세상과 함께 변화하는 에너지 2 – 신재생에너지를 통한 다양한 대안들

고유가시대의 지속, 전통적 화석연료의 고갈 가능성, 자원민족주주의 확산, 온실가스 감축을 위한 국제사회의 논의 확대 등을 배경으로 대체에너지의 중요성이 부각되고 있습니다. 대체에너지란 1970년대에는 석탄, 석유 등 화석연료를 대체한다는 의미에서 사용되었으나, 1980년 이후 천연가스, 원자력 등의 사용이 증가되고, 환경오염의 문제가 심각해짐에 따라 최근에는 청정에너지(Clean Energy)로서의 재생에너지, 신에너지, 미래 에너지 등을 의미합니다.

보다 넓은 의미로는 오일샌드, 오일셰일 등 신규 에너지원까지도 포함합니다. 즉 대체에너지는 크게 신재생에너지와 비전통에너지의 두 가지로 구분할 수 있습니다.

신재생에너지로는 소수력 발전부터 시작하여, 현재 선진각국에서 활발히 기술개발이 진행되어 실용화 단계에 접어든 태양에너지, 풍력에너지가 주종을 이루며, 바이오매스, 지열, 파력, 조력, 조류 등을 이용한 신재생에너지 개발도 활발하게 진행되고 있습니다.

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태양을 이용한 에너지

태양열 발전은 태양열을 모아 고온의 공기, 수증기를 만들어 터빈을 돌려 발전하는 시스템입니다. 거울을 사용해 태양광선을 집열기에 모으고, 집열기를 통해 열로 변환된 에너지는 물을 데워 증기를 생산합니다. 이 증기는 축열조를 거쳐 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하게 됩니다.

가끔 시골에 가면 태양광발전기를 볼 수 있어요.

 태양광발전은 태양에너지에 의한 발전 기술의 하나로 태양의 빛에너지를 태양전지라는 광전 변환기를 써서 전기에너지로 변환시킵니다. 태양광발전의 기본 원리는 반도체의 접합으로 구성된 태양 전지에 태양광이 비치면 발생되는 기전력에 의해 전류가 흐르게 됩니다.

태양 전지는 단위 용량으로 직/병렬 연결되어 기후와 같은 자연 조건에 영향을 받지 않도록 단단한 재료와 구조로 만들어진 태양 전지 모듈로 상품화됩니다.

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물과 바람을 이용한 에너지

소수력(小水力) 발전은 하천 내에서 위치에너지에 의해 작은 규모의 물로부터 운동에너지를 만들고 이를 전기에너지(대체로 20MW 이하)로 바꾸어 전기를 얻는 발전을 의미합니다. 우리나라의 다목적댐에서는 대부분 소수력 발전을 하고 있습니다.

조력발전은 조석간만의 차를 동력원으로 해수명의 상승하강운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술입니다. 특히 작년 8월부터 우리나라에서 가동되고 있는 시화호 조력발전소(254MW)는 세계 최대 규모를 자랑하고 있습니다.

파력발전은 연안 또는 심해의 파랑(波浪)에너지를 이용해 전기를 생산합니다. 조류발전은 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용해 전기를 생산하는 발전기술로 우리나라에서는 전남 진도군 울돌목 조류발전소가 시험 가동 중입니다. 울돌목은 바닷물의 흐름이 워낙 빨라 임진왜란 당시에는 이순신장군이 빠른 물살을 이용해 일본수군을 크게 격파한 곳으로도 유명합니다.(명량대첩)

풍력발전은 바람의 에너지를 전기에너지로 사용합니다. 우리나라의 경우 제주도 해안가나 내륙 산악지대에서 풍력발전기를 종종 볼 수 있습니다.

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기타 새로운 방식의 에너지

바이오매스는 나무뿐만 아니라 곡물, 식물, 농작물 찌꺼기, 축산분뇨, 음식 쓰레기 등이 모두 바이오매스 에너지 생산에 이용됩니다. 바이오매스는 옥수수와 사탕수수 등을 가공하여 메탄올, 에탄올, 바이오디젤유 등의 액체 연료와 수소나 메탄 같은 기체 연료 등의 바이오 연료를 얻습니다. 축산농가에서 나오는 가축들의 배설물, 쓰레기가 썩으면서 발생하는 메탄이나 기타 가스를 태워서 발전이나 난방에 사용하기도 합니다.

온도차 발전은 해양 표면층의 온수(예, 25-30℃)와 심해 500-100m 정도의 냉수(예, 5-7℃)와의 온도 차이를 이용해 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술입니다.

비전통에너지란 기존 화석연료 채굴방식으로는 채굴되지 못했으나, 새로운 기술 개발로 채굴되고 있는 자원을 의미하는데, 크게 비전통 석유 및 비전통 가스로 구분됩니다.

