인공지능(AI) 모델의 학습과 운영은 대부분 AI 데이터센터 기반으로 이루어집니다. 생성형 AI(Generative AI), 에이전틱 AI(Agentic AI), 영상 생성 모델 등 고성능 AI 서비스가 빠르게 확산되면서 데이터센터의 전력 수요도 함께 급증했습니다. 이제 AI 산업의 경쟁력은 반도체 성능을 넘어, 막대한 전력을 얼마나 빠르고 안정적으로 확보하느냐에 달려 있습니다.

국제에너지기구(IEA)는 AI와 에너지의 관계를 분석한 보고서에서, 전 세계 데이터센터의 전력 소비가 2024년 415TWh에서 2030년 945TWh로 약 2배 증가할 것으로 전망했습니다. 특히 AI 전용 데이터센터는 일반 데이터센터보다 더 높은 전력 밀도와 부하 변동성을 보여, 전력망은 물론 발전설비, 에너지저장장치(ESS), 분산전원 등 에너지 인프라 전반의 변화도 가속화하고 있습니다.

이 변화는 촉매 기술과도 맞닿아 있습니다. 촉매가 데이터센터 안에서 직접 쓰이지는 않지만, 데이터센터에 전력을 공급하는 발전설비와 연료전지 기반 분산전원에는 촉매 기술이 폭넓게 활용되기 때문입니다.

AI 데이터센터는 왜 새로운 전력 공급 방식이 필요할까?

AI 데이터센터는 기존 데이터센터보다 훨씬 많은 전력을 소비합니다. 그 핵심 요인은 AI 최적화 서버로, AI 모델 학습과 운영에 필요한 고성능 GPU와 서버의 대규모 가동입니다. 이로 인해 전력 소비가 지속적으로 증가하고 있습니다.

IEA는 AI 서버의 전력 밀도가 빠르게 높아지고 있다고 분석했습니다. 특히 2027년에는 고성능 AI 데이터센터의 서버 랙 하나가 최대 65가구가 사용하는 전력에 맞먹는 수준의 전력을 소비할 것으로 전망했습니다. 이는 AI 데이터센터가 규모만 커지는 것이 아니라, 서버 한 대당 요구되는 전력도 빠르게 증가함을 보여줍니다.

문제는 전력 인프라가 AI 산업의 성장 속도를 따라가기 쉽지 않다는 점입니다. 발전소를 건설하고 송전망을 확충한 후 계통에 연결하기까지 상당한 시간이 필요한데, AI 데이터센터 투자는 그보다 훨씬 빠르게 확대되는 추세입니다. 이러한 이유로 데이터센터 업계는 기존 전력망에만 의존하기보다 발전소 인근에 데이터센터를 구축하거나, 온사이트 발전(On-site Generation), 분산전원, 에너지저장장치(ESS) 등 다양한 전력 확보 방안을 모색하고 있습니다.

AI 데이터센터는 어떻게 전력을 확보할까?

AI 데이터센터는 안정적인 전력 공급이 무엇보다 중요합니다. 전력 공급이 중단되면 서비스 운영에 직접적인 영향을 받기 때문에, 전력을 안정적으로 확보하는 것은 물론 예비 전원까지 함께 갖춰야 합니다.

1. 발전소 인근 데이터센터 구축

최근에는 발전소나 대규모 전력 공급 인프라와 가까운 곳에 데이터센터를 구축하는 사례가 늘어나고 있습니다. 발전소 인근에 입지하면 송전망 부담을 줄이고 안정적인 전력을 확보하는 데 유리합니다. 또한 계통 연결에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있어, 발전 인프라와 데이터센터의 위치를 함께 고려한 입지 전략이 중요합니다.

2. 온사이트 발전

또 다른 방식은 LNG 가스터빈이나 가스엔진을 활용해 데이터센터 부지 내 또는 인근에서 직접 전력을 생산하는 것입니다. 계통 연결이 지연되는 상황에서도 비교적 빠르게 전력을 확보할 수 있어 현실적인 대안으로 평가됩니다.

IEA는 2030년까지 미국 기준 약 15~27GW 규모의 현장 천연가스 발전설비가 데이터센터에 전력을 공급할 것으로 전망했습니다. 이는 데이터센터의 전력 공급 방식이 기존 전력망 중심에서 다양한 분산형 전원으로 확대되고 있음을 보여줍니다.

3. 연료전지 기반 분산전원

연료전지도 데이터센터의 새로운 전력원으로 주목받고 있습니다. 수소나 연료가스를 이용해 전기를 생산하는 방식으로, 데이터센터의 상시전원, 백업전원, 비상전원 등 다양한 용도로 활용할 수 있습니다. 특히 모듈형 구성이 가능해, 전력 수요 증가에 맞춰 단계적으로 용량을 확대하기에도 적합합니다.

