231. 2050 에너지 레볼루션

지난 3개월 동안 환경과 에너지 공부를 집중적으로 했다. 처음엔 통대에서 필요한 용어만 익히려고 한 두 권만 읽으려다 조금 더 깊이 공부하고 싶은 마음이 들었다. 이 책은 그 동안 읽은 책들을 요약하는 성격이 강하다. 그래서 지난 3개월 간 공부한 기후와 에너지 관련 내용을 조금 요약하고자 한다.

1. 역사

우서 파란 하늘 빨간 지구 책에서 언급됐던 지구의 역사와 기후 변화의 역사에 대해서 잠깐 복습을 하고자 한다.

지구는 지금으로부터 약 45억 년 전에 생성되었으며, 생명은 35억 년 전쯤 최초로 출현한 이래 진화를 거듭하여 약 20만 년 전에 현생인류인 호모사피엔스로 진화하기에 이르렀다. 인류는 마지막 빙하기 무렵 북아메리카와 오세아니아까지 퍼져나갔고, 빙하기가 끝나는 기원전 1만 2천 년경에는 빙하가 덮지 않은 지구상의 모든 지역에 거주하게 되었다. 1만 년 전에 빙하기가 끝나자 지구는 현재 따뜻한 간빙기인 홀로세에 진입하였고, 기후가 온난해지면서 인류는 7천 년 전쯤 정착생활로 접어들었다. 그리고 정착하여 살게 되면서 드디어 문명시대의 마중물이라 할 수 있는 신석기 농업혁명을 이루었다.

신석기 농업이 시작된 이후 인류가 기후 때문에 가장 극심하게 고통받았던 시기로는 기원전 8세기에서 기원전 3세기까지, 그리고 14세기에서 19세기까지 두 번의 "소빙하기" 를 꼽는다. 이 두 차례의 소빙하기는 인류에서 가장 혼란스러웠던 시기인 동시에 문명을 도약시킨 시기이기도 했다.

기원전 2천 년부터 거대한 화산 폭발이 심해지고 기후는 점차 한랭 건조해졌다. 그로 인해 식량이 부족해지자 인간 사회에는 정치, 경제, 사회적 갈등이 증폭되었고, 결국 고대 문명이 무너졌다. 이후 기원전 8세기부터 기원전 3세기까지는 그 전보다 혹독한 재해성 기후로 농업 생산량이 크게 떨어졌다. 이후 유럽 지역의 중세 온난기였던 9세기에서 13세기까지는 기후 조건이 좋아졌다. 13세기 말에는 지구상의 인구가 4억 명으로 증가할 정도로 번영하였다. 그러나 이후 14세기에서 18세까지 400여 년에 걸쳐 북반구의 평균 기온이 0.6도가 낮아진 소빙하기를 다시 겪게 되었다.

산업 혁명 이후 250년 만에 지구에는 1도의 기온 상승이 일어났고, 2100년에는 해수면이 최대 1.1m 상승할것이라는 전망이 나왔다. 지금부터 온실가스를 줄이지 않으면 21세기 말에는 4도 가량 평균온도가 상승하게 될 것이다. 그에 따라 100억 명의 인류가 먹을 식량과 물을 확보하기가 더욱 어려워지는 것은 물론, 해안 근처의 대도시가 침수될 위험에 직면하게 된다.

2. 지구온난화가 왜 문제인가?

지구 기온이 약간만, 그러니까 섭씨 1도나 2도 정도만 올라가더라도 실제로는 큰 문제가 발생할 수 있다는 사실을 알고 매우 놀랐다. 사실이다. 기후학에서 1~2도는 매우 심각한 문제다. 가장 최근의 빙하기 때 지구 온도는 지금보다 겨우 섭씨 6도 낮았을 뿐이다. 공룡이 지구를 지배하던 시절 지구의 평균 온도는 지금보다 섭씨 4도 높았을 뿐인데, 이때 북극권 북쪽에는 악어도 살았다.

3. 에너지는 왜 중요한가?

