(서평) 넷제로 에너지 전쟁 -정철균, 최중혁, 정혜원 作-

넷제로 에너지 전쟁 - 2050년 탄소 중립을 현실화하는 에너지 대전환의 서막 그리고 새로운 기회들
정철균.최중혁.정혜원 지음 / 한즈미디어(한스미디어) / 2022년 7월

리터당 1,000원 초반대에 불과했던 자동차 기름값이 불과 1년 반 남짓 시간이 흐른뒤에 이렇게나 많이 오를 줄 누가 알았을까. 작년부터 정부에서는 상승하는 유가에 맞춰 기업과 가계의 부담을 덜기 위해 급하게 시행한 유류세 인하 정책을 시행했다. 이후 국제 유가 증산 요구와 정부의 감세 정책 영향으로 리터당 2,000원을 상회하던 휘발유(경유) 값이 다소 안정이 되었지만 여전히 과거에 비해서는 높아진 기름값은 우리에게 많은 부분들을 시사한다. 아무리 네트워크가 잘 되어있고, 교통망이 잘 깔려있더라도 에너지 자원이 없으면 그 나라의 경제와 자원들은 순환하지 못하고 정체될 수 있고, 무용지물이 될 수 있다는 것. 에너지 자원은 우리인류의 발전에 속에서 늘어나는 공급과 수요와 함께 개발되어왔고, 이제 우리는 환경의 위기와 삶의 질 사이에서 에너지 자원의 또 다른 숙명적인 과제들과 마주하게 되었다.

Prologue : 에너지 대전환을 어떻게 실현할 것인가

인류가 고도화된 정보문명사회의 혜택을 누릴 수 있는 건 과거엔 불가능했던 풍성한 에너지 덕분이다. 에너지는 공기와 같이 부족하지 않을 땐 그 절실함이 잘 드러나지 않는다. 하지만 에너지 부족 사태가 발생하면 (정전, 석유파동) 우리 삶 곳곳에서 얼마나 많은 에너지를 소비하고 있는지, 그리고 하루하루 에너지가 얼마나 중요한 역할을 하는지 곧 깨닫게 된다. 지금 그 에너지가 새로운 원천으로 변화하는 중이다.

유엔 기후변화 정부협의체 (IPCC : Intergovernmental Panal on Climate Change) 의 2021년 8월 6차 보고서는 '기후 변화의 책임은 인간 활동에 의한 것' 이라고 규정했고, 온실가스 감축을 위해 지금 당장 움직여야 한다고 강조했다. 이러한 시대적 요구는 더 많은 비용을 치르더라도 에너지 전환을 당장 시행해야 한다는 당위성을 제공하고 있다. 각국 정부와 기업들, 시장은 이러한 변화에 진지하게 대응하고 있지만 가장 중요한 과제인 '어떻게 실천해야 실현할 수 있을 것인가' 란 구체성은 쉽게 찾아보기 어렵다.

우리는 이미 재생에너지로의 전환과 다변화된 에너지 포트폴리오의 시대로 이동하고 있다. 에너지 수요는 코로나19 팬데믹 이후 다시 늘어날 것이며 전력화를 통해 전기에너지의 형태로 빠르게 전환될 것이다. 전기에너지에 대한 추가 수요는 태양광과 풍력 에너지가 담당하게 될 것이다. 하지만 원자력과 같은 대규모 기저 전력 발생원에 대한 수요 또한 계속 선택지로 남게 될 것이다. 석유와 가스와 같은 기존 에너지원에 대한 탄소 배출 감소 기술들이 계속해서 개발될 것이고, 전환기술을 위한 에너지 산업이 성장할 것이다. 재생에너지가 본질적으로 지니는 발전원으로서의 불안정성을 보완하기 위한 에너지 저장장치 시스템 (ESS : Energy Storage System)의 성장은 필수적이다. 마지막으로 에너지 배분을 더 효율적으로, 그리고 분산화된 발전 체계를 관리할 수 있는 시스템 기술들이 필요하다. 에너지 대전환 시대를 이해하고 그 과정 속에 미래의 성장 동력이 무엇이 될 것인지 생각해야 하는 중요한 시점이다.

