Think 8. 우리의 미래는 ‘에너지 자원‘ 확보에 달려 있다

미래가 온다, 미래 에너지 ㅣ 와이즈만 미래과학 9
김성화.권수진 지음, 이철민 그림 / 와이즈만BOOKs(와이즈만북스) / 2020년 9월

  21세기 4차산업혁명의 시대가 다가올수록 '과학상식'은 점점 더 중요해지고 있다. 그 가운데 '물리학'은 일반상식에 더 가까워졌으며, 우리의 일상은 '물리학'이라는 상식이 펼쳐지고 있다. 지금도 알게 모르게 '물리학'은 우리 일상을 점령하고 있으며 '물리학'을 모르면 점점 불편해지는 세상을 살아가게 될 것이다. 이게 뭔 소리냐고? 궁금하면 우리 주위를 둘러보라. '사람'이 있어야 할 곳에 '기계'가 대신하고 있는 현실을 느끼게 될 것이다. 아직도 사람과의 대화가 일상적이고 편하기에 '기계'가 완벽하게 사람을 대신하고 있지는 못하지만, 날이 갈수록 사람은 점점 눈에 띄지 않고 '기계'와 소통하기 위해 애쓰는 사람들만 늘어나게 될 것이다. 아니 벌써 그렇다. 콩나물대가리 같이 생긴 것을 귀에 꽂고 어느 곳에서나 '듣고 싶은 것'을 듣고, '기계 너머 먼 곳에 있는 사람'과 대화하는 것이 일상적이지 않느냔 말이다. 제3자가 봤을 땐, 허공에 대고 떠드는 미친 사람처럼 보이기도 하지만 '21세기 상식'에 익숙한 사람들은 그런 모습을 보더라도 전혀 낯설지 않고, 미친 사람처럼 보이지도 않을 것이기 때문이다. 이렇게 많은 사람들이 점점 알게 모르게 '물리학적 상식'에 빠져들고 있다.

  그렇다면 '물리학적 상식'이란 무엇일까? 그 어렵다는 '양자역학'에 능통하고 빠삭해야 할까? 그 정도라면 '전문적'이지 '상식적'이라고 하지는 않을 것이다. 그 상식 가운데 하나가 바로 '에너지'를 이해하는 것이다. 핸드폰을 사용하기 위해 전기충전을 하는 바로 그, '에너지'말인가? 맞다. 바로 그게 '에너지'다. 정확히는 '전기에너지'지만, 그건 중요하지 않다. 어차피 '에너지'는 변하고, 변하고, 변하고, 또 변하니까 말이다. 이를 테면, 전기에너지로 충전된 핸드폰이 '빛에너지'로 변환되어 우리 눈에 보이게 되고, 재미나게 핸드폰 게임을 하다보면 점점 뜨거워지며 '열에너지'로 발산되는 것이 느껴지며, 신나는 음악을 듣다보면 '소리에너지'로 변하는 것을 알 수 있다.

  그렇게 핸드폰과 한 몸처럼 일과를 보다보면 출출해지는 배를 채우기 위해 '음식'을 먹게 될 것이다. 음식의 재료가 무엇이든 '햇빛에너지'를 받아 광합성을 한 '식물'과 그 식물에서 에너지를 얻어 활동을 하는 '동물'을 주재료로 삼아 요리해서 만들어진 결과물이라는 것을 알 수 있다. 우리는 그 '에너지'를 몸속에서 소화를 시키기 위해 '화학에너지'로 변환시키고, 그렇게 충전된 에너지로 하루 일과를 해낸다.

  이런 식으로 에너지는 돌고 돌면서 수없이 변한다. 그런데 막상 '에너지'가 무엇이냐고 묻는다면 아무로 모른다. 에너지는 에너지일 뿐, 그게 무엇인지는 전문가인 '과학자'들도 어깨를 으쓱하며 갸우뚱거릴 뿐이다. 어쨌든 '에너지'가 있기에 우리는 일상을 편리하게 살아갈 수 있다는 것만 알면 된다. 그런 에너지 가운데 가장 핵심적인 에너지가 있는데, 바로 '전기에너지'다. 오늘날 산업의 근간이 되는 에너지이며, 전세계 어느 곳에서나 한순간이라도 '전기에너지'가 공급되지 않는다면 큰 혼란이 찾아올 정도로 '현대문명사회'에 꼭 필요한 에너지다.

  그런데 이 '전기에너지'를 마음껏 쓰지 못해 문제가 되고 있다. 왜냐면 비싸기 때문이다. 왜 비싸냐면 '에너지'를 모아둘 수 있는 방법이 없기 때문이다. 뜨거운 커피는 시간이 흐르면 차갑게 식는다. 이걸 과학적인 표현으로 바꾸면 '열역학 제2법칙'이라고 하며, 일명 '엔트로피의 법칙'이라 불리고 있다. 다시 말해, 모든 에너지는 모이는 것보다 흩어지는 걸 좋아한단 말이다. 이는 대단히 상식적인 일이며, 그 반대일 경우에는 끔찍한 일이 벌어진다는 사실도 '상식'으로 알아두면 좋겠다. 그 이유는 바로, 에너지가 흩어지지 않고 모일 경우에 점점점점 에너지가 응축되어질테고, 그렇게 응축된 에너지는 임계점에 다다르면 '폭발'을 일으킬 것이기 때문이다. 그 어떤 지옥을 상상하더라도 '그 이상의 끔찍함'을 경험하게 될 것이다. 우리 일상이 '열역학 제2법칙'에 따르는 것이 얼마나 평온하고 행복한 일상인지 다시금 깨닫게 되는 순간, '에너지가 비싼 이유'도 저절로 깨닫게 될 것이다.