에너지 빅뱅 책에서 에너지는 왜 중요한가에 대한 이야기를 하고 싶다. 지나고 보면 에너지는 인류 역사를 바꾸어왔다. 나무장작과 숯을 거쳐 석탄이 증기기관의 연료로 쓰이며 대량생산의 산업혁명을 이루었다. 석유가 나와 내연기간이 개발되면서 산업혁명이 새로운 단계에 도달했고 전기가 발명되면서 3차 산업혁명이 꽃을 피웠다. 이제 들어간 4차 혁명은 새로운 에너지를 만들고 이것은 인류 문명과 역사를 또 한 번 바꿀 것이다. 에너지 패러다임의 변화가 산업과 경제의 패러다임을 바꾸고 그것이 역사의 패러다임도 바꿀 것이다.

세상은 변하고 있다. 세상에 변하지 않는 것은 없다. 영원한 약자는 있을지 몰라도 영원한 강자는 없다. 분명한 것은 변화에 적응하지 않는 강자는 없다는 것이다. 다른 곳에서는 나무를 쓸 때 영국은 석탄으로 산업혁명을 일으켜 해가 지지 않는 대영제국을 영위했고, 다른 나라가 석탄에 중독되어 있을 때 석유를 개발한 미국이 2,3 차 산업혁명을 연달아 터트려 세상에 대한 장악을 21세기까지 이어가고 있다. 기술혁명에 셰일혁명까지 일으킨 미국이 4차 혁명을 이끌 것이라는 것은 누구도 부정하지 않을 것이다.

그러나 지금은 역사상 가장 번성한 문명을 만든 원동력인 화석에너지의 과다사용과 식량확보를 위한 산림파괴 등으로 지구의 온도가 가파르게 상승하고 있도, 인류 문명은 절박한 생존 위기에 처해 있는 것이 현실이다. 지금이야말로 지구온난화로 인한 기후위기를 극복할 혁신과 대전환이 필요하 시점이다.

4. 온실가스를 배출하는 인간의 활동

다음 표는 온실가스를 배출하는 인간의 활동을 항목별로 분류한 것이다.

무언가를 만드는 것 (시멘트, 철, 플라스틱) 31%
전기 (전력생산) 27%
무언가를 기르는 것 (식물, 동물) 19%
어딘가로 이동하는 것 (비행기, 트럭, 화물선 ) 16%
따뜻하고 시원하게 하는 것 (냉난방 시설, 냉장고) 7%

5. 기후위기 문제를 해결하기 위한 기술에는 어떤 것들이 있는가?

(1) 기술 - 이산화탄소포집기술

기후 변화 문제를 해결하기 위해서는 기술의 힘이 필요하다. 그런데 비용이 많이 드는 것이 문제이다. 대기 중의 이산화탄소를 직접 빨아들이면 얼마나 돈이 들어갈까? 이미 이 기술은 직접공기포집이라는 이름으로 사용되고 있다. 직접공기포집은 비싸고 제대로 입증되지 않았지만 대규모로 작동시킬 수만 있다면 배출된 시기와 장소에 상관 없이 이산화탄소를 포집할 수 있다. 직접공기포집으로 이산화탄소를 제거하려면 얼마나 큰 돈이 필요할지를 파악하려면 두 가지 데이터가 필요하다. 전 세계 배출량과 직접공기포집을 사용해 온실가스를 포집하는 데 들어가는 비용이다.

우리는 매년 510억 톤이 배출된다는 사실을 이미 알고 있다. 공기에서 이산화탄소 1톤을 제거하는 비용은 아직 확실하지는 않지만 1톤당 최소 200달러가 필요하다. 여기에 어느 정도의 혁신이 일어난다면, 현실적으로 1톤당 100달러까지 비용을 낮출 수 있다고 전문가들은 생각한다. 따라서 앞으로 1톤당 100달러를 기준으로 계산하겠다.

비용은 아래의 식으로 계산할 수 있다.

매년 510억 톤 x 1톤당 100달러 = 매년 5.1 조 달러

즉, 기후 변화를 해결하기 위해 통상적인 수준의 직접공기포집 기술을 사용하고 온실가스가 계속 배출된다고 가정하면 우리는 매년 5.1조 달러를 투입해야 한다. 이는 세계 경제의 약 6퍼센트에 해당하는 규모다.

