[울산=뉴시스] 구미현 기자 = AI 데이터센터에 연료전지로 전력을 공급하고 발전과 서버 냉각 과정에서 발생하는 폐열을 재활용하면 기존 방식보다 총비용을 최대 48%, 온실가스 배출량을 최대 72% 줄일 수 있다는 분석 결과가 나왔다.

울산과학기술원(UNIST) 탄소중립대학원 임한권 교수팀은 고체산화물 연료전지(SOFC)를 데이터센터 전력원으로 활용하고 연료전지와 서버에서 발생하는 열을 탄소포집과 전력 생산에 재활용하는 통합 에너지 시스템을 제안했다고 15일 밝혔다.

데이터센터는 서버를 24시간 가동하기 때문에 안정적인 전력 공급과 냉각에 막대한 에너지가 필요하다. 연구팀은 데이터센터 인근에 천연가스를 이용하는 SOFC를 설치해 전력을 직접 공급하고, 전력 수요가 늘어나면 연료전지 모듈을 추가하는 방식을 제시했다.

연료전지에서 발생하는 고온의 열은 이산화탄소 포집에 활용한다. 연료전지에서 배출되는 이산화탄소를 특수 액체로 흡수한 뒤 폐열로 액체를 가열해 이산화탄소를 분리하고, 액체는 다시 사용하는 방식이다.

서버에서 발생하는 열은 전력 생산에 재활용한다. 서버를 식히는 냉각수의 열로 특수 냉매를 증발시키고, 이때 발생한 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 '유기 랭킨 사이클(ORC)' 방식이다.

연구팀은 GPU 2만 개 규모의 데이터센터를 가정해 전력 공급원과 냉각 방식, 탄소포집 여부에 따른 8가지 시스템을 구성했다. 이후 한국과 미국, 유럽연합(EU)의 에너지 가격과 전력 생산 구조를 반영해 경제성과 온실가스 배출량을 비교·분석했다.

분석 결과 SOFC에 탄소포집과 ORC 냉각을 결합한 통합 시스템이 비용과 온실가스 배출을 종합적으로 고려했을 때 높은 경쟁력을 보였다.

특히 ORC 냉각은 한국과 미국, EU에서 모두 경제성과 환경성이 우수한 것으로 나타났다. 연간 냉각에 필요한 전력 비용을 최대 1900만 달러 줄이고, 전력 사용량 감소로 온실가스 배출량도 연간 약 8만~15만 t 줄일 수 있는 것으로 분석됐다.

탄소 배출에 비용을 부과하는 제도까지 고려하면 온실가스 배출 감소에 따라 연간 약 500만~1,000만 달러의 탄소 비용을 추가로 줄일 수 있는 것으로 나타났다.

다만 최적의 전력 공급 방식은 지역별로 달랐다. 천연가스 가격이 저렴한 미국에서는 SOFC가 경제적인 반면, 천연가스 가격이 상대적으로 높은 한국에서는 비용을 우선할 경우 기존 전력망을 이용하는 방식이 더 유리한 것으로 분석됐다.

임한권 교수는 "데이터센터에 적합한 에너지 시스템은 지역별 에너지 가격과 전력 생산 과정에서 발생하는 탄소 배출량에 따라 달라진다"며 "데이터센터 규모와 지역 여건에 맞춰 비용과 탄소 배출을 줄이는 에너지 시스템을 설계하고 ESG 전략을 수립하는 데 도움이 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단과 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 'Chemical Engineering Journal'에 지난 8월 14일 온라인 게재됐다.


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