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전 세계 글로벌 에너지 시장이 격변하고 있는 상황에서 오랜 기간 상대적으로 뜨거운 주제였던 대체 에너지가 갑작스럽게 부상했습니다. 글로벌 지정학적 상황으로 인해 많은 국가의 화석 연료 시장이 불안정해지면서 에너지 회사와 소비자 모두 지속 가능성, 가격 및 공급 관련 과제를 해결할 솔루션을 모색하고 있습니다. 이 문서에서는 대체 에너지 판도를 확인하고, 에너지 시장에 변화를 불러오는 대세를 논의하고, 대체 에너지원을 살펴보고, 반도체 시장의 기업들이 대체 에너지원 수요를 충족하고자 기술을 개발하고 있는 방법을 논의합니다.
왜 대체 에너지일까요? 왜 지금일까요?
대체 에너지는 크게 보았을 때 화석 연료에서 벗어나고자 하는 움직임에 근간을 두고 있습니다. 이 추진력은 주로 기존 화석 연료원이 기후에 미치는 영향에 따른 것입니다. 전 세계에서 이상 기후 문제가 더 심각해짐에 따라 대체 에너지가 화석 연료 생산 및 소비로 인한 피해를 상쇄할 잠재적인(그리고 사실상 부분적인) 솔루션으로 간주되고 있습니다.
여기에 전기 차량, 데이터 센터 등 고용량 고사용 전기 제품이 대폭 성장하면서 추가 대체 에너지원을 찾아 이러한 고급 제품에 에너지를 공급해야 한다는 압박이 커지고 있습니다.
대체 에너지란 무엇이며 일반적인 대체 에너지원은 무엇일까요?
“대체 에너지”라는 용어 자체는 모호할 수 있지만 정의는 상당히 간결합니다. 대체 에너지는 단순히 천연 자원을 고갈시키거나 환경에 악영향을 끼치지 않는 에너지원을 말합니다. 더 간단히 설명하자면 대체 에너지는 화석 연료를 사용하지 않는 에너지원을 가리킨다고 할 수 있습니다. 또한 원자력 에너지가 대체 에너지원에 해당하는지 여부에 대해서는 의견 차이가 있습니다. 원자력 에너지는 희귀한 원자력 물질의 채굴 및 사용이 필요한 만큼 이 문서에서는 이것을 대체 에너지원으로 간주하지 않습니다.
그렇다면 일반적인 대체 에너지원으로는 무엇이 있을까요? 오늘날 가장 흔히 사용되는 것은 바람, 태양, 바다와 같이 대량의 에너지를 생산하는 3가지 자연력에서 나옵니다. 풍력, 태양광 및 수력 발전은 그간 소비재 시장에서 특히 크게 성장했습니다. 국제에너지기구에 따르면 풍력으로 생산된 전기의 양은 2021년 17% 증가하여 전년 대비 45% 높은 성장률을 보였습니다. 동시에 수력 또한 높은 성장세를 기록하고 있으며 2030년까지 최대 17% 증가할 전망입니다. 강 및 저수지에 저장된 물을 터빈에 통과시켜 전기를 생산하는 유형의 일반적인 수력 발전이 가장 흔한 수력 발전의 형태이기는 하지만 조수 발전 또한 대체 에너지원으로 각광받기 시작하고 있습니다. 조수간만과 자연 발생 해류로 생산되는 에너지를 수집하는 이 대체 에너지원은 세계의 화석 연료 의존도를 상쇄하는 데 막대한 잠재력을 지니고 있습니다.
바이오에너지는 또 다른 신흥 대체 에너지원입니다. 바이오에너지 기술은 본질적으로 작물 폐기물, 삼림 잔류물, 도심 숲 폐기물, 식품 폐기물 등의 바이오 폐기물을 에너지원으로 사용하는 형태입니다. 이러한 소재를 사용해 차량 및 트럭에 연료를 공급하고, 바이오 제품을 만들고, 나아가 전기 생산원으로 활용할 수 있습니다. 미국 에너지부 연구에 따르면 2040년까지 미국에서 인간 및 가축의 식품 수요 충족과 별개로 매년 최대 10억 드라이톤에 달하는 비식품 바이오매스 자원을 생산할 수 있을 것으로 전망됩니다.
대체 에너지와 반도체 산업
대체 에너지의 과제 중 하나는 생산되는 에너지의 양이 기존 에너지원에 비해 즉각적이고 강력하지 않다는 점입니다. 간단히 말하자면 전력의 품질이 때때로 일정하지 않습니다. 하지만 반도체 산업의 발전으로 차세대 대체 에너지원 및 생산 능력이 실현되어 이러한 대체 에너지 솔루션을 향한 문을 열어 나가고 있습니다.
대체 에너지의 주요 기술 동력 중 하나는 전력 제품에서 고 밴드갭 반도체 소재, 특히 탄화규소(SiC)를 사용하는 것입니다. 반도체 소재로서 SiC는 최소 손실에 신뢰할 수 있는 방식으로 청정한 전력을 유지하면서 고전압 및 고주파수 에너지 부하를 관리할 수 있다는 특징이 있습니다. 이에 따라 SiC는 생성되는 에너지를 유지하고 신뢰할 수 있는 방식으로 기기 간 전력을 전송하는 주체로 대체 에너지 시스템에서 빠르게 자리 잡았습니다. 한 가지 예로 C3M0015065K MOSFET(Wolfspeed)이 있습니다. 이 이산 SiC MOSFET은 온 상태 저항과 전환 손실이 매우 낮아 에너지 저장 시스템에서 선호됩니다.
질화갈륨(GaN) 등 다른 광역 밴드갭 소재 역시 대체 에너지 응용 분야 용도로 인기가 높아졌습니다. Infineon, Littelfuse, Microchip, Nexperia와 같은 제조업체 모두 광역 밴드갭 반도체를 겨냥하여 전력 포트포리오를 확장하고 대대적인 투자를 시행했습니다.
여전히 존재하는 기회
글로벌 역학이 지속적으로 변화하고 새로운 전기 자동차의 시대가 빠르게 도래하고 있는 상황에서 새로운 대체 에너지원의 기회에는 경계가 없습니다. 반도체의 발전과 광역 밴드갭 소재의 확산을 통해 전자 제품 산업은 이렇게 새로이 등장하는 과제에 맞서 계속 진화해 나갈 것입니다.