(매우 큰 액수같이 들리겠지만 우리가 코로나 19 펜데믹 상황에서 경험했던 것에서 볼 수 있듯이 탄소 배출량을 줄이기 위해 경제를 부분적으로 폐쇄하는 것보다는 직접공기포집을 사용하는 것이 더 저렴하다) 로디움 그룹의 데이터에 의하면 미국에서 1톤당 포집 비용은 2,600 달러에서 3,300 달러 사이다. EU 에서는 1톤당 4,000 달러 이상이다. 다시 말해 우리가 언젠가 달성하고자 하는 목표인 1톤당 100달러에 비하면 현재 비용은 25~40 배 비싼 것이다.

그래서 이 방법은 극도로 비효율적인 방법이 될 것이다. 더욱이 매년 5.1조 달러나 되는 기금을 모든 국가가 일정 비율대로 나눠서 지불하게 할 현실적인 방법도 없다. 우리가 지금 배출하고 있는 온실가스를 관리하는 데에만 5만 개 이상의 직접공기포집 공장이 필요하다. 게다가 직접공기포집은 이산화탄소만 포집할 수 있고 메탄을 비롯한 다른 온실가스는 포집하지 못한다. 그리고 해결책 중에서 가장 비싸다. 차라리 처음부터 온실가스를 아예 배출하지 않는 것이 더 쌀 것이다.

(2) 기술 - 지구공학

대부분의 지공학 연구자들은 대기로 배출된 온실가스가 초래한 온난화를 완화하기 위해서는 지구에 도달하는 햇빛의 양을 약 1퍼센트 줄여야 한다고 생각한다. 이렇게 할 수 있는 방법에는 여러 가지가 있다. 하나는 각각의 지름이 몇백만 분의 1센티미터 정도로 작은 극도로 미세한 입자를 대기의 상층에 살포하느 것이다. 과학자들은 이런 입자들이 햇빛을 분산시키면 지구를 식힐 수 있다는 것을 알고 있다.

지구공학에서 활용하는 또 다른 방법은 구름 표백이다. 구름의 윗부분을 염수로 구름을 인공적으로 더 희게 만들면 더 많은 햇빛이 반사될 것이고 지구는 더 시원해질 것이다. 그렇다고 엄청나게 많은 구름을 표백할 필요는 없다. 지구 표면의 10퍼센트를 덮고 있는 구름의 밝기를 10퍼센트만 높여도 지구에 도달하는 햇빛 1퍼센트가 줄어든다.

기후변화는 말 그대로 모든 국가가 참여해야 할 세계적 의제이므로 한 국가가 단독으로 지리공학 실험을 단독으로 단행할 수도 없다. 더 많은 세계적 합의가 이뤄져야 한다. 하지만 지구공학은 수년 또는 수십 년 내에 경제를 망가뜨리지 않고 지구 온도를 낮출 수 있는 유일한 방법으로 알려져 있다. 선택의 여지가 없는 날이 언젠가는 올 수도 있다.

(3) 기술 - 우주태양광발전

태양빛은 대기 중에서 약 30% 가 흡수되거나 산란된다. 지표면에 도착하는 건 70% 정도다. 그것도 낮에만 한정되고, 아침이나 저녁이 되면 대기권을 통과하는 길이가 길어져 지표면에 도달하는 양이 더 적다. 거기에다 흐리거나 비가 오면 당연히 처참할 정도로 발전 효율이 떨어진다.

하지만 지구에서 가까운 우주에 태양광발전을 한다면 이런 문제가 모두 해결이 된다. 우주에서 얻을 수 있는 태양광발전량은 지구표면에서 얻을 수 있는 최대 에너지의 144%에 해당된다. 더구나 하루 종일 발전이 가능하며 대략 지상에 비해 같은 면적에서 10배의 태양광발전량을 얻을 수 있다. 또한 발전량이 일정하기 때문에 24시간 언제나 공급이 가능하다. 또 하나, 무선 송전 방식을 택하기 때무에 필요한 곳으로 바로 쏘아줄 수 있다는 것도 매력적이다.

하지만 넘어야 할 기술적, 경제적 문제가 쌓여 있다. 크게 세가지이다.

먼저, 현재 조건에서 우주태양광발전에 필요한 장비는 모두 지구에서 로켓으로 쏘아올려야 한다. 로켓 재활용 기술이 정착되면서 비용이 많이 싸졌다고 하지만 아직도 만만한 가격이 아니다.

