에너지의 특성과 구분
에너지란 물리학에서 나온 개념으로 '일하는 능력'으로 정의하며 이렇게 일하는 능력으로서의 에너지는 운동에너지, 위치에너지, 열에너지, 빛에너지, 소리에너지, 전기에너지 및 화학에너지 등 많은 형태의 에너지로 나타낼 수 있다. 이러한 에너지는 다른 에너지로 전환되며, 전환 전후의 에너지의 총합은 항상 일정하게 보존된다는 물리학의 중요한 기본 법칙인 에너지보존의 법칙(law of energy conservation)을 따른다.
에너지사슬에 의해 에너지 유형을 분류하면 자연이 제공하는 원래 형태 그대로 아직 가공하지 않은 상태의 에너지원을 1차 에너지라 하며 화석연료인 무연탄, 갈탄, 석유, 천연가스가 있으며 핵연료로 우라늄, 토륨이 있고 재생가능 에너지원으로 풍력, 태양광, 태양열, 수력, 바이오매스, 지열, 조력 등이 있다. 이러한 1차 에너지를 가공하여 사용가능한 에너지원으로 바꾼 코크스, 연탄, 조개탄, 휘발유, 연료유, 전기, 지역난방열 등을 2차 에너지라 하며, 2차 에너지가 소비자에게 전달되어 운반 손실 등을 제외한 사용가능한 에너지를 최종에너지(end-use energy)라 한다. 최종에너지에서 에너지 변환에 따른 손실을 제외한 실질적으로 사용하는 열, 빛, 소리, 기계적 힘, 화학에너지 등을 실용에너지(practical use energy)라 하며 보통 투입된 1차 에너지의 1/3 정도가 실용에너지로 사용되고 있다.
그리고 대체에너지(alternative energy)란 1973년 10월 제1차 오일쇼크와 1978년 12월 제2차 오일쇼크 이후 석탄, 석유 등 화석연료를 대체한다는 의미에서 사용되었으나, 1980년 이후 천연가스, 원자력 등의 사용이 증가되고, 환경오염의 문제가 심각해짐에 따라 최근에는 청정에너지(clean energy)인 신재생에너지, 미래에너지를 의미한다. 여기서 신재생에너지(new renewable energy)란 '신에너지 및 재생에너지 이용, 개발, 보급 촉진법'에 의해 기존의 화석연료를 변환시켜 이용하거나 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지를 말하며 8개 분야의 재생에너지(태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지)와 3개 분야의 신에너지(연료전지, 석탄액화가스화, 수소에너지)로 총11개 분야를 신재생에너지로 지정하고 있다.
인구증가와 에너지의 위기
지구에 사는 사람들의 수는 계속 늘어나고 있다. 1950년에는 지구에 약 25억 명의 인구가 살았으며 1990년쯤에는 55억 명에 이르렀고 2002년에는 62억 명, 2010년에는 대략 69억 명이 살고 있다. 그 중에서 중국인구가 13.5억 명, 인도인구가 12.1억 명, 아프리카 인구가 10억 명 등으로 발전도상국의 인구가 56.7억 명으로 전체인구의 약 80%를 차지하고 있으며 유엔의 추정에 따르면 2025년의 지구 인구는 약 85억 명에 이를 것이라 한다. 현재 약 20%의 인구가 살고 있는 선진국이 전 세계 에너지의 50%를 소비하고 있는 상황에서 향후 발전도상국이 선진국으로의 도약에 따른 에너지소비의 증가와 인구증가에 따른 에너지 소비량을 감안하면 향후 100년간은 기존의 부존자원으로 지탱할 수가 있는 것으로 연구되고 있지만 석탄이 전체 부존자원 가운데 가장 많은 몫을 차지하고 있으며 실질적인 에너지 수요는 석유와 천연가스에 집중될 수 있기에 부존자원의 지속 기한은 더 단축될 운명이다. 이러한 에너지 위기의 문제를 완화하는 해결책으로 선진국들이 에너지 효율성을 높이고 에너지 절약에 더욱 힘쓰는 것이며, 또한 신재생에너지의 비중을 높이는 데 주력하여야 할 것이다. 참고로 스웨덴은 2006년 기준으로 신재생에너지의 사용 비율이 44%를 넘고 있다. 우리나라의 경우 2008년 말 기준으로 1차 에너지에 대한 신재생에너지의 비중이 2.4%에 불과하며 향후 2030년까지 신재생에너지의 비중을 11%로 계획하고 있어 더욱더 비중을 높여가야 할 것이다.
녹색에너지의 종류와 현황
태양광발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전기술로서 우리나라의 태양광 기술수준은 선진국의 75~85% 수준으로 태양전지 소재에서 시스템기술까지 태양광기술 전 분야에서 기술개발을 추진하고 있으며 전반적인 태양광발전의 설계 및 설비 수입의존도는 75%로 높은 편이다. 2008년 말 기준으로 356MW의 태양광발전이 생산되고 있다.
