청정 재생 에너지의 과학과 기술

에너지의 과학 - 지금이 마지막 기회다 ㅣ 한림 SA: 사이언티픽 아메리칸 12
사이언티픽 아메리칸 편집부 지음, 김일선 옮김 / 한림출판사 / 2017년 5월

2015년 12월 프랑스 파리에서 유엔 기후 변화 협약(UNFCCC) 총회에서 온실 가스 감축과 지구 평균 기온 상승 억제에 대한 국제적 협정이 체결되었다. 이른바 ‘파리 협약’의 모태가 되는 전지국적 환경 보호 국제 협약인 ‘교토 의정서(1997)’의 주역이 앨 고어 전 미국 부통령(1993~2001 재임)이다. 앨 고어가 2008년 제안한 탄소 배출을 절감하고 화석 연료를 대체하는 에너지 개발 기술에 대한 검토가 이 책의 저술로 이어지는 하나의 요인이 된다.

이 책의 집필진은 ‘사이언티픽 아메리칸’이라는 미국의 대중 과학 잡지의 편집진이다. 오랜 기간동안 미국에서 사랑받는 대중 과학 잡지이기 때문에, 과학적 배경 지식없이도 부담없이 읽을 수 있는 수준이다(물론 물리, 화학, 지구과학에 배경 지식이 있다면, 더욱 좋을 것이다).

이 책은 2015년 현재 시점에서 6가지 실현 가능한 대체 재생 에너지원(태양열, 풍력, 원자력, 조력, 지열,바이오 연료) 의 문제점과 각각의 재생 에너지원을 이용한 발전(發電) 기술이 가진 처리 능력과 기술적 한계와 향후 실현 계획에 대해 소개하고 있으며, 이 때 발생된 전기를 전송하고 저장하는 기술에 대해서도 함께 소개하고 있다.

저자는 지속가능한 에너지 체계를 건설하기 위해, 지구 상에서 청정하고 재생가능한 에너지원으로 3가지(WWS : 바람(wind), 물(water), 태양(sun))를 이용해야 한다는 스탠포드 대학 연구 결과에 기초하고 있다. (* 재생가능한 에너지원을 이용한다는 의미는, 에너지원으로부터 전력을 이끌어내어 사용한다는 뜻이다. 그러기 위해서는, 에너지원으로부터 전력을 생산해내고, 생산된 전력을 저장하고 운송할 수 있는 기술이 필요하다 *).

아울러, 현재 시점에서 미완성 상태로 사용되고 있지 않지만 향후 미래에 개발 완료되어 쓰이게 될 재생 에너지원 발전 기술로 7가지를 소개하고 있다: 1) 핵융합을 이용하여 핵분열을 일으키는 핵융합 발전소, 2) 태양열로 만드는 일산화탄소 혼합물, 3) 개선된 태양광 전지, 4) 형상기억 합금 소재를 이용하여 열 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술, 5) 연료 효율을 개선한 파동 디스크 엔진(충격파 엔진), 6) 냉매 대신 자기 열량 효과를 가진 합금이나 열전자 물질을 사용하는 냉각 기술, 7) 이산화탄소 배출을 줄이는 청정 석탄 기술.

저자의 기본 입장은 청정 재생 에너지원을 활용하여 전력 에너지 생산 기술은 현실적으로 구현 가능한 수준이기 때문에 기술적인 문제는 전혀 없고, 다만 기존의 에너지 체계를 신생 에너지 체계로 전환하고자 하는 각 정부의 실행 의지에 오로지 달려 있다는 것이다. 즉, 정부에서 일관된 정부 정책을 수립하고 관련 업계와 과학 기술계를 독려하여 제품과 시스템을 구축할 수 있도록 하는 한편, 국민들로 하여금 에너지 발전소 건립에 필요한 사회적 비용의 분담에 대해 납득하여 수용할 수 있게끔 사회적 여론의 조성에 노력을 추진해야 한다는 것이다. 또한, 이런 일련의 활동이 전세계적으로 모든 국가의 참여가 요구된다는 것이다. 왜냐하면, 현재 가장 많은 온실가스 배출국은 중국이지만, 중국에서 서방국가인 유럽과 미국으로 수출되는 제품의 생산 과정에서 약 1/4이 발생되기 때문에, 중국과 서방 국가들도 함께 노력해야 한다는 것이다.

한편, 재생 에너지원을 이용하는데 장점만 있는 것은 아니며 극복해야 할 단점도 존재한다: 수력 발전도 가뭄에는 대책이 없고, 풍력 발전의 경우 불규칙한 전력 생산을 수집해야 하고, 원자력 발전의 경우 건설 비용 대비 안전성과 연료 효율성을 고려해야 하고, 조류나 해류 발전의 경우 환경 영향 평가를 통과해야 하고, 지열 발전의 경우 지진의 위험성에 대비해야 하고, 이산화탄소를 배출하지 않는 바이오 연료의 개발은 현재 단계에서는 시기상조이고, 에너지를 저장하고 먼 거리를 전송할 수 있는 기술은 완성된 것이 아니며 현재도 연구진행 중에 있다.

개인적으로는 이 책을 통해, 청정 재생 에너지원을 사용하는 발전 기술의 현재 수준을 알 수 있게 된 점이 좋았다. 자연스럽게 국내 재생 에너지 사정이 궁금해지기 시작했고, 국내 에너지 관련 개발 업체에 대한 정보와 정부의 에너지 정책에 관심을 갖게 되었다.

청정 재생 에너지를 이용하는 전력 개발에 관해 궁금한 사람에게 일독을 권한다.