두 번째로, 지상에서 쓰는 태양광 패널은 우주에서 쓸 수 없다. 우주에는 주로 태양에서 날아오는 방사선이 지상과 비교가 안 될 정도로 빽빽하다. 기존 패널로는 오래 버틸 수가 없다.

세 번째로는 생산한 전기를 지구로 보내는 무선 전송기술 문제이다. 현재 일본을 비롯한 몇 나라에서 실제 검증과정을 거치고 있는데, 주로 레이저나 마이크로파로 전송한다. 그런데 이 전기를 받기 위한 장치가 꽤 많은 면적을 차지한다. 더구나 인구 밀집지역에 설치하기엔 좀 문제가 있다.

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이 책을 읽고 며칠이 지나 우주에서 생산된 태양광 에너지를 지구로 전송하는 실험이 첫 성공을 거둔 데 이어 우주 태양광 발전의 현실화 가능성을 탐색한 선진국들이 대규모 투자에 나서고 있다는 기사를 봤다. 우주 공간에 태양광 패널을 펼쳐 기상조건이나 낮밤에 관계없이 전기에너지를 생산하는 우주 태양광 에너지가 가까운 미래 새로운 친환경 에너지원이 될 수 있을지 모르겠다.

(4) 기술- 핵융합
왜 아직 핵융합발전이 상용화되지 못했을까? 태양의 경우 압력이 지구 표면에 비해 2600억 배로 아주 높다. 밀도도 아주 높다. 이런 압력과 밀도 조건에서는 1500만 도라는 비교적 낮은 온도에서 핵융합이 일어난다. 지구에서 이렇게 높은 압력과 밀도를 만들면 들어가는 에너지가 너무 크다. 핵융합으로 만드는 에너지보다 들어가는 에너지가 더 크니 아무 소용이 없다. 하지만 압력과 밀도를 높이는 대신 온도를 1억 도 정도로 올리면 지구에서 핵융합이 일어난다. 여기서 기술적 난제는 1억도까지 올린 온도를 안정적으로 유지하는 것이다.

(5) 수소에너지

어떻게 보면 앞서 설명한 방법 중에서 가장 현실적인 방안은 수소에너지인 것 같은데 아직 비용의 벽을 넘고 있지는 못하다. 전 세계적으로 수소 생산은 천연가스 추출 48%, 부생수소 30%, 석탄 추출 18%, 수전해 4% 수준으로 이루어지고 있다. 2021년 기체수소 제조기술 중 비용 측면에서 가장 저렴하게 수소를 생산하는 방법은 천연가스 추출 기술이다. 그러나 이 방법은 이산화탄소를 발생시키므로 이산화탄소 포집, 활용, 저장 (CCUS) 기술과 연계한 블루수소가 당분간 수소의 주 생산원으로 활용될 것으로 예상되며, 신재생에너지의 간헐성과 비용이 개선되고 수전해 기술이 발전하여 비용이 감소하면 최종적으로 수전해에 의한 그린수소가 활용될 것이다. 수소가 경쟁력을 가지고 보급되려면 어느 정도의 투자가 이루어져야 할까? 글로벌 수소위원회에서는 2030년까지 700억 달러의 투자가 진행된다면 다른 저탄소 수단과 비교하여 수소가 가격 경쟁력을 확보할 수 있다고 한다. 수소 생태계를 위한 대규모 투자가 진행된다면 기대할 수 있는 효과는 원가 하락이다.

6. 기업이 해야할 일

1. ESG

사회 경제 문제들은 공동체의 문제로 인식되고 있으며, 기업이 단지 제품을 생상하는 생산자로만이 아니라 사회의 구성원으로서 우리 사회 문제 해결에 보다 적극적으로 참여하도록 하기 위해 ESG 가 시작되었다. 최근 전 세계 기업들은 ESG 경영에 관심을 두고 적극적인 활동을 하고 있다. ESG 경영을 실천하지 않는 기업에 대해서는 더 이상 투자하지 않겠다는 커다란 움직임이 물결처럼 일고 있기도 하다.

