UNIST, 데이터센터 폐열 재활용 통합 에너지 시스템 개발

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = AI 데이터센터의 발전·냉각 과정에서 발생하는 열을 재활용해 전력 효율을 높이고 탄소 배출까지 줄이는 에너지 설계가 고안됐다.

울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 임한권 교수팀은 고체산화물 연료전지를 데이터센터의 전력원으로 쓰고, 발전과 냉각 과정에서 나오는 열을 재활용하는 통합 에너지 시스템을 개발했다고 15일 밝혔다.

데이터센터는 수많은 서버를 24시간 가동하기 때문에 막대한 전력을 안정적으로 공급받아야 한다.

천연가스로 전기를 만드는 고체산화물 연료전지(SOFC)는 연료전지 중 발전 효율이 가장 높아 데이터센터 전력원으로 사용되지만, 이산화탄소와 고온의 열을 배출하는 단점이 있다.

연구팀이 제안한 통합 에너지 시스템은 연료전지가 방출하는 열을 이산화탄소 포집에 활용한다.

이산화탄소를 흡수하는 특수 액체로 포집한 뒤, 연료전지에서 나온 열로 액체를 가열해 이산화탄소만 분리하고 액체를 다시 사용하는 원리다.

서버에서 나오는 열도 전기를 생산하는 데 활용된다. 서버를 식힌 냉각수의 열로 특수 냉매를 증발시키고, 이 증기가 터빈을 돌려 전기를 만드는 유기 랭킨 사이클(ORC) 방식이다.

유기 랭킨 사이클은 물보다 끓는점이 낮은 유기 냉매를 이용해 비교적 낮은 온도의 폐열에서도 전기를 생산할 수 있는 발전 방식이다.

연구팀은 GPU 2만 개 규모의 데이터센터를 가정해 전력 공급원과 냉각 방식, 탄소 포집 여부에 따른 8가지 조합을 한국·미국·유럽연합(EU)의 에너지 가격과 전력 생산 구조를 반영해 분석했다.

분석 결과, 해당 시스템은 비용과 온실가스 배출량을 종합적으로 평가했을 때 다른 조합보다 전반적으로 높은 순위를 차지했다.

특히 유기 랭킨 사이클 냉각은 연간 냉각 비용에 드는 전력 비용을 최대 1900만 달러 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 전력 생산량이 줄어 온실가스 배출량도 연간 약 8만~15만 톤 줄어드는 것으로 분석됐다.

다만 전력 공급 방식의 유불리는 지역별로 달랐다. 천연가스가 저렴한 미국에선 고체산화물 연료전지가 경제적이었지만, 천연가스가 비싼 한국에서는 비용을 우선할 경우 기존 전력망이 유리했다.

임한권 교수는 "데이터센터에 적합한 에너지 시스템은 지역별 에너지 가격과 전력 생산에 따른 탄소 배출량에 따라 달라진다"며 "이번 연구는 지역 여건에 맞춘 에너지 시스템 설계와 ESG 전략 수립에 도움이 될 것"이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 및 과학기술정보통신부 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학공학 분야 최상위 국제학술지인 'Chemical Engineering Journal'에 지난달 14일 온라인 출판됐다.

syk000120@news1.kr