수상 태양광의 뜨거운 감자 FRP, 이대로 괜찮은가?

수상 태양광의 뜨거운 감자 FRP, 이대로 괜찮은가?

대학생신재생에너지기자단 14기 김준호, 17기 서유경, 18기 한동근, 19기 김아현

 

재생에너지 3020 정책에 이어 최근 발표된 그린 뉴딜 정책을 통해 정부는 에너지 전환의 핵심인 재생에너지 생태계 육성에 집중하고 있다. 정부는 재생에너지의 전력 생산 비중을 20% 끌어올리기로 하면서 재생에너지 인프라 확충에 나서고 있다.  특히 정부가 지원에 적극적인 분야가 대표적인 재생에너지인 태양광 발전이다. 정부는 태양광 발전에 대한 재정 지원 정책을 확대하는 것은 물론 국가적인 대형 태양광 발전 단지 조성에도 힘을 쏟고 있다. 

[ 자료 1. 새만금에 설치된 수상 태양광 발전소 ]

출처 : 지앤이타임즈

수상 태양광 발전은 정부가 추진하고 있는 태양광 발전 단지 조성 사업 중 하나로, 미래 태양광 발전량 확보의 핵심으로 떠오르고 있다. 기존의 태양광 발전소는 임야나 농지에 설치하는 것이 주가 되어왔는데, 다른 나라에 비해 국토 면적이 좁은 우리나라 특성상 설비 확대에 한계가 있고 산이나 숲을 깎아 발전소를 설치한다는 점이 환경 문제로 지적받아왔다. 이에 따라 대안으로 떠오른 것이 수상 태양광 발전이다. 수상 태양광 발전은 말 그대로 호수나 바다 등 물 위에 태양광 발전 패널을 설치하는 것으로, 산을 깎는다는 환경 문제에서 자유로운데다 물의 냉각 효과로 발전 효율 또한 높다. 삼면이 바다인 우리나라의 입지 조건에도 유리한 발전 형태다. 이러한 이점을 활용해 우리나라 정부는 수상 태양광 확충에 적극적으로 나서고 있다. 대표적인 예로 새만금 수상 태양광 발전 단지 사업이 있는데, 정부는 새만금 부지를 활용하여 여의도 면적 10배에 해당하는 세계 최대 규모의 2.1GW 급 수상태양광 발전소를 설치할 계획이다.

그러나 최근 새만금 수상 태양광 발전 단지에 잡음이 들려오고 있다. 수상태양광에 주로 사용되는 섬유강화플라스틱(FRP)이 일으키는 환경 문제 때문이다. 새만금 재생에너지 사업 민관 협의회 민간위원 측은 2021년 1월 6일, 전북 도의회에서 기자회견을 열고 “FRP로 인한 환경 피해가 우려된다”라며 새만금 수상태양광 구조물에서 FRP를 제외하는 것과 함께 사업 원점 재검토를 요구하고 나섰다. 환경단체도 이에 가세했다. 전북환경운동연합은 1월 28일, 보도자료를 내고 "새만금 환경문제를 일으킬 수 있는 섬유강화플라스틱 사용을 금지해야 한다"라고 강조했다. 하지만 정부와 시공업체 측은 “지금까지도 사용해왔고 우려하는 문제와 달리 안전하다”라며 기존 방침을 고수하고 있는 상황이다. 수상태양광 발전사업의 뜨거운 감자로 떠오르고 있는 섬유강화플라스틱은 무엇이고, 왜 이런 갈등이 생겨나게 되었으며 다른 대안은 없을지 알아보도록 하자.

 

FRP의 태양광에서 역할, FRP는 뭘까?

FRP는 섬유강화플라스틱(fiber reinforced plastics)라고 불린다. 기존에 플라스틱은 내구성이 약하고 열에 약하다는 단점을 가지고 있지만, 내구성과 열에 강한 유리섬유나 탄소섬유 등으로 결합시켜 단점을 보완한 것이 섬유강화플라스틱이다. 충격, 열, 부식에 강하고 가볍기 때문에 섬유강화플라스틱은 오래전부터 사용해왔으며 우리 주위에서 많이 볼 수 있다. 자동차, 배, 자전거의 부품들, 안전모와 컨테이너 등 광범위하게 쓰이고 있다.

[ 자료 2. 수상 태양광 구조 ]

출처 : 솔라투데이

또한 이러한 FRP은 태양광에도 사용되었다. 특히 수상 태양광은 구조물에 습윤 및 염해 환경에서 부식과 내구성에 매우 취약했다. 하지만 수상태양광의 구조물을 FRP 소재로 바꾸면서 물 위에서 튼튼하고 부식 걱정 없는 수상태양광은 한발 앞으로 나아갈 수 있는 위대한 첫걸음이 되었다.

