기후 위기와 미래를 여는 에너지

▶세계가 직면한 도전:

우리나라를 비롯해서 북아메리카, 유럽, 일본 등 선진국에 살고 있는 사람들이 상대적으로 높은 수준의 삶을 향유하고 있습니다. 많은 가정이 자동차를 한 대 이상 소유하고 있고, 항공기를 이용한 장거리 여행도  그리 특별한 일이 아닙니다. 세탁기, 청소기, 건조기 등 많은 가전제품이 삶을 더 편리하게 만들어 주고 있습니다.

시간을 아끼고 편리한 삶을 살기 위해 사람들은 자동차 항공기, 다양한 디지털 기기등에 의존하고 있고, 더 많은 에너지를 사용하고 있습니다.

기후변화.자연 지속 가능성 from.unsplash

 

▶에너지와 자원의 소비:

에너지는 어떤 일을 하게 하는 능력을 나타내는 양입니다.

물건을 옮기거나, 빛을 내거나, 따뜻하게 데우거나, 차갑게 얼리거나 무엇이든 일을 하려면 에너지가 필요합니다.

에너지를 사용하기 좋은 형태로 연료 또는 전기형태로 변환하여 사용합니다.

전기 에너지를 만들기 위해 많은 발전소에서 석탄, 석유, 천연가스를 태우고 있습니다. 적은 비용으로 쉽게 에너지로 변환할 수 있는 각종 연료들은 우리가 일상생활에서 구입하고 소비하는 물품들을 만드는 데 필요한 연료들처럼 지구의 자원입니다.

 

 

▶세계가 맞닥뜨린 심각한 도전, 지구 온난화:

 

세계가 맞닥뜨리고 있는 심각한 도전, 바로 지구 온난화입니다. 이 도전에 대처하기 위해, 보다 높은 수준을 누리고 있는 나라의 사람들은 다가오는 미래의 전력 생산방식과 현재 생활방식을 바꿔야 만합니다.

그렇지 못하면 21세기 점점 늘어가는 재난으로부터 고통받게 될 것입니다.

표 1. 온도상승과 지구변화.

1도상승	해수의 온도상승은 80프센트의 산호초가 죽기 시작했다는 것을 의미합니다. 10퍼센터의 종이 서식지에 일어난 변화 때문에 사라질 수 있습니다. 물 부족으로 5천만명의 생명이 위협받을 수 있습니다.
2도상승	육상 빙하가 녹아 바다로 흘러들어 20센티미터까지 해수면을 상승시킬 수있습니다. 북극곰과 순록이 멸종 될 것입니다. 아프리카에서 6천만명 이상이 말라리아에 걸릴 것입니다.
3도상승	종의 40퍼센트가 멸종의 위협을 당할 것입니다. 최대 40억의 인구가 물 부족으로 고통당할 것입니다. 납부 유럽이 반사막화 될것입니다. 1억명 이상의 해안 거주자들이 홍수 의 위협을 당할 것입니다.
4도상승	오스트레일리아 대륙은 너무 더워져 밀이나 다른 곡물이 자랄 수 없을 것입니다. 남극의 얼음층이 녹기 시작해 해수면 이 더 상승할 것입니다. 아프리카의 농업 생산량이 15~30퍼트 감소할 것입니다.
5도상승	해수면이 12미터까지상승하여 런던, 뉴욕, 도쿄를 포함한 전 세계 대도시들의 절반이 심각란 홍수피해를 당할 것입니다.  중국과 인도에서 수억명이 물 부족으로 고통 당할 것입니다.

▶미래를 위한 전력 생산기술:

▶저탄소 혹은 무탄소 미래 에너지 기술:

인류가 필요로 하는 에너지를 공급하기 위해 태워지는 화석연료의 양은 지속적으로 줄여 나가야 합니다. 이 글을  쓰는 목적이 그 방안을 찾아보고, 다양한 기후 위기 해결 방법을  제시하며,  그 해결방법을 같이 공유하기 위한 글입니다. 

▶물을 이용한 전력생산:

물은 공기보다 1천 배나 무겁기 때문에 물의 힘은 대단합니다. 수도꼭지를 틀어 물줄기에 손을 대고 흐르는 물의 힘을 한번 느껴 봅시다. 그리고 많은 양의 물이 아주 빠르게 흐르고 있다면 그 운동 에너지가 얼마나 클지  한번 상상해 봅시다.  움직이는 물은 전력생산을 위한 무 탄소 생산 재생에너지원입니다. 물의 힘을 이용한 전력생산방법을 세 가지로 나누어 볼 수 있습니다. 

흐르는 물의 낙차와 속도를 이용하여 전기를 만드는 수력발전, 

밀물과 썰물의 움직임으로부터 전기를 만드는 조력발전, 이 그것입니다. 출렁이는 파도의 움직임을 이용해서 전기를 만드는 파력발전이 그것입니다. 그중에 수력 발전은 가장 널리 쓰이며 기술이 잘 확립되어 있는 재생에너지 생산 방식입니다.

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▶태양을 이용한 전력생산:

우리가 일 년간 필요로 하는 에너지의 몇 배가 되는 양이 태양으로부터 매일 지구로 쏟아져 들 오고 있습니다. 태양은 가장 큰 재생 에너지원입니다. 물의 순환을 만들어 강을 흐르게 하고, 대기의 흐름인 바람을 만들고, 해류를 흐르게 하고, 바이오 연료인 식물들을 자라게 하는 태양은 이 모든 에너지의 근원도 따지고 보면  태양으로부터 나온 것입니다. 태양의 복사 에너지로부터 에너지를 직접 수학하는 방식은 크게 보면 열을 이용하는 태양열 발전과 빛을 이용하는 태양광 (光) 발전이 대표적이고, 그 밖의 촉매반응이나 미생물 등을 이용하여 수소나 태양 연료와 같은 에너지 저장매체를 만들어 내는 방식이 있습니다.    