풍력발전은 바람의 운동에너지를 이용한 발전방식으로 화석연료 대체효과가 매우 크며, 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치함으로써 국내 토지이용을 합리화할 수 있다. 우리나라의 풍력발전설비의 핵심기술은 세계수준의 79%이며, 국산화율은 설계 63%, 제작 및 생산 80%로 계속적인 기술개발 노력이 필요하다. 2008년 말 기준으로 278MW의 풍력발전이 생산되고 있으며 2013년까지 풍력발전용량의 목표는 2,237MW로 잡고 있다.
조수 간만의 수위차로부터 위치에너지를 운동에너지로 바꾸어 전기에너지로 전환하는 발전방식으로 조석 간만의 차가 큰 만이나 강 하구에 댐을 건설하고 밀물과 썰물 때에 터빈을 돌려 발전하는 시스템으로 수력발전과 유사하다. 조력발전은 조석 간만의 차가 큰 지역으로 한정되어 입지조건이 까다롭고, 조위가 일정한 시간대에서는 발전할 수 없으며, 시설 기반 비용이 비싸다는 단점이 있다. 현재 우리나라에는 세계 최대 규모인 254MW의 시화호 조력발전소가 2010년 말 완공 목표로 공사 중이다.
바이오에너지는 에너지작물, 나무와 식물, 사료 등 농산물 및 부산물, 임산부산물, 수생식물, 동물분뇨, 유기성 도시쓰레기, 유기성 산업쓰레기 등의 바이오매스(bio-mass)를 원료로 생산된 에너지를 말하며, 바이오가스, 바이오에탄올, 바이오디젤 및 바이오매스의 직접연소에 의한 열과 전기를 포함한다. 이러한 바이오에너지는 재생성을 가져서 자원이 고갈될 문제가 없으며 식물이 자라면서 광합성에 의해 이산화탄소를 흡수하기 때문에 지구온난화 대처에도 매우 효과적인 자원이다. 또한 바이오에너지는 저장성이 좋으며 유일하게 열과 전기 그리고 수송연료를 생산할 수 있다. 향후 매우 주목할 녹색 에너지원이다.
지열에너지는 물, 지하수 및 지하의 열 등의 온도차를 이용하여 냉ㆍ난방에 활용하는 기술이다. 태양열의 약 47%가 지표면을 통해 지하에 저장되며, 이렇게 태양열을 흡수한 땅속의 온도는 지형에 따라 다르지만 지표면 가까운 땅속의 온도는 개략 10℃∼20℃정도 유지해 열펌프를 이용하는 냉난방시스템에 적용할 수 있다. 현재 에너지 절약형 친환경주택단지 등에 적용하여 30%이상의 냉난방 에너지 절감효과를 나타내고 있다.
그 외에도 청정에너지인 연료전지, 수소에너지에 대하여도 꾸준히 연구하고 있으며 잠재적 에너지원으로 동토 및 심해저에 대량으로 매장된 메탄수화물(methane hydrate)은 기술적으로 차세대 연구대상 에너지원이다.
에너지의 절약과 미래
우리나라는 필요한 에너지의 97%를 외국에서 사오고 있다. 미래의 국가경쟁력은 에너지에서 판가름 날 것이며 식량의 자급자족만큼 중요한 것이 에너지의 자급자족이다. 국가 간의 경쟁이 심화되면서 식량이 무기로 변한 것처럼 에너지 역시 똑같이 무기로 변하고 있다. 이러한 에너지의 위기는 곧 기회가 될 수 있으며, 정부와 국민들이 한마음으로 대응한다면 해결할 수 있는 문제이며, 우리 세대뿐만 아니라 후손들을 위해서라도 필히 풀어야만 하는 숙제이다. 정부와 지방자치단체에서도 정책과 예산으로 신재생에너지의 생산과 사용을 위해 조금 늦은 감이 있지만 열심히 노력하고 있다. 이에 우리 국민들은 에너지 절약에 적극적으로 동참하여야 하겠다. 참고로 건축물이 국가 전체 에너지의 22.3%를 소비하며 그 중에서 주택에서 소비되는 에너지가 54%를 차지하고 있으므로 국토해양부에서 제작 배포한 〈가정에서 에너지를 절약하는 50가지 방법〉이란 책자를 적극 활용하면 국민들의 에너지 절약에 많은 기여를 할 것 같다.
끝으로 녹색에너지, 즉 신재생에너지와 같은 고갈되지 않는 친환경에너지의 중요성을 인식하고 석탄, 석유 등 화석에너지에 대한 의존도를 꾸준히 줄여 나가야만, 우리들은 아름다운 금수강산에서, 지구라는 푸른 행성에서 계속 살 수 있을 것이다.
박정배 전문기자
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