Chapter 01. 경제적으로 실현 가능한 에너지 대전환

- 에너지는 결국 효용과 비용의 싸움

에너지 소비 구조가 더디게 변화하게 되는 가장 근본적인 이유는 에너지가 돈과 매우 밀접하게 움직이기 때문이다. 국가 정책을 입안하는 과정에서도 녹색 에너지를 사용하기 위해 전체 전력 생산 비용을 증가시켜야 한다면 국가 전체의 산업 경쟁력에 악영향을 끼치게 된다. 그러므로 단순하게 더 삐사고 효율이 낮은 에너지를 지속가능한 에너지란 이유로 개인과 기업, 나아가 국가가 선택한다는 것은 경제적인 의사결정이 아니다. 그러나 현 시점에서 두 가지 전제 조건이 변하고 있다. 바로 가격 경쟁력과 넷제로에 대한 시대적 요구가 그것이다.

지속가능한 녹색 에너지가 더욱 저렴하게 공급된다면 에너지를 소비하는 모든 주체들에게 에너지 공급원을 결정하는 일은 매우 쉬운 일이 된다. 또한 재생에너지가 규모의 경제를 이루고 공급 체인도 제대로 갖추면서 이전과는 다르게 재생에너지로의 에너지 패러다임 전환은 속도가 붙을 수 있을 것으로 보인다.

또 다른 변화는 넷제로의 시대가 도래했다는 점이다. 글로벌 기업들은 앞다투어 탄소 중립을 선언하고, 모든 제품 생산 과정에서 기후 변화에 미치는 영향을 제거하려 한다. 이는 전기를 포함해 기업이 사용하는 모든 에너지를 온실가스가 발생하지 않는 에너지로 대체한다는 것인데 이러한 움직임이 사회 전반으로 확산되면 에너지 생산자들은 변화하지 않을 수 없다.

- 에너지 패러다임 전환에 대한 현실적 전망

1) 각국의 국내총생산 (GDP)은 코로나 19 팬데믹(대유행) 이후 다시 늘어날 것이다

2) 이에 따라 에너지 수요는 꾸준히 증가하게 되고, 특히 전기에너지에 대한 수요 증가 폭이 가파를 것이다.

3) 추가로 요구되는 전기에너지의 대부분을 재생에너지가 담당하게 될 것이며 태양광과 풍력이 그 핵심이 될 것이다.

4) 넷제로 요구에 따라 재생에너지로의 대체 속도는 가속될 수 있으며, 탄소 네거티브를 달성하기 위한 기술과 에너지 산업이 발전하게 될 것이다.

새로운 에너지 패러다임으로의 전환은 석유 시대의 종말이 아니라 재생에너지의 약진에 의한 새로운 기회의 장이 될 것이다. 기존의 에너지 기업들이 살아남기 위해 다양한 변화를 모색하고 또 새로운 에너지 기업들이 성장하는 과정에서 더 긍정적인 방향으로 에너지 시장이 발전될 것으로 보인다.

- 수송 부문 에너지 전환은 가속화

전기차 시대가 와도 결국 재생에너지를 통한 전기 공급이 이루어지지 않는다면 탄소 배출 감소란 궁극적인 목표에 이르지 못한다. 전기차를 이용하기 위해 석유, 가스를 이용해 전기를 만들면 효율은 직접 사용하는 것보다 못하다. 에너지를 전환하면 손실이 발생한다는 열역학 법칙은 여전히 유효하며, 기존의 에너지원으로 만든 전기로 전기차를 탄다면 진정한 에너지 전환이라고 보기 어렵다.