우리나라 동해에는 총 9,000㎢에 달하는 지역에서 가스하이드레이트가 매장되어 있다고 알려져 있으며, 특히 울릉도와 독도 근해 수심 1,500m지역에 6억 톤에서 20억 톤 가량의 가스하이드레이트가 매장돼 있는 것으로 추정되고 있습니다. 얼음형태의 천연가스인 이 가스하이드레이트를 개발할 경우 짧게는 30년에서 100년 동안 쓸 수 있을 것으로 기대됩니다.

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각광받는 셰일가스

미국의 경우 채굴기술 발달, 정부지원, 수송 인프라 등을 기반으로 셰일가스 열풍(Shale gale)을 일으켜 생산이 크게 증가할 전망이다. 1998년 국내 천연가스 생산량 중 1.9%(2,800만㎥)에 불과했으나 2010년 24.1%(4억 8,000만㎥) 정도로 빠르게 증가하고 있습니다.

완화된 가스개발 관련 제도, 미국 전역과 연계된 수송 파이프 라인 등 시설 인프라, 관련 업계 간 활발한 M&A 등이 셰일가스 개발 활성화에 기여하고 있습니다. 또 Shell 등 석유 메이저의 진입으로 기술개발이 활발해져 셰일가스의 생산이 증가하고, 미국의 전통 천연가스 수입량이 크게 감소할 것으로 보입니다.

중국의 셰일가스 매장량은 36조㎥ 정도로 세계 최대 규모이며 셰일가스 선진국인 미국과의 협력을 강화하고, 12차 5개년 계획에 셰일가스 개발을 포함하는 등 개발에 적극적인 모습을 보이고 있습니다. 천연가스의 소비 비중은 2010년의 3.3%에서 2030년에는 5.2%로 증가하고, 천연가스 생산량 중 셰일가스의 비중이 2035년에 62%까지 증가할 전망입니다.

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신재생에너지의 한계 및 발전 방향

세계 각국이 신재생에너지 및 비전통 에너지와 같은 대체에너지 개발에 열을 올리고 있기는 하지만 아직까지 전체 에너지 소비에서 차지하는 비중은 낮은 편입니다. BP에서 예측하기를 세계에서 가장 빨리 성장하고 있는 신재생에너지의 경우 2010년의 생산 점유율 8.2%는 2030년이 되어도 13.2%에 불과할 것이라고 합니다.

즉 에너지 소비가 증가하면서 전 세계에서 사용하는 에너지의 대부분은 여전히 화석연료로 충당될 것으로 예상됩니다. 전통적 화석연료에 대한 높은 의존도는 에너지에 대한 수요 증가와 더불어 에너지 가격의 지속적인 상승을 유도할 것으로 예상됩니다.

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쓰레기에서 에너지를 만든다? 신재생에너지의 놀라운 힘

대체에너지의 보급률이 조기에 확대되기 어려운 가장 큰 이유는 높은 생산원가 때문입니다. 신재생에너지는 화석연료보다 발전단가가 매우 높은 편이며, 기술이 꾸준히 발전하고 있기는 하지만 비전통에너지의 개발비용은 당분간 전통적 화석연료에 비해 높을 것입니다.

즉 지속적인 수요 증가로 인해 전통적 화석연료의 가격은 지속적으로 상승할 것이며, 화석연료의 가격이 대체에너지 개발비용에 육박하는 순간부터 본격적인 대체에너지의 상업 생산에 돌입할 수 있을 것으로 보입니다.

대체에너지의 본격적 보급으로 국제 에너지가격이 안정화될 여지는 분명히 있습니다. 하지만 신재생에너지 또한 환경에 미치는 부정적 영향이 적지 않기에 일정 규모 이상으로 개발하기는 어렵습니다. 예를 들어, 육상풍력발전은 산림 훼손, 축산농가 피해, 자연경관 훼손 등의 문제가 있으며, 조력발전은 갯벌의 훼손 등 해양환경의 오염을 야기하고 있습니다.

한편 비전통 에너지 자체도 고갈성 자원이므로 전통적 화석연료의 고갈과 함께 에너지 가격이 지속적으로 상승할 가능성이 농후합니다. 즉 수요 자체가 줄지 않은 이상은 앞으로 상당기간 동안 에너지 가격은 지속적으로 상승할 것으로 예상됩니다.

따라서 우리 입장에서는 대체에너지를 보다 저렴하게 공급할 수 있는 기술개발 및 지속적인 투자, 전통적 화석연료뿐만 아니라 셰일가스, 오일 샌드 등 비전통 에너지원에 대한 광구권 확보를 위한 해외자원개발 노력 등의 공급관리정책을 지속적으로 추진해야 합니다.

동시에, 고효율 에너지 기기의 개발 및 보급, 에너지절약형 생활방식 정착 등 에너지 수요 증가 자체를 억제할 수 있는 수요관리정책의 확대도 병행해야 합니다.