오프그리드 데이터센터의 배출량이 60~80% 더 높다고 The Climate Brink가 보도했다.

이번 주에는 Frost Methane의 Olya Irzak이 출연한 *Catalyst* 에피소드를 흥미롭게 들었습니다. 이 에피소드에서는 메탄 누출을 고려하면 신규 계량기 후단(behind-the-meter) 천연가스 발전 50GW가 18개월 동안 이산화탄소 환산 기준 3억 8천만 톤의 배출을 초래할 수 있다는 놀라운 추정치가 소개되었습니다.

이는 실제로 심각한 문제입니다. 데이터센터에 전력을 공급하려는 서두름 속에서 개발자들은 가장 비효율적인 화석연료 천연가스 발전 설비를 짓고 있으며, 이들 설비에서는 장비 누출이 많은 경우가 흔합니다. 게다가 이런 프로젝트 가운데 상당수는 이미 누출률이 높은 천연가스 생산 지역에 위치해 있습니다.

이 문제에는 합리적이고 가까운 시일 내에 달성 가능한 해결책도 있습니다. 데이터센터를 짓는다면, 값싸고 더러운 독립형 가스 발전기에 의존하기보다 전력망에 연결되도록 해야 합니다. 이 주장을 뒷받침하려면, 아래 그림에서 보듯이 독립형 가스 터빈이 배출량 측면에서 얼마나 더 나쁜지 이해하는 것이 중요합니다.

여기서는 독립형 데이터센터가 사용할 수 있는 네 가지 잠재적 가스 연소 기술을 살펴봅니다. Cleanview의 추적 자료에 따르면, 단순 사이클 터빈은 독립형 데이터센터의 약 46%, 왕복동 엔진은 약 34%, 연료전지는 약 14%, 출처가 확인되지 않은 발전은 약 6%에 계획되어 있으며, 현재 복합 사이클 현장 발전소는 사실상 0%입니다. 이 수치들은 계획된 데이터센터 규모로 가중한 것이지만, 계획된 용량 가운데 장비가 확인된 것은 약 30%에 불과하므로, 이 숫자들은 정밀한 값이 아니라 방향성을 보여주는 지표로 보아야 합니다.

여기서 계산은 독립형 가스에 다소 관대한 편입니다. 발전 이전 상류 단계에서 생산 메탄의 전국 평균 2.3%가 누출된다고 가정했으며, 이는 Alvarez et al. 2018에 기반한 것입니다(이 가정에 대해서는 나중에 더 자세히 다루겠습니다). 전력망 수치는 ERCOT, PJM, 미국 전체에 대한 EPA의 eGRID에서 가져온 2023년 평균입니다. 여기에는 전력망 자체의 상류 가스 누출, 석탄 광산 메탄, 3%의 송전 손실이 포함되며, 이 모두가 전력망 수치를 끌어올립니다. 엔진 슬립(engine slip)은 희박연소 엔진에 대한 EPA의 보고 계수에서 나온 값으로, 투입 메탄의 약 2.8%입니다.[1] 열효율(heat rate)은 Cleanview 추적 자료에 포함된 독립형 계량기 후단 프로젝트 장비에 대한 제조사 데이터시트에서 가져왔습니다.

왕복동 엔진은 메가와트시(MWh)당 약 740kg의 이산화탄소 환산량을, 단순 사이클 터빈은 약 705kg/MWh를 배출하는 것으로 나타났습니다. 이는 ERCOT, PJM, 미국의 평균 전력망 전기보다 63%에서 80% 더 많은 수치입니다. 엔진 슬립을 포함한 메탄 누출은 이 격차에 MWh당 70에서 190kg을 더합니다. 그러나 메탄 누출이 없더라도 격차는 여전히 큽니다. 이산화탄소만 보면 엔진과 터빈은 전력망보다 31%에서 63% 높은데, 이는 천연가스를 전기로 바꾸는 효율이 매우 낮기 때문입니다.

전력망 배출량에 훨씬 더 가까운 더 효율적인 선택지도 있지만, 건설 기간이 길거나 장비 가용성이 낮아 오늘날에는 거의 설치되지 않습니다. 연료전지(Cleanview 데이터에서 확인된 계량기 후단 용량의 약 14%를 차지하는 대부분이 Bloom 제품입니다)와 현장 복합 사이클 발전소는 미국 전력망 평균보다 7%에서 10% 더 많이 배출하며, 이는 같은 부하에 전력을 공급하기 위해 전력회사가 건설할 설비와 비슷합니다.

그럼에도 미국의 전력망은 청정에너지의 빠른 보급을 통해 시간이 지나면서 탈탄소화되고 있습니다. 전력망에 연결된 가스 발전은 값싼 재생에너지 발전이 가능할 때 이용률을 낮출 수 있는데, 독립형 발전기는 적어도 자체 재생에너지를 함께 구축하거나 나중에 전력망에 연결하지 않는 한 이렇게 하기 어렵습니다. 나머지 전력 시스템이 탈탄소화되는 동안 독립형 가스 발전기가 장기간 고착될 위험이 실제로 존재합니다.