Chapter 02. 테슬라는 종합 에너지 회사를 꿈꾼다

- 테슬라가 그리는 에너지의 미래

테슬라의 비즈니스 중에 눈여겨봐야 하는 것 중 하나는 바로 가상발전소 (VPP, 소규모 에너지를 통합 관리하는 클라우드 기반 플랫폼)이다. 잉여 전기를 송전망에 되파는 자사 플랫 폼 오토비더를 기반으로며 운영은 아웃소싱을 한다. VPP는 인공지능 등을 활용해 분산된 전기 소비 정보를 수집하고 분석한 뒤 필요한 전력만 생산하는 맞춤형 발전사업이며, 오토비더는 테슬라 VPP 사업의 핵심이다. ESS 부터 전기차 배터리 등 흩어져 있는 전력을 네트워크로 통합한 뒤 하나의 발전소처럼 관리하는 역할을 한다. 특히 재생에너지 발전은 계절이나 날씨, 시간에 따라 발전량이 들쭉날쭉하기 때문에 이를 이용하면 정교한 수급 예측 및 수익화가 가능하다.

- 파워월의 시작, 곧 테슬라 에너지의 시작

가정용으로 개발된 파워월은 리튬이온 배터리로 만들어진 벽걸이형 소형 에너지 저장장치 (ESS) 이다. 파워월은 태양광발전을 통해 생산한 전기를 저장해 비상 상황에 예비 전원으로 활용할 수 있다. 그뿐 아니라 파워월은 전기 요금이 싼 시간대를 이용해 충전할 수도 있다. 가정에서 전력을 가장 많이 소비하는 건 아침과 밤이다. 하지만 태양광 발전이 최고조에 이르는 시간은 낮이다. 따라서 시간별로 전력 수급의 차이가 발생하는 만큼 낮에 저장한 전력을 그대로 전력 소비가 많은 시간대로 옮겨주는 이른바 피크 시프트 (peak shift) 를 통해 전기요금을 저렴하게 이용하는 것이 가능하다.

Chapter 03. 변화하는 에너지 기업들

- 지속가능한 미래를 준비하는 엑손모빌

거대 석유 기업들이 탈탄소 전략과 함께 전통적인 석유 사업 외에 다양한 친환경 사업과 재생에너지원으로 투자를 전환하고 있다는 사실을 주목해야 한다. 엑손모빌의 경우 탄소 포집 저장 (CSS), 바이오연료, 수소 등 탈탄소 사업 부문에 150억 달러 (약 18조 원)의 투자 계획을 수립했다. 또한 미래의 에너지 자원을 대비하기 위한 에너지 회의에서 엑손모빌은 크게 두 가지의 도전 과제를 제시했다.

1) 글로벌 에너지 수요 충족이다. 석유 업계가 전통적으로 지속해오던 에너지의 생산과 공급을 지속적으로 유지해 기본적으로 필요한 기초 에너지를 공급하고, 각 없계에 원자재로서 역할을 계속 수행해 나가겠다는 것이다.

2) 새로운 에너지 자원에 대한 개발과 투자이다. 엑손모빌이 주목하고 있는 핵심 기술과 자원은 탄소 포집, 저장, 수소 바이오 연료와 같이 지난 수십 년간 전략적으로 추구해온 부문이 될 것이라고 공표했다. 엑손모빌이 전통적으로 강점을 가지고 있는 기술을 바탕으로 새로운 에너지 시대에 적용할 수 있는 포트폴리오를 구성하겠다는 전략이다.

- 전통적인 에너지 생산자들에게 요구된 시대적 요구인 온실가스 배출 저감이 산업 전체에 기술 혁신 동력으로 작용하고 있다. 예전엔 추가 비용을 내고 사용할 가치가 없던 환경 친화적 에너지 생산 기술들이 이제는 에너지 자원에서 살아남기 위한 핵심 기술들로 인식되고 있다. 에너지 업계엔 이러한 기술들이 필요하기 때문에 에너지 기업에 다양한 기술을 제공하는 서비스 회사들은 위기이자 엄청난 기회의 순간을 맞딱뜨린 셈이다.

