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by 한국현 Apr 11. 2021

신재생 에너지

초등학교 사회 수업시간에 화석연료의 매장량은 한계가 있고 길어봐야 40~50년이면 고갈된다는 선생님의 말씀을 들었던 기억이 납니다. 그 이야기를 들은 지 벌써 35년이 지났네요. 그런데 지금은 원 없이 사용할 수 있는 셰일층의 발견으로 화석 연료 걱정은 할 필요가 없는 시대가 되었어요. 이전에는 중동 지역을 중심으로만 석유가 나왔지만, 셰일 오일은 미국, 중국, 러시아를 포함하여 전 세계에 고루 분포되어 있다고 합니다. 셰일 가스는 더 많답니다. 불행히도 우리나라는 빼고요. 우리나라는 자원과는 인연이 없나 봅니다. 사람 빼면 아무것도 없는데 인구 증가율도 전 세계에서 가장 낮아요. 미래가 걱정이네요.

채굴 가능 매장량 기준 셰일 자원 보유국 Top10 (표 출처: http://www.eia.gov)

1차, 2차 오일쇼크를 거치면서 전 세계가 큰 어려움을 겪었고, 2000년대 중반부터 다시 오일 가격이 가파르게 상승하여 2014년에는 배럴당 $100 이상을 지속 유지했습니다. 잘 아시지요? 기름값이 너무 비싸서 주유소 가기가 무서울 정도였어요. 이때는 너나나나 할 것 없이 신재생 에너지가 유일한 해답이라고 생각했습니다. 그런데 2014년 말부터 오일 가격이 급격히 하락하면서 다시 상황이 달라졌지요. 2015년 하반기부터는 배럴당 $30을 왔다 갔다 하고 있으니 1년 만에 얼마나 많이 떨어진 것인지 이해가 되실 거에요. 오일 가격이 떨어지면 무조건 좋은 줄 알았더니, 오일과 관련된 많은 산업들이 동시에 헤매는 상황이 연출되었지요. 오일은 워낙 다양한 분야에서 사용되기 때문에 오일 가격의 변동이 미치는 영향은 생각보다는 복잡한 것 같아요.

그림 12. 오일 가격 히스토리

(출처: http://www.businessinsider.com/annotated-history-crude-oil-prices-since-1861-2014-12)

이야기가 잠시 삼천포로 빠졌네요. 이제 화석 연료의 매장량은 아쉬울 것이 없는 수준으로 많다는 것은 확인이 되었습니다. 그런데 이제는 환경 문제가 불거지기 시작했어요. 화석 연료를 원 없이 태우다 보니 지구 온난화가 심각한 수준으로 가속되기 시작한 겁니다. 환경 문제는 생각보다 심각하여 미래의 지구에 사람이 살 수 있느냐 없느냐의 문제로 넘어가고 있어요. 지구 곳곳에서 이상 기후 현상이 발생하고 극지방의 빙하가 녹아 해수면이 높아지면서 지면이 낮은 몰디브와 같은 섬나라는 이미 점점 잠겨가고 있답니다.

2015년 12월 파리 기후변화협정으로 다시 한번 분위기가 반전됩니다. 195개국이 모여 온실 가스 감축에 노력하기로 합의한 거지요. 다만, 미국의 트럼프 전대통령이 파리 기후변화협정을 탈퇴하면서 일부 혼선이 야기되긴 했지만, 2021년 1월 바이든 대통령이 당선되면서 다시 파리 기후변화협정에 복귀를 위한 행정명령에 서명하면서 일단락 되었습니다.

여기서 참고로 온실 가스에는 여러 가지가 있지만 그중에서도 이산화탄소가 전체 온실 가스의 77%를 차지하는 온난화의 주범이라고 해요. 이산화탄소는 화석 연료가 연소할 때 가장 많이 발생된다고 하네요. 화석 연료의 분자식을 보면 탄소(C)가 주렁주렁 달려 있습니다. 태우면 대부분의 탄소(C)에 산소(O2)가 달라붙으면서 이산화탄소(CO2)로 날아가는 것이지요. 과거에는 오일 가격 때문에 신재생 에너지를 개발하려고 했지만, 이제는 오일과는 관계없이 미래의 기후 변화 위기 문제를 해결하기 위해서 신재생 에너지를 개발해야 하는 상황이 된 것이죠. 신재생 에너지는 이제 선택이 아닌 필수가 되었답니다.