[ 자료 3. FRP 소재를 이용한 수상태양광 ]

출처 : iconfinder

 하지만 정부와 시공업체 측에서는 FRP 소재에 대해 충분히 안전하다고 밝혔으나. 민간위원 측에서는 크게 우려하고 있는 상황이다.

 

FRP, 어떤 위험이 지적받는가?

FRP에 대한 민간위원 측의 우려는 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 FRP가 부식되면 미세 유리섬유가 발생해 인체와 해양 환경에 유해한 영향을 미친다는 것이고, 두 번째는 재활용이 되지 않는 FRP는 태워서 없애야 하는데 유리섬유와 플라스틱이 함유된 FRP 소재가 타면서 발암물질인 다이옥신이 다량 배출된다는 것이다. 하지만 이러한 우려와는 반대로 환경부와 한국수자원공사 K-water에서는 FRP의 유리섬유에 대해 안전하다고 밝혔기 때문에 FRP에 대한 오해와 진실을 살펴보고자 한다.

 우선 미세 유리섬유의 유해성에 대해 살펴보자. 1999년 한국실험동물학회에서 발행된 논문 ‘유리섬유의 장기적인 경구투여가 흰쥐의 생체에 미치는 영향’에 따르면 유리섬유를 사료에 섞어 흰쥐에게 6개월간 지속적으로 경구투여를 한 결과, 유리섬유 투여와 관련된 어떠한 특이적인 병리학적 변화가 관찰되지 않았다고 한다. 다만, 다량의 유리섬유를 삽입한 후 경시적 조직 변화를 관찰한 결과 유리섬유는 초기에 강한 이물반응과 염증을 유발하나 이는 시간의 경과에 따라 점차 소멸된다고 한다. 즉, 유리섬유를 허용치 이상 흡입했을 때 단기적으로 가려움과 기침 등을 유발하나 장기적으로 만성질환이나 발암으로 이어지지는 않는다는 것이다.

[ 자료 4. 유리섬유]

출처 : Wikimedia Commons

다음으로 FRP 폐기물의 처리 과정에서 발생하는 문제에 대해 살펴보자. 대표적 폐기물 처리 방식인 소각과 매립은 FRP 처리에는 적합하지 않다. FRP는 열경화성 수지이므로 가열하면 분자구조 중 분리가 쉬운 성분이 먼저 이탈되고, 나머지는 축합중합(condensation polymerization)과 동시에 저분자의 가스로 되어 배출된다. 그러므로 소각에 의한 처리가 잘 이루어지지 않고 있으며 유독성 가스가 소각과정에서 많이 발생한다. 반면에 매립은 생물학적 분해 과정을 거쳐 폐기물을 안정화시키는 방법이지만 FRP는 다른 합성수지와 마찬가지로 물리 화학적으로 안정되어 있어서 생물학적 분해가 불가능하므로 매립에 의한 안정화를 기대할 수가 없고, 국토 면적이 협소한 국내 실정을 비추어 볼 때 매립은 적합하지 않다. 

 정리하면 FRP가 부식되면서 발생하는 유리섬유는 생체에 장기적인 악영향을 미치지는 않지만, 폐기물을 처리하는 과정에서 유독성 가스가 발생하고 환경 문제를 야기할 수 있다. 이러한 이유로 새만금 부지에 2.1GW 급 수상 태양광 발전소를 설치했을 경우, 이후에 발생할 수도 있는 고농도의 유리섬유에 의한 단기적 문제와 폐기물 처리로 인한 환경문제에 대한 우려가 제기되고 있는 것이다.  새만금 수상태양광 사업은 환경을 보호하며 지속 가능한 발전을 위해 신재생에너지의 비중을 늘리는 것을 목표로 하는 정책의 일환으로서 시행되고 있다. 환경 문제를 발생시킬 수 있는 FRP가 환경 보호와 지속 가능한 발전이라는 목적에 부합하지 않다는 주장이 계속해서 나오고 있다. 그렇다면 이러한 우려가 있음에도 불구하고, FRP를 사용하려는 이유는 무엇일까?

[ 자료 5. 수상 태양광에 FRP 사용을 반대하는 환경단체 ]

출처 : 새전북신문

 그 이유는 FRP 소재의 장점으로부터 찾을 수 있다. FRP는 철보다 강하고 알루미늄보다 가벼우며, 녹이 슬지 않고 비용이 적게 드는 장점이 있다. 또한 내구성, 내충격성, 내마모성이 뛰어나기 때문에 건축 자재, 보트, 스키 용품, 가정 욕조, 헬멧, 테니스 라켓, 의자, 항공기 부품 등 다양한 분야에 적용되고 있다. 무엇보다도 현재 FRP 폐기물 재활용에 대한 연구개발이 진행되고 있고, 이미 상용화 단계까지 이르렀다는 점에서 기존의 FRP의 단점을 보완하는 기술을 적용해 사용할 수 있다는 것이 구조물 업계의 주장이다. 그렇다면 그 기술은 어느 정도 개발 및 연구되어 왔는지 알아보도록 하자.