- 지속 가능 경영을 위한 기업들의 공동 선언 'RE100'

RE100은 'Reneuable 100%' 의 약자로 전 세계 기업들이 운영과 제품생산 등에 사용되는 전력을 100% 재생에너지를 활용해서 충당할 수 있도록 전환하는 것을 추진하는 이니셔티브이다. RE100에 가입하기 위해서는 상당량의 전기 수요가 있어야 하며, 2030년까지는 총 전기 소비량의 60%, 2040년까지 총 전기 소비량의 90%, 2050년까지는 총 전기 소비량의 100%를 재생에너지로 발전된 전기를 이용하겠다는 것을 준수해야 한다.

Chapter 04. 태양광 시대가 온다

Chapter 05. 풍력이 에너지 전력화의 열쇠를 쥐고 있다

Chapter 06. 에너지 항상성, 배터리가 답이다

전기의 여러 특성 중 주목해야 할 점은 저장이 어렵다는 점이다. 지금까지는 전력의 수요와 공급을 맞추기 위해서 소비의 부하 규모에 따라 발전량을 조절해왔다. 하지만 태양광, 풍력 등 재생에너지의 발전은 수요에 맞춰 능동적으로 발전 전력을 조정할 수 없다. 하지만 다행히 배터리 기술이 발전하면서 전력의 발전 단계 (발전소) 부터, 송배전, 소비까지 배터리가 에너지 저장에 대한 수단으로 다양하게 사용되고 있다.

ESS (Energy Storage System) 는 생산된 전력을 저장했다가 전력이 필요한 시기에 공급해 에너지 효율을 높이는 시스템이다. 에너지 사이의 시간 및 강약 차이를 극복해줌에 따라 에너지 효율을 향상시키고, 전기 품질 개선과 전력계통 안정화에도 기여할 수 있다. ESS엔 리튬이온 배터리가 널리 사용되고 있다. 리튬이온 배터리는 충 방전이 수월하며 전력을 저장 및 전달하는 속도가 수초에서 밀리 세컨드 단위라서 갑작스러운 정전과 같은 응급 상황이 발생해도 문제없다. 또한 다른 ESS 기술과 비교해 에너지 효율이 높으며 기술의 발전으로 가격이 점차 하락해 경제적이란 장점도 있다.

책을 읽으며 늘 가졌던 궁금증이 어느정도 해소된 것 같았다. 에너지 대전환에 대한 필요성은 더 이상 논의가 필요 없는 필연적인 과제이며 다만 현실적으로 어느만큼의 대체 에너지 자원이 활용될 수 있느냐의 여부가 중요한 핵심이다. 결국 에너지 대전환은 하루 아침에 이루어질 수 없으며 기존의 에너지원과 혼재된 채로 서서히 변화해야 한다는 말이기도 하다. 각종 비즈니스가 원활히 가공되고 우리의 생업이 유지되기 위한 기본 에너지 공급을 하루아침에 바꾸는 것은 어렵다.

탄소 감축과 기후 변화에 대응하기 위해 화석 연료를 이용한 에너지 발전 비중을 줄이기 위해서는 청정 에너지의 발전과 동시에 에너지의 효율적 사용을 위한 기술 개발이 동시에 이루어져야 한다. 에너지의 생산과 사용하는 사이클에서 환경을 파괴시키는 부산물을 내지 않는 청정 에너지원의 개발과 동시에 고효율의 태양광, 풍력 발전 및 인공지능과 머신 러닝을 이용한 전력 시스템의 성능 향상 등이 필요하다. 인류의 미래는 누구도 점 칠 수 없다. 다만 이제까지 우리 인류는 한계에 부딪칠때마다 기술개발과 노력으로 위기를 넘겨왔다. 에너지 위기가 기회가 될 수있도록 어느 때보다 이성적 낙관주의자 적 자세가 중요하다고 생각한다.