4. 에너지저장장치와 차세대 전원

AI 데이터센터는 전력 수요가 급격하게 변할 수 있어 이를 안정적으로 관리하는 기술도 중요합니다. ESS는 전력 부하 변동이 큰 AI 데이터센터의 전력 안정성을 높일 수 있습니다. IEA는 2030년까지 전 세계 데이터센터에 약 20~25GW 규모의 배터리 저장장치가 설치될 것으로 전망했습니다. 이와 함께 장기적인 전력 공급 방안으로는 소형모듈원자로(SMR)와 같은 차세대 무탄소 전원도 함께 거론되고 있습니다.

새로운 전력 시스템에는 어떤 촉매 기술이 필요할까?

데이터센터 자체에 촉매가 직접 적용되는 것은 아니지만, 데이터센터에 전력을 공급하는 발전설비와 연료전지 시스템에서는 촉매 기술이 핵심 역할을 합니다.

특히 LNG 가스터빈과 가스엔진, 연료전지 기반 분산전원이 확대될수록 배출가스를 줄이고 전기화학 반응 효율을 높이는 촉매 기술의 중요성도 커지고 있습니다.

질소산화물 저감을 위한 SCR 촉매

LNG 가스터빈과 가스엔진은 AI 데이터센터의 온사이트 발전이나 분산전원에 활용되는 대표적인 전력 공급 방식입니다.

LNG는 석탄보다 상대적으로 배출량이 적은 연료지만, 연소 과정에서 질소산화물(NOx)이 발생할 수 있습니다. NOx는 대기오염과 미세먼지 생성에 영향을 미치기 때문에 발전설비에는 이를 저감하기 위한 배출가스 후처리 기술이 필요합니다. 대표적으로 SCR(Selective Catalytic Reduction, 선택적 촉매 환원) 촉매가 적용됩니다.

SCR 촉매는 탈질 촉매라고도 불리며, 암모니아 계열 환원제를 이용해 질소산화물을 질소와 물로 전환하는 기술입니다. 발전설비를 비롯해 산업설비와 선박 등 다양한 배출가스 처리 분야에서 널리 적용되고 있습니다.

AI 데이터센터 확대에 따라 LNG 기반 발전설비 도입이 늘어나면서 발전 효율뿐 아니라 NOx 저감과 환경 규제 대응도 중요한 과제가 되고 있습니다. 이러한 측면에서 SCR 촉매는 AI 데이터센터의 전력 인프라를 뒷받침하는 핵심 기술입니다.

➡️ SCR 촉매

암모니아 슬립을 제어하는 Hybrid 촉매

SCR 공정에서는 질소산화물을 줄이기 위해 암모니아 계열 환원제를 사용합니다. 이 과정에서 반응하지 않고 남은 암모니아가 배출될 수 있는데, 이를 암모니아 슬립(Ammonia Slip)이라고 합니다. 암모니아 슬립은 2차 오염이나 악취를 유발하고 후단 설비에도 영향을 줄 수 있어 발전설비에서는 잔류 암모니아까지 함께 관리하는 것이 중요합니다.

Hybrid 촉매는 SCR 공정 이후 남아 있는 암모니아를 선택적으로 산화해 배출가스의 환경 성능을 높이는 역할을 합니다. 즉, SCR이 질소산화물을 저감하는 기술이라면 Hybrid 촉매는 SCR 이후 잔류 암모니아를 관리하는 후처리 기술입니다.

따라서 LNG 가스터빈과 가스엔진 등 발전설비에서는 SCR 촉매와 Hybrid 촉매를 함께 적용해 NOx는 물론 잔류 암모니아까지 관리함으로써 배출가스 후처리 시스템의 완성도를 높일 수 있습니다.

연료전지 성능을 높이는 전극촉매

연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생산하는 발전 방식입니다. 연소 과정 없이 전기를 생산하기 때문에 고효율 분산전원으로 평가되고 있으며, 데이터센터에서는 상시전원과 백업전원, 비상전원 등 다양한 용도로 검토되고 있습니다.

특히 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC)는 빠른 응답성과 모듈형 구성이 가능해 분산전원과 백업전원에 적합하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)는 높은 발전 효율을 바탕으로 상시전원 분야에서 활용 가능성이 높습니다. 그리고 PEMFC의 성능을 좌우하는 핵심 요소가 전극촉매(Electrocatalyst)입니다. 전극촉매는 연료전지 내부에서 수소 산화 반응과 산소 환원 반응을 촉진해 전기 생산 효율을 높이는 역할을 합니다.