극지방의 얼음이 녹고 있어요 (사진 출처: http://www.dreammaker.media/?p=2260)

신재생 에너지에는 크게 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오 에너지, 폐기물 에너지, 연료전지, 조력, 파력, 태양열 등이 있습니다. 태양광 발전은 태양광을 전기 에너지로 바꾸어 발전하는 기술이고, 풍력 발전은 바람으로 큰 날개를 회전시켜 전기를 생산하는 기술이고, 수력 발전은 높은 곳의 물이 내려오면서 발전기를 돌려 발전하는 기술이에요. 지열 발전은 깊은 지하의 고온 천연 증기를 이용하여 터빈을 돌려 발전하는 기술이고, 바이오 에너지는 나무나 식물 등을 직접 연소 또는 발효를 통해 에너지를 얻는 기술이고, 폐기물 에너지는 어차피 소각해야 하는 폐기물을 소각하여 나오는 증기로 발전을 하는 기술이랍니다. 연료전지는 화학 변화가 일어날 때의 에너지 변화를 전기 에너지로 바꾸는 기술이고요. 가장 대표적인 연료전지로는 전기를 이용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 것을 역으로 이용하여 수소와 산소를 전극과 전해질을 통해 물로 만드는 화학 반응을 시키고 이때 두 전극 간에 발생하는 전위차를 이용하여 전류를 발생시키는 방식입니다. 조력 발전은 밀물과 썰물 때의 해수면의 차를 이용하여 발전하는 기술이고, 파력 발전은 파도의 상하 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 기술이고, 태양열 에너지는 태양열로 물을 데워 난방이나 온수로 사용하는 기술입니다. 참 다양하지요?

신재생 에너지를 사용하면 우리들은 무엇이 좋아질까요? 가장 큰 혜택은 지구 온난화의 속도를 늦출 수 있다는 것이겠지요. 화석 연료를 사용하지 않으니 공해 문제를 크게 줄일 수 있다는 장점도 있어요. 우리 세대에서는 큰 문제가 되지 않을 수도 있지만 우리 후손들에게 사람이 살기 어려운 환경을 물려주어서는 안 되겠지요. 모든 자동차들이 전기 자동차로 바뀌고 전기 발전도 화석 연료를 사용하지 않고 신재생 에너지를 사용하게 되면 도시에서도 맑은 공기를 마실 수 있는 날이 오지 않을까요? 신재생 에너지 기술이 발전하여 설치 비용도 크게 낮출 수 있다면 싼 가격으로 전기 에너지를 눈치 안 보고 쓸 수 있을 겁니다.

미국의 테슬라 모터스는 네바다 사막에 전기 자동차용 배터리 공장인 기가팩토리를 건설하여 운영중에 있어요. 필요한 전기는 태양광 발전과 풍력 발전을 이용하여 에너지 자립을 목표로 하고 있습니다. 2020년 현재 30% 수준으로 기가팩토리가 구축된 상태이고, 하루에 1,300만 배터리 셀(3천대의 테슬라 모델3용 배터리를 조립할 수 있는 양)을 생산하고 있다고 합니다. 또한, 전세계 곳곳에 지속적으로 기가팩토리를 건설하고 있어요. 테슬라는 가정용과 산업용 ESS(Energy Storage System)도 파격적인 가격으로 공급한다고 해요. ESS는 발전한 전기를 저장해 둘 수 있는 대형 배터리라고 생각하시면 됩니다. 테슬라는 전기자동차의 상용화도 앞당기더니 이제는 신재생 에너지 시장도 리드해 가는 행보를 보이고 있어요. 더 나아가서 지속가능한 문명을 위해 100만명 화성 이주 프로젝트까지 추진한다고 하니 정말 대단한 회사인 것 같아요. 우리나라에서도 이런 대담한 도전을 하는 회사가 나왔으면 좋겠습니다.

테슬라 기가팩토리 조감도 (출처: https://www.teslamotors.com/gigafactory)

최근에는 제로에너지 빌딩에 대한 기술 개발도 속도를 내고 있지요. 제로에너지 빌딩이란 건물 내에서 소비하는 에너지와 발전하는 신재생 에너지 양이 서로 같아지는 빌딩을 말합니다. 건물 내의 에너지 손실을 최소화하는 것이 가장 중요하고, 또한 태양광 발전, 지열 발전, 태양열 등과 같은 다양한 신재생에너지를 이용하여 필요한 에너지를 자체적으로 생산합니다. 요즘 학계에서는 투명한 유리창 자체가 태양광 발전 패널로 사용될 수 있는 기술까지 발표되었으니, 아무리 높은 건물이라도 제로에너지 빌딩으로 지어질 날이 멀지 않은 것 같아요. 아파트나 가정 주택도 모두 제로 에너지 빌딩이 된다면 정말 멋지지 않을까요? 하루빨리 전기료 없는 날이 왔으면 좋겠습니다. 그러고 보니 한전은 미래의 신규 사업을 준비해할 것 같네요.