 

FRP, 대체 소재는 없을까?

앞서 언급했듯, 기존의 FRP의 단점을 보완하는 기술을 개발, 적용하기 위해 많은 연구들이 진행 중이다. FRP의 대체재로 알루미늄 등 여러 소재들을 언급하기도 하지만 비용이 문제가 된다. 알루미늄으로 어선을 건조할 경우 FRP에 비해 1.5~2배 정도 비싸다. 이 때문에 화재사고로 인한 피해를 최소화하고 어업인의 부담을 줄일 수 있는 정부의 정책적 지원이 필요하다는 지적이다. 

 이러한 문제를 해결하기 위해 기존의 FRP보다 성능이 우수한 비부식 보강근(FRP Hybrid Bar)을 개발하기 위해 KICT(한국건설기술연구원)에서 연구 중에 있다. KICT는 FRP Hybrid Bar을 신설 해양, 항만 구조물 건설에 적용하여 구조물의 고내구성 확보, 수명연장, 장래 유지 보수비 절감을 도모하고, 기존 보강기술의 부착공법 개선에 의한 보강효과 지속성 향상 및 품질 향상 기술 개발을 목표하고 있다. KICT의 “FRP Hybrid Bar를 활용한 해양항만구조물 수명향상 기술 개발” 보고서에 따르면 가장 이상적인 FRP Hybrid Bar의 유형은 철근을 삽입하는 것으로 판단되었으며 가격이 고가인 원형 철근에 비하여 이형철근이 경제적 측면에서 적용성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 

[ 자료 6. 그림 FRP Hybrid Bar 개발 현황]

출처: KICT

 

실용화를 위하여 1~3차 연도는 시제품 개발 및 설계지침 제정의 기반 구축을 위한 설계 요령(안), 4차 연도는 제작 공정 최적화, 5차 연도는 시공/유지관리지침(안) 제정을 목표로 추진하며, 정책 반영과 연계된 연구업무를 집중 수행할 예정이다.

 

[ 자료 7. FRP Hybrid Bar 기술개발 로드맵 ]

출처: KICT

 한편, 국토교통부 국토교통과학기술진흥원의 2020년 보고서에 따르면 건물의 내진설계에 개선된 성능의 FRP가 유리하게 쓰일 것으로 평가하고 있다. 해당 연구를 통해 무보강 실험체 대비 성능 개선된 FRP를 활용하여 보강한 실험체들의 최대하중이 증가함을 알 수 있다. 또한, 무보강 실험체의 변위연성비 대비 FRP 보강 실험체들의 변위연성비의 증가비율을 확인한 결과 최소 약 182.7% ∼ 최대 345.0% 증가하여 연성 능력이 증가함을 확인할 수 있다.

 

수상 태양광 확충을 위해 모두가 만족할 대안이 필요하다

태양광 패널을 설치할 육지의 면적은 한정되어 있고, 우리나라의 입지 조건도 타 국가와 비교해 불리한 실정이다. 때문에 수상태양광 발전시설 확충은 세계적인 탄소중립 흐름에 맞추기 위해서라도 우리나라의 에너지 전환을 이뤄내기 위해서라도 매우 중요하다. 그러나 정부가 수상태양광 설치를 급히 추진하면서 여러 잡음이 나오고 있는 것이 문제로 다가오고 있다. 정부가 그린뉴딜로 탈탄소화, 녹색 사회로의 전환을 표방한 만큼, 발전 설비를 무작정 늘리는 수치 위주의 성과에 집착하는 모습보다는 설치 지역 주민들이 수용할 만한 방법을 찾아야 한다. 발전시설에 대한 주민 수용성이 떨어진다면 결국 겉만 그럴싸하고 내실이 부족한 에너지 사회로 이어질 수밖에 없다.

FRP와 수상 태양광 갈등에서도 환경에 악영향을 미치지 않으면서 친환경 에너지를 생산할 대책을 찾아야 한다. 또한 정부는 시민사회단체와 산업계가 모두 공감할 수 있는 수상 태양광 발전사업의 마스터플랜을 수립해야 한다. 이에 대해 객관적인 평가 가이드라인을 엄격하게 적용하고, 사후환경영향조사도 지속적으로 실시하여 환경을 파괴하는 친환경 에너지라는 모순적인 상황이 발생하지 않도록 해야 할 것이다. 정부, 민간단체, 산업계 모두 만족할 만한 대안을 통해 수상태양광 발전량을 늘려 건전한 에너지 전환이 이뤄지기를 희망한다. 

