온실가스가 없는 대체에너지의 종류와 전망

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온실가스를 배출하지 않는 중요 대체에너지

 

화석연료를 대신하여 사용할 수 있으면서 환경에 미치는 영향이 적은 에너지를 '대체(代替)에너지'라 한다. 중요 대체에너지로는 수력발전, 원자력발전, 풍력발전, 지열발전, 조력발전, 연료전지 등이 있다. 날이 갈수록 화석연료가 귀해지므로 대체에너지 산업은 발전할 것이 분명하다.

 

1. 수력발전소 증설에는 한계가 있다

수력발전은 자연의 힘을 이용하는 보편적인 발전방식이다. 물은 공기보다 밀도가 80배나 크다. 그러므로 물이 떨어지는 중력은 매우 크므로 세계 도처에 댐을 만들어 수력발전을 하고 있다. 대규모 빙하를 가진 나라에서는 빙하에서 녹아내리는 물을 수력자원으로 이용한다. 그런 나라에서 빙하의 축소로 수자원이 줄어든다면 발전량에도 영향을 받을 것이다. 수력발전은 이상적인 대체에너지이지만, 그 나라의 지형과 수자원 조건에 따라 시설에 제한을 받는다.

 

 

2. 원자력발전소

국제원자력기구(IAEA)가 2013년에 발표한 통계에 의하면, 세계 31개 나라에서 모두 437기의 원자로를 가동하고 있다. 원자력발전소는 1950년대에 미국, 러시아, 영국에서 건설하여 상업발전을 시작했다. 원자력발전소는 구조가 워낙 복잡하여 건설비가 많이 드는 어려움이 있지만, 일단 완성하고 나면 연료비가 훨씬 적게 들기 때문에, 전력생산비가 낮은 동시에 온실가스를 발생시킬 염려가 없다.

 

미국의 스리마일, 러시아의 체르노빌, 일본 후쿠시마의 원자력발전소 사고 때처럼 방사능이 누출되는 경우가 있고, 방사성 폐기물 보존과 기타 방사선의 위험 때문에 환경주의자들이 극히 기피하지만, 현실적으로 원자력발전만큼 경제적인 다른 대체에너지 생산 방법은 없다. 많은 논란 속에서도 현재 세계 여러 나라는 안전시설을 보강한 원자력발전소를 계속 건설하고 있다.

 

핵연료를 몇 갑절 효율적으로 사용하는 '차세대 원자로'라 불리는 고속증식로에 대한 연구를 한국을 비롯한 선진 몇 나라가 공동으로 하고 있고, 한편으로 수소를 연료로 사용하는 핵융합원자로가 연구되고 있으나 실용화가 되는 날은 아직 불확실하다. 고속증식로와 핵융합원자로가 상용화되는 날이 오면, 획기적으로 안전하고 값싼 대체에너지를 이용할 수 있게 될 것이다.

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3. 태양발전 시설

​최근에 와서 태양에너지를 이용하는 솔라 하우스(solar house) 건축이 세계적으로 붐이다. 우리나라에서도 태양전지판을 덮은 지붕과 산간(山間)에 넓게 펼쳐진 태양발전 시설, 가로등에 설치한 태양전지를 곳곳에서 보고 있다. 태양발전은 면적을 많이 차지하고, 건설비에 비해 전력생산량이 적으며, 장기적으로 관리하기가 쉽지 않다. 우리나라는 인구에 비해 국토 면적이 좁기 때문에 대규모로 태양발전 시설을 하기 어렵다. 또한 시설은 환경을 훼손하고 자연경관도 나쁘게 한다. 국토가 넓은 국가나 사막국 등에서는 태양에너지 시설이 도움이 된다.

 

 

4. 풍력발전 시설

풍력발전기는 바람이 잘 부는 사막, 해안, 산 능선만 아니라 건물의 지붕에까지 설치하게 되었다. 풍력터빈은 풍속이 강할수록 전력생산에 유리하다. 발명가들은 바람에 효율적으로 돌아가는 풍력발전기를 건물 구조에 맞게 설치하여 녹색주택, 녹색건물을 건축하려 한다. 지구상에 부는 바람의 힘을 전부 전력으로 바꾼다면, 현재 생산되는 총 전력의 40배 이상 될 것이라 한다. 그러나 풍력발전 역시 전력생산량에 비해 시설비가 많이 들고 자연과 경관을 크게 훼손한다.

 

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5. 지열(地熱)발전

지구의 반경은 약 6,400km이다. 지구 중심부의 온도는 약 5,400℃에 이른다. 지구 배부가 뜨거운 이유는 태초의 열기가 아직 20% 정도 남아 있기도 하고, 방사성물질의 핵붕괴가 일어나 80%의 열이 되고 있다고 과학자들은 생각한다. 온천이 많은 지역에서는 뜨거운 지열을 이용하여 난방을 하거나, 수온을 더 높인 고압 증기로 전력을 생산한다.

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6. 조력발전소 건설

경기도 안산시의 시화호 방조제에는 훌륭한 조력발전소가 건설되어 2011년 8월부터 가동되고 있다. 254,000kW 규모의 시화조력발전소는 현재로서 세계 최대 규모이며, 소양댐 수력발전소의 1,5배 전력을 생산한다. 이 발전소의 이산화탄소 저감 효과는 연간 315,000톤으로 알려져 있다.

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7. 태양열 이용 온수난방

태양열을 이용하여 데운 물을 난방이나 목욕에 이용하면 그만큼 에너지 절약이 된다. 최근 중국은 태양열 온수시설을 가장 많이 한 나라로 알려져 있다.

 

 

8. 연료전지

연료전지는 첨단기술에 속하면서도 개발 역사는 길다. 연료전지는 일종의 화학전지인데, 전력을 생산하지만 저장하지 않기 때문에 전지라고 하기보다 '화학발전기'라고  이해해야 한다.

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‘연료전지’(fuel cell)라는 이름을 갖게 된 것은 발전장치 속에 연료를 계속 공급해야 하기 때문이다. 그런데 연료전지의 연료는 화석연료가 아니라 수소이다. 미 항공우주국(NASA)은 오래 전부터 우주선에 연료전지를 사용해왔다. 최근에는 세계 유명 자동차회사마다 수소 연료를 사용하는 연료전지 차 개발 경쟁을 벌이고 있다.

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연료전지의 기본원리는 단순하다. 물에 + － 전극을 꽂아 전류를 흘려주면 +극에서 산소가, －극에서는 수소가 발생한다. 연료전지는 이 화학변화 과정을 반대로 일어나게 한 것이다. 즉 수소와 산소(산화제)를 화학적으로 결합시켜 물이 만들어지도록 하면 이때 동시에 전류와 열이 발생하는 것이다.

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이 반응을 일으키는 데는 백금과 같은 촉매가 필요하다. 연료전지는 연료를 태우는 것이 아니므로 이산화탄소가 발생하지 않으며, 전기로 모터를 움직이므로 소음도 적다. 그리고 이때 발생하는 열은 난방에 이용할 수 있다.

 

연료전지는 수소 외에 메탄, LPG, 석탄가스, 알콜 등을 연료로 사용하는 기술이 개발되어 있다. 연료전지의 상용화에는 연료인 수소를 안전하게 관리하는 완전한 기술이 따라야 한다. 가까운 미래에 가정에서도 연료전지를 사용할 날이 올 것이라 한다. 그때는 냉장고 크기의 연료전지로 가정에서 소비하는 전력을 충분히 공급할 수 있게 될 것이라고 한다.

 

 

미래의 화석연료 종류와 매장량?