독립형 프로젝트는 몇몇 특정 지역에 몰려 있으며, 지역 전력망과 지역 가스 공급은 발전 구성과 누출률에서 상당히 차이가 납니다. 그래서 Cleanview 추적 자료에 포함된 일곱 개 데이터센터 핫스팟을 대상으로 비교를 다시 실행했습니다. 각 지역에 대해서는 EIA의 시간별 전력망 데이터를 사용해 2025년 전력망 평균을 구했으며, 수입 전력이 포함되도록 소비 기준으로 계산했습니다. 또한 각 지역에는 해당 지역에 가스를 공급할 가능성이 가장 높은 가스 분지에서 측정한, 전력망 및 독립형 가스 발전 모두에 대한 상류 누출률이 적용되었습니다. 이 수치는 항공기 및 위성 조사(예: MacKay et al. 2026, Varon et al. 2026 등)에서 나온 것입니다.[2]

아래 그림은 각 선택지를 지역 전력망 평균과 비교한 결과를 보여줍니다.

엔진과 단순 사이클 터빈은 일곱 개 지역 중 여섯 곳에서 지역 전력망보다 36%에서 95% 더 많이 배출합니다. 예외는 와이오밍주 Cheyenne인데, 그곳에서는 석탄이 여전히 전력망 발전량의 거의 60%를 차지합니다. 그곳에서는 엔진과 터빈이 전력망 평균과 비슷하지만, 그럼에도 해당 전력망에 연결된 신규 천연가스 복합 사이클 발전소보다 55%에서 64% 더 많이 배출합니다. 대규모 신규 부하는 석탄 발전소의 폐쇄를 늦출 수도 있으며, 이 경우 그 전력망에 연결하는 것은 평균이 시사하는 것보다 더 나빠집니다.

독립형 엔진과 터빈은 오늘날 데이터센터가 건설되고 있는 일곱 개 핫스팟 가운데 여섯 곳에서 신규 부하에 전력을 공급하는 가장 오염이 심한 방식입니다. 연료전지와 효율적인 현장 발전소는 전력망에 신규 가스 발전소를 짓는 것과 대략 비슷하게 나쁘지만, 가까운 시일 내에 이를 건설하려는 데이터센터는 상대적으로 적습니다.

데이터센터 개발자들은 대체로 독립형 시스템을 직접 짓기보다 전력망에 연결하는 것을 선호합니다. 독립형 시스템은 더 많은 이중화와 더 높은 비용을 요구하며, 효율이 낮은 가스 발전기나 상시 가동되는 터빈은 매우 비싼(그리고 배출량이 많은) 발전 방식입니다. 그러나 많은 경우 전력망 연결 일정이 너무 길거나 전력망에 공급 가능한 발전량이 단순히 부족하기 때문에, 이것이 그들에게 유일한 선택지가 되기도 합니다.

결국 앞으로 10년 동안 대규모의 고립형 가스 발전이 건설되는 세계를 피하고자 한다면, 우리는 전력망을 더 견고하게 만들어야 합니다. 즉, 신규 발전은 저탄소 에너지원으로 충족되고, 송전망은 현대화되며, 대규모 계통 연계 저장장치가 대폭 확충되어야 합니다. 그때까지는 건설되는 독립형 데이터센터가 기존 대기오염 규제를 충족하도록 보장하고, 가스에 더해 현장 태양광과 저장장치를 보완하도록 장려하며, 가스 누출을 줄이기 위한 더 폭넓은 노력을 추진해야 합니다. 안타깝게도 이러한 노력 가운데 상당수는 최근 트럼프 행정부에 의해 후퇴되었습니다.

도움이 될 수 있도록, 이 분석을 재현하는 데 필요한 코드와 데이터를 제 GitHub에 올려 두었습니다.

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[1] 엔진 슬립(흔히 메탄 슬립이라고도 함)은 연소되지 않은 채 엔진을 통과해 배기가스에 메탄 형태로 빠져나가는 연료 가스를 말합니다. 왕복동 엔진에서는 연료-공기 혼합물의 일부가 불꽃이 닿지 않는 피스톤 주변의 작은 틈새에 갇힙니다. 또한 흡기 밸브와 배기 밸브가 모두 열려 있는 동안 일부는 그대로 빠져나가기도 합니다. 이 엔진들이 질소산화물을 줄이기 위해 사용하는 희박 연료 혼합물은 연소도 덜 완전하게 만듭니다. EPA의 4행정 희박연소 엔진 보고 계수는 투입 메탄의 약 2.8%에 해당하는 반면, 최신 가스 터빈은 약 0.02%만 누출합니다. 부분 부하에서 엔진을 가동하면 슬립이 증가할 수도 있으며, Olya Irzak은 최대 12%에 이르는 측정치를 본 적이 있다고 말했습니다. 다만 대부분의 독립형 데이터센터는 비교적 높은 이용률을 가질 것으로 예상됩니다.

[2] 회계 처리상, 분지 내 모든 가스 누출은 그 가스가 석유 생산과 연관되어 있더라도 석유 생산이 아니라 해당 분지의 가스 생산량에 대해 집계됩니다.