  그래서 우리는 비싼 에너지를 힘들게 모은 돈을 써가며 만들고 또 만들지만, 애써 만든 보람도 없이 '저절로 흩어지는 에너지'를 보면서 속상해하기도 한다. 그런데 이렇게 값비싼 '전기에너지'를 무한정 만들 수 있다면 어떤가? 그것도 거의 공짜로 만들 수 있다면 말이다. 바로 '태양광에너지'와 '풍력에너지'가 그것이다. 아직까진 전기에너지를 만들기 위해 '화석연료'를 태워서 터빈을 돌리거나 '방사성물질'을 뿜어내는 원자력 발전을 사용하고 있다. 이는 '지구온난화'와 '방사선 노출'이라는 위험을 초래하기 때문에 절대로 안전하고 깨끗한 에너지가 아니다. 반면에 '태양광에너지'와 '풍력에너지'는 자연이 우리에게 준 선물이며, 그래서 우리에게 안전하고 깨끗하며 무한하기까지 하다. 하지만 아직까지의 기술로는 태양광에너지로 '배터리 충전'을 할 정도이고, 풍력에너지는 불었다 안 불었다 변덕스러워서 '대체에너지'로 완벽하지 않다는 것이 문제점이다.

  그렇다면 '미래의 에너지'로 대신할 것이 없을까? 있다. 심지어 과학자들이 이미 만들기도 했다. 바로 '핵융합에너지'다. 우리 나라에서 'K-STAR' 핵융합로가 이 실험에 성공을 하면서 미래 에너지에 한 발짝 더 다가가는 성과를 올리기도 했다. 핵융합에너지는 바로 '태양에너지'의 근원을 본떠서 만든 것인데, 아주 조그마한 태양이라고 불러도 틀린 말은 아니다. 태양이 엄청난 에너지를 만드는 재료는 고작해야 '수소분자' 2개 뿐이고, 이것이 합쳐져서 '헬륨' 1개가 생성될 때 어마어마한 에너지가 방출한다는 점을 착안해서 만들었기 때문이다. 그런데 앞에서도 말했다시피 '에너지'는 만드는 것보다 '저장하기'가 더 까다롭고 힘들기 때문에 애써 만든 엄청난 양의 에너지가 사라지는 것을 바라만 보아야 하고, 핵융합에너지를 계속 운용하는 것도 대단한 위험성을 갖고 있기에 아직 '실용화'를 하지 못하고 있다. 왜냐면 '핵융합에너지'는 그 자체로 '태양에너지'와 맞먹기 때문에 지구 안에 '태양'을 만드는 셈이 되기 때문이다. 현재의 과학기술로 '아주 조그만 태양'을 유지하면서 엄청나게 방출하는 에너지를 안정적으로 관리하기도 힘들다는 점이 우리가 넘어야 할 숙제인 셈이다.

  그밖에 또 연구하고 있는 에너지는 '초전도체 상태'에서 발현되는 '자기력에너지'인데, 쉽게 말해서 '자기부상열차' 같은 것을 말한다. 영화속에서 곧잘 등장하는 둥둥 떠다니는 운송수단이 바로 이런 '초전도체'를 활용한 자기력에너지를 실용화한 것인데, 문제는 '초전도체'를 활용하기 위해서는 '절대온도 0도'인 영하 273도를 유지해야 하는 것이 관건이다. 이를 해결하기 위해서 '상온'에서 초전도체 성질을 띠는 물질을 찾거나 만들어야 하는데, 아직까지 요원한 상황이다.

  또 하나의 미래 에너지원은 '우주 태양광'이다. 쉽게 말해, 우주에 '태양광 발전소'를 뛰운 뒤, 거기서 만든 에너지를 지구로 전달해 사용하는 기술인데, 아직까진 실험단계에 있으며 멀지 않은 미래에 실현될 것이라 전망하고 있는 에너지원이기도 하다. 곧 우리 나라도 참여하게 될 '아르테미스' 계획을 통해 달탐사와 달착륙에 성공하고나면 본격적인 우주자원 경쟁시대가 펼쳐지게 될 것이고, 앞서 말한, 에너지들이 우리의 새로운 일상을 차지하게 될 것이다. 이는 미래에는 '에너지'를 충분히 확보한 국가가 선진국이고, 강대국이 된다는 얘기이기도 하다. 대한민국이 여기서 뒤쳐지게 된다면 '미래는 없다'고 단언할 수 있을 것이다. 우리가 '물리학'을 상식으로 삼아야 하는 까닭도 바로 여기에 있다.