 

참고문헌

서론

1. 이건오, "신화이앤이, 수상태양광 현장에 맞춘 소재 선택… 염해는 고내구성 ‘FRP’ 적용", 인더스트리뉴스, 2020. 08. 28

https://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=39361

2. 임효정, "수상태양광 FRP 안정성 논란에···업계는 “모르고 하는 소리”", 스타트업투데이, 2021. 01. 03

https://www.startuptoday.kr/news/articleView.html?idxno=41325

3. 최봄, 새만금개발청 블로그, "새만금 수상태양광", 2020. 11. 2

https://blog.naver.com/smgcstory/222130129389

4. 정경재, "전북환경연합 "새만금 수상 태양광에 섬유 플라스틱 사용 말라"", 연합뉴스, 2021. 01. 28

https://www.yna.co.kr/view/AKR20210128176900055?input=1195

5. 시사전북닷컴, "한수원은 새만금 수상태양광사업 원점서 재검토하라", 시사전북닷컴, 2021. 01. 06

http://m.sisajb.com/view.php?idx=5618

FRP의 태양광에서 역할, FRP는 뭘까?

1. “FRP”, 천단산업기술사전, 1992. 05. 01, https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=869580&cid=42388&categoryId=42388

2. 최재은, “[해상태양광이 해법1]새만금에 부식없고 착탈식인 특수 FRP구조물 적극 도입해야”, 산업저널, 2020.10.08, http://www.sanupnews.com/news/articleView.html?idxno=44518

3. 임효정, “수상태양광 FRP 안정성 논란에⋯업계는 “모르고 하는 소리”, 스타트업투데이, 2021.01.13, http://www.startuptoday.kr/news/articleView.html?idxno=41325

4. 정한교, “신화이앤이, 습윤 및 염해환경에 강한 FRP 소재로 수상태양광 안정성 및 구조적 신뢰성 높여”, 인더스트리뉴스, 2020.01.18, https://www.industrynews.co.kr/news/articleView.html?idxno=36928

5. 박관희, “업계 최초 건설신기술 보유, 수상태양광 구조물 조명 계기”, 솔라투데이, 2017. 06.19, http://www.solartodaymag.com/news/articleView.html?idxno=4676

FRP, 어떤 위험이 지적받는가?

1. 임효정, “수상태양광 FRP 안정성 논란에⋯업계는 “모르고 하는 소리”, 스타트업투데이, 2021.01.13, https://www.startuptoday.kr/news/articleView.html?idxno=41325

2. 전북중앙, “수상태양광 지지대, FRP 고집이유 있나?”, 전북중앙신문 2020.09.10,

http://www.jjn.co.kr/news/articleView.html?idxno=808350

3. 이민재, 이미숙, 조수헌, 장자준,“유리섬유의 장기적인 경구투여가 흰쥐의 생체에 미치는 영향”, 한국실험동물학회지, 15, 2, 139-145,1999.09

4. 박인배, "FRP 폐선처리를 위한 폴리머 시멘트 제조기술 개발", 국내석사학위논문 弘益大學校 大學院, 서울, 559.41, 4, 11-12, 2002.12

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6. “FRP 태양광”, 수상태양광에 FRP 사용을 반대하는 환경단체, 2020.09.09, http://sjbnews.com/news/news.php?number=693302

7. 임효정, “수상태양광 FRP 안정성 논란에⋯업계는 “모르고 하는 소리”, 스타트업투데이, 2021.01.13, https://www.startuptoday.kr/news/articleView.html?idxno=41325

8. 전북중앙, “수상태양광 지지대, FRP 고집이유 있나?”, 전북중앙신문 2020.09.10, http://www.jjn.co.kr/news/articleView.html?idxno=808350

9. 지오네이션 주식회사, “FRP 주요용도 및 사례(FRP 사례)”, http://www.geo-nation.co.jp/kr/c_tech/frp/example.html(2021.02.05)

FRP, 대체 소재는 없을까?

1. 박성환, “공감언론 뉴시스 “잊을만하면 반복되는 어선사고…대책은?”, 뉴시스, 2019.11.30

https://newsis.com/view/?id=NISX20191129_0000845654&cID=13001&pID=13000

2. FRP 재료를 활용한 인프라구조물 구조성능 향상 기술 개발, KICT 2017-109

3. 취성파괴 특성이 개선된 FRP를 활용한 합성/RC 기둥의 내진/내화성능 확보 기술 개발 및 성능검증을 위한 실험적 연구 최종보고서, R&D / 19CTAP-C142865-02, 국토교통부

수상태양광 확충을 위해 모두가 만족할 대안이 필요하다

1. 노태호, 이후승,  “수상태양광 발전사업의 허와 실”, KEI Focus, 제 7권, 제 9호, 한국환경정책평가연구원, 2019. 9 .30.