우리가 ESG 에 관심을 가져야 하는 여러 가지이다. 첫째는 우리 나라 유가증권시장에서 외국인 보유 비중이 40% 전후로 글로벌 시장에 많이 노출되어 있기 때문이다. ESG 가 비재무적 요소이긴 하지만, 기업의 이익과 그에 따른 투자 수익률에 긍정적인 영향을 미치기 때무이다. ESG 등급이 우수한 기업들은 수익률도 우수하다는 것이다.

피치북에 따르면 전 세계적으로 기후 기술과 관련이 있는 벤처 기업으로 유입된 투자금은 2012년 10억 달러에서 2020년에는 160억 달러로 무려 16배 증가했다. 기후 기술 분야에 투자금이 몰리면서 기후 기술을 기반으로 한 신생 스타트업들도 부상하고 있다. 기후 기술 스타트업들은 주로 인공지능, 클라우드, 드론, 자율주행, 정밀 농업, 재생에너지와 스마트그리드 등의 도메인 전문 기술의 융합을 통해 탄소 저감과 기후적응 과제를 해결하고 있다.

2021년 기준으로 기후 기술 스타트업은 전 세계에 3천 개 이상이고, 이 중 유니콘 기업이 78개나 될 정도로 성장성도 크고 유망한 분야이다. 기후 기술에 관심을 갖고 투자한다면 기업은 기후 리스크를 줄일 수 있고, 투자수익을 통해 미래 보장까지 되는 효과를 얻을 수 있다. 기후 기술에 더 많은 관심이 필요하다.

2. RE 100

RE100 참여 기업이 지속적으로 늘고 있다. 2021년엔 애플, 구글 등 글로벌 기업 309개 사가 RE100 참여를 선언했다.

7. 정부 & 국제사회가 해야할 일
7.1 탄소국경제도

강한 온실가스 규제가 도입된 국가가 위치한 기업은 외국 경쟁 업체에 비해 생산비용이 상승하여 피해를 입을 수 있으며, 온실가스 규제가 약한 국가로 사업장을 이전하거나 경쟁국가의 생산을 증가시키려고 한다. 이러한 현상을 '탄소누출' 이라고 한다. 이러한 취지에서 탄소국경조정제는 온실가스 배출에 대한 국가 간 감축의욕의 차이를 보정하는 무역제한을 도모하기 위한 제도로, 그 방법은 다양한 형태로 부과할 수 있다.

7.2 Fit for 55

2021년 7월 14일 EU 집행위원회는 2030년까지 탄소순배출량을 1990년대 대비 55%수준으로 감축하고, 2050년에는 탄소중립을 달성하겠다는 Fit For 55 를 발표했다.

7.3 정부의 에저니 전환 R&D
제 4차 에너지 기술개발계획 (2019-2028) 에서는 에너지 전환을 선도하는 4대 과제, 16개 중점기술 분야 및 50개 추진과제를 선정하여 10년간의 에너지 기술개발의 방향을 제시했다.

7.5 IPCC 지구온난화 1.5도 특별보고서
유엔기후변화협약 당사국총회는 2015년 파리협정에서 2100년까지 지구 평균온도가 산업화 이전보다 2도 이상 상승하지 않도록 하되, 1.5도를 넘지 않도록 노력한다라는 데 합의한 바 있다.

8. 개인이 해야할 일

기술이나 기업이 기후변화를 위해서 해야할 일과 개인이 해야할 일은 다르다. 개인은 작은 실천을 통해서 참여하면 된다.

- 백열등 대신에 LED 사용하기

- 대중교통, 걷기나 자전거로 이동하기

- 일반 쓰레기와 음식 쓰레기 줄이기

- 고지서 이메일로 받기

- 일회용 컵 대신 텀블러 사용하기

- 헌책과 헌 물건, 헌 옷 등 기부하기

- 양치할 때 수돗물 잠그기

- 장 보러 갈 때 장바구니 챙기기

- 전자제품을 사용하지 않을 때는 플러그 뽑기

- 환경보호영 제품 사용하기

- 분리수거 생활하기

우리가 일상에서 습관적으로 해오던 행동들이 지구온난화를 더욱 가속화할 수 있다. 우리 모두, 지금부터 미래를 위해 절제되고 현명한 에너지 사용으로 지구를 보호하는 데 나서야 할 것이다.