전극촉매의 성능은 연료전지의 출력과 효율은 물론 내구성과 경제성에도 영향을 미칩니다. 따라서 연료전지가 AI 데이터센터의 분산전원과 비상전원으로 확대될수록 고성능 전극촉매의 중요성도 함께 커질 것으로 기대됩니다.

➡️ 전극 촉매

AI 시대, 안정적인 전력 인프라를 위한 촉매 기술

‘전기 먹는 하마’ AI 데이터센터를 안정적으로 운영하기 위해서는 새로운 전력 시스템이 필요합니다. 전력망과 온사이트 발전, 연료전지, 에너지저장장치가 유기적으로 연결되는 가운데, 촉매 기술은 발전 효율과 환경 성능을 높이는 핵심 기반 기술로 자리 잡고 있습니다.

희성촉매는 다양한 발전설비와 연료전지 분야에서 축적한 촉매 기술력을 바탕으로 에너지 효율과 환경 성능을 높이며, 지속가능한 전력 시스템 구축을 뒷받침합니다.

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FAQ

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Q1. AI 데이터센터에 온사이트 발전이 필요한 이유는 무엇인가요?

AI 데이터센터는 고성능 서버와 GPU를 대규모로 운영하기 때문에 안정적인 전력 확보가 중요합니다. 그러나 송전망 확충과 계통 접속에는 시간이 걸리기 때문에 데이터센터 부지 내 또는 인근에서 직접 전력을 생산하는 온사이트 발전이 대안으로 주목받고 있습니다. LNG 가스터빈, 가스엔진, 연료전지는 데이터센터의 분산전원과 온사이트 발전에서 함께 활용되는 대표적인 발전 방식입니다.

Q2. LNG 가스터빈에는 왜 SCR 촉매가 필요한가요?

LNG 가스터빈은 안정적인 전력을 공급할 수 있지만 연소 과정에서 질소산화물(NOx)이 발생할 수 있습니다. SCR 촉매는 암모니아 계열 환원제를 이용해 NOx를 질소와 물로 전환하는 배출가스 저감 기술입니다. 데이터센터용 온사이트 발전처럼 장시간 운전하는 설비에서는 환경 규제 대응과 안정적인 운전을 위해 SCR 촉매가 중요한 역할을 합니다.

Q3. SCR 적용 시 암모니아 슬립은 어떻게 관리하나요?

SCR 공정에서는 NOx를 저감하기 위해 암모니아 계열 환원제를 사용합니다. 이 과정에서 반응하지 않고 남은 암모니아가 배출될 수 있는데, 이를 암모니아 슬립이라고 합니다. Hybrid 촉매는 SCR 후단에서 암모니아 슬립을 선택적으로 산화해 잔류 암모니아를 줄이고, 배출가스의 환경 성능을 높이는 역할을 합니다. 이를 통해 질소산화물 저감뿐 아니라 배출가스 품질까지 함께 관리할 수 있습니다.

Q4. 연료전지가 AI 데이터센터의 전력원으로 주목받는 이유는 무엇인가요?

연료전지는 수소나 연료가스를 이용해 전기를 생산하는 고효율 분산전원입니다. 모듈형으로 구축할 수 있어 데이터센터의 전력 수요 증가에 맞춰 유연하게 용량을 확대할 수 있으며, 상시전원과 백업전원, 비상전원 등 다양한 용도로 검토되고 있습니다. 특히 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC)는 빠른 응답성이 요구되는 데이터센터 전력 시스템에서 활용 가능성이 높으며, 전극촉매의 성능은 연료전지의 출력과 효율, 내구성에 중요한 영향을 미칩니다.

Q5. 데이터센터용 발전설비에 SCR 촉매를 적용할 때 무엇을 고려해야 하나요?

데이터센터용 온사이트 발전설비에 SCR 촉매를 적용할 때는 발전설비의 운전 조건을 종합적으로 고려해야 합니다. 배출가스 온도와 유량, NOx 농도, 운전 시간, 부하 변동, 암모니아 슬립 관리 기준에 따라 필요한 촉매의 종류와 사양이 달라질 수 있기 때문입니다.

따라서 설계 초기부터 발전설비 업체와 EPC, 환경설비 업체, 촉매 전문기업이 함께 협업하는 것이 중요합니다. 희성촉매는 발전설비의 NOx 저감을 위한 SCR 촉매와 SCR 후단 암모니아 슬립을 관리하는 발전용 Hybrid 촉매를 개발하고 있으며, 다양한 산업용 촉매 개발과 양산 경험을 바탕으로 운전 조건에 적합한 촉매 솔루션을 제안합니다.