▶태양열발전:햇볕의 열(熱)을 이용해 전기를 얻는다.

흔히 지붕 위에 설치하여 사용하던 태양 집열판은 가정에 난방과 온수를 공급하기 위해 유용하게 쓰였지만, 태양열 (熱)  발전소에서는 넓은 면적으로 들어온 대양열 (熱) 을 여러 개의 거울을 이용해 한 곳으로 집중된 에너로 전기를 만들어 냅니다.

▶태양광(光) 발전:

햇빛을 바로 전기로 바꾼다.

집열식 태양열(熱) 발전과 달리, 태양광 (光) 발전은 우주 공간에서 인공위성이나 우주 정거장등에 에너지를 공급하기 위해 이미 오랫동안 사용되었고, 대규모 전력생산을 위해 태양광 (光) 발전소 또는 개별적 발전을 하는 주택이나 빌딩에서 활발히 사용되고 있습니다. 태양광 (光) 발전은  가까운 미래에 더 일반화된 전력 방식이 될 것으로 기대되고 있습니다.

▶원자력을 이용한 전력생산:

물질의 가장 작은 단위인원자 속에는 엄청난 양의 에너지가 갇혀 있습니다.

핵분열이 일어나 원자가 쪼개질 때에는 그중 일부의 에너지를 내보게 됩니다. 인류가 이 핵에너지를 처음 사용한 것은 제어되지 않은 폭발의 방식이었습니다.

바로 제2차 세계 대전이 끝나갈 무렵 일본의 히로시마와 나가사키를 파괴한 두 개의 원자폭탄입니다. 전쟁이 끝난 후 이 기술은 제어된 에너지 방출이 가능하도록 응용되어 발생하는 열을 이용해 터빈을 돌려 전력을 만들어낼 수 있게 되었습니다. 이제 원자력 발전은 전 세계에서 사용되는 전력의 15퍼센트를 생산하고 있지만 , 일본의 후쿠시마 원전사고의 경우처럼 여전히 심각한 우려와 함께 찬반의 논쟁 속에 있습니다.

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  ▶수소기반 에너지의 미래:

전기의 형태로 에너지를 생산하고 전력망을 통해 수요처로 에너지를 보내는 방식 외에 필요한 곳으로 에너지를 공급하는  또 다른 방법이 있습니다. 바로 수소와 연료전지를 이용하는 것입니다. 재생 에너지원으로부터 전력을 생산하면 이산화탄소가 발생하지 않지만, 태양은 항상 비치는 것이 아니고 바람은 언제나 부는 것이 아니다는 말처럼 태양발전소는 흐린 날이나 밤에는 전력생산을 할 수 없고, 풍력발전은 바람이 멈추면 따라서 멈춰야 합니다. 연료전지를 재생 에너지원과 함께 사용하면, 안정적이면서도 지속적인 전력공급을 할 수 있고, 자동차와 같은 교통수단을 을 위한 전력을 수소연료를 이용

해 공급할 수 도 있습니다

그렇다면 연료전지는 어떻게 전기를 만들어 낼까요?

연료전지는 충전할 필요가 없는 배터리와 같습니다. 연료전지안에 서는 수소와 산소가 만나 물과 전기를 만들어 냅니다. 그래서 충전하는 대신 수소를 계속 공급해 주기만 하면 끊임없이 전기를 생산해 냅니다. 천연가스를 뽑아내는 것이 그중 하나입니다. 어떤 연료전지 시스템에는 천연가스를 직접 넣어 주면 수소로 바꾸어 전기를 만들어 냅니다.

▶온실가스 배출을 줄이기 위해 반드시 필요한 세 가지:

 

온실가스의 배출량을 줄인다는 것은 큰 틀에서 보면 화석 연료를 기반으로 한 에너지의 사용량을 줄이겠다는 것을 의미합니다. 이를 위해  첫째는 경쟁력 있는 무탄소 에너지 변환기술이 필요합니다.  둘째는 에너지 수요를 완화시킬 수 있는 고효율 에너지 변환기술이 필요합니다. 셋째는 정책입니다.

저렴한 화석 에너지 대신 재생 에너지와 고효율 기술로 옮겨가면 단기적 관점에서 에너지 가격의 상승을 초래할 수 있습니다. 국가적으로 구속력 있는 배출량 감축을 선언하는 것이 장기적으로는  미래 에너지 기술의 발전을 유도하여 자국 내 에너지 생산과 소비 체계를 건강하고 지속 가능한 시스템으로 빠른 시간 안에 개선해 나가는데 도움이 될 수 있습니다. 하지만 이에 따른 단기적인 에너지 가격상승은 기업경쟁력을 악화시키고 저소득층의 에너지 소비를 제한하게 될 수 있습니다. 이와 같은 이유로 잘 준비되고 치밀한 정책과 계획이 필수적이며, 국제적인 합의와 국가 간 협력이 반드시 필요합니다. 이웃 일본과 유럽 선진국들은 어렵지만 신중한 선택을 하고 있는 듯이 보입니다.

태양광열 발전 from. pixabay

 

참조:미래를 여는 에너지.

저자:안젤라 로이스턴/김기헌 편역.

출판사:다섯 수레.