 드러난다. 시장 경제를 이용해 전력 공급망을 유연하게 관리한다. 한편 전력 시스템 안정성에 중요한 역할을 할 배터리는 국가가 나서 연구개발과 배터리 가치사슬 형성을 돕는다.

시스템 속 빈칸을 메꾸기 위한 시스템도 따로 마련돼 있다. 일례로 핀란드는 유럽 최대 규모의 응용기술 연구소 중 하나인 핀란드 기술연구센터(VTT)를 통해 혁신 기술을 개발하고, 이를 기업에 전달한다. 산업계에서 발견되는 기술의 간극을 국가가 도와 메꾸겠다는 건데, 여기에는 소형원자로(SMR), 지열을 이용한 지역난방, 수소 생산 등이 포함된다.

6월 6일 VTT에서 만난 툴라 매키넨 그린 전기화 부서장은 “VTT는 기술과 산업의 협업을 중요하게 여기는 실용적인 기관”이라면서 “기업이 먼저 VTT에 협력을 제안하거나, VTT가 협력이 필요해 보이는 기업을 찾는다”고 설명했다.

유럽의 다른 연구소와 비교해도, 기업이 항상 연구 프로젝트에 참여하는 VTT의 시스템은 드물다. 에너지 전환이 막힘없이 이뤄지기 위해서 연구개발이 더 필요한 ‘틈새’를 기업과 함께 메꾸겠다는 것이 VTT의 전략이다.

“우리 기관이 집중하고 있는 8가지 연구과제 중 3가지가 탄소중립과 관련된 부분입니다. VTT 전체 예산의 3분의 1이 탄소중립 관련 분야에 투자되죠. 도전적인 연구 분야들입니다. 우리는 탄소중립과 관련된 모든 분야에서 대비를 하고 있습니다.”

▲한국언론진흥재단 공동취재단

핀란드 헬싱키의 노키아 경영 체험 센터에서 인터뷰를 마친 뒤, 기자는 이어 전시 공간도 둘러봤다.

▲Fingrid

2035년까지 탄소중립을 이루겠다는 전 세계에서도 가장 빠른 목표를 가진 나라, 핀란드.
이들의 무기는 ‘치밀한 시스템’이다