조력=환경에 미치는 영향이 커
풍력=간헐성 문제 해결해야
바이오매스=식량난 초래 우려
[에너지단열경제]이승범 기자
최근 온실가스의 증가로 인한 지구온난화가 거대한 환경문제로 부각 되면서 기존 에너지를 대체하는 신재생 에너지가 각광을 받고 있다.
에너지를 이야기할 때 마다 마치 전가의 보도처럼 신재생 에너지가 대세가 되고 있다.
신재생 에너지는 신 에너지와 재생 에너지를 통틀어 부르는 말로, 화석 연료나 핵분열을 이용한 에너지가 아닌 대체 에너지의 일부이다.
신 에너지는 새로운 물리력, 새로운 물질을 기반으로 하는 석탄액화가스화, 연료전지, 수소에너지 등을 의미한다.
재생에너지는 재생가능한 에너지, 즉 태양열, 태양광, 풍력, 조력, 지열 발전과 동식물에서 추출 가능한 바이오에너지 등을 의미한다.
신재생에너지는 무공해 청정 에너지원을 이용한다는 이미지를 지니고 있어 비용의 효율에서 뒤떨어지지만 좋은 평가를 받고 있다.
하지만 궁극적으로는 지구 환경을 지키는 가장 좋은 방법은 에너지 절감을 통해 에너지 생산량을 줄이는 것이다.
여기에 에너지를 절감한 만큼 현재의 에너지 생산을 더 이상 늘리지 않고 인류 환경에 좋은 에너지원을 개발하는 시간을 확보하는 것이 필요하다.
이후 기술의 개발과 축적을 통해 현실적이고 가장 합리적인 에너지를 생산해야 한다.
신재생에너지 분야는 많은 기술을 개발했으며 현재도 끊임없이 진화하고 있다.
하지만 많은 부분에서 화석 연료를 완벽하게 대체하는데 미흡함이 많다.
특히 신재생에너지 가운데 자연을 이용하는 재생에너지는 간헐성(변동성)의 한계를 극복하지 못하고 있다는 점에서 문제가 있다.
많은 태양광 설비를 구축했어도 일조량이 적다면 효율성에 문제가 생긴다.
풍력설비 또한 간헐적으로만 바람이 분다면 역시 마찬가지다.
실제 신재생에너지 분야에서 가장 앞서고 있는 독일도 설치된 태양광이나 풍력 설비 용량에 비해 생산량이 낮게 나오고 있다.
설비 용량 대비 발전량은 절반 수준에 머무는 것으로 알려지고 있다.
독일은 보조전원인 ESS(에너지저장장치)와 주변국과의 송전망을 통해 이를 보완하고 있다.
즉, 아직까지는 신재생 에너지만으로는 전체 에너지 수요을 충족시키는데 한계가 있다는 것이다.
다양한 신재생에너지의 한계를 집어본다.
<태양광과 태양열>
태양광은 태양 에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 방법이다.
태양 전지라고 불리는 실리콘 셀을 이용해 태양 에너지가 실리콘 셀에 부딪히면서 셀 내부에서 전자가 방출되어 전류를 만들어 내는 원리다.
이 직류 에너지를 인버터를 통과시켜 우리가 실생활에 활용할 수 있는 교류 전기를 생산해 낸다.
문제는 발전을 위한 단가가 높다는 점이다.
1kw 전력을 만드는 데 700~800만원으로 유연탄 80~112만원과 원자력 188~195만원 등 기존 연료에 비해 비용 부담이 크다.
또 간헐성이라고 불리는 일사량 변동과 눈, 비, 우박 등으로 인한 패널 손상에 따른 발전량의 편차가 커 안정된 전력공급을 위해서 추가적인 보조 시설투자가 필요하다.
수명이 20~25년 정도인 태양광 패널의 약 90% 이상은 유리, 폴리머, 알루미늄 등 독성이 없는 폐기물로, 4% 미만이 독성 물질로 분류된다.
하지만 이것을 폐기할 때의 방법과 재활용 방법에 대한 논란이 계속되고 있다.
2030년까지 20%로 재생에너지 발전의 비중을 끌어 올리겠다는 정부의 '재생에너지 3020 계획'에 따라 태양광 모듈의 생산과 소비 역시 급증하고 있다.
2030년에는 수명이 다 된 폐모듈이 1,900톤, 2040년에는 8,500톤을 넘어 설 전망이다.
이에 따라 태양광 모듈의 처리 방안이 향후 관심사가 될 예정이다.
한편 태양열 에너지는 태양열 가열기를 통해 물을 가열하여 온수를 만들어내는 장치로, 온수 생산뿐만 아니라 난방에까지 활용이 가능하다.
태양열을 이용하여 물을 끊이고 이때 발생하는 증기를 통해 전기를 생산하는 단계에 도달했다.
태양광과 비교해 태양의 열을 이용한다는 차이가 있을 뿐 기본적인 시스템에는 큰 차이가 없다.
<수력 에너지>
강에 댐을 건설하여 물의 낙차를 이용한 발전이 주를 이루고 있다.
가장 천연의 방법으로 친환경적이라는 평가를 받고 있지만 댐 건설 과정과 준공 후 생태계 변화를 야기한다.
가뭄이 들거나 이상 기상 상태가 발생해 지속적인 강우량을 확보하지 못하면 발전에 한계가 있다.
조수 댐은 밀물 때 물을 댐에 가둔 후 썰물 때 그 낙차를 이용하여 발전한다.
흐르는 조류에 직접 수증 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하는 방식도 있다.
문제는 바닷물에 직접 터빈이 맞닿기 때문에 부식 등이 발생하기 쉬워 유지 보수가 어렵고, 또 바다 환경에 미치는 영향이 크다는 우려가 생기고 있다.
파도력을 이용한 방식은 파도가 잦은 바다 수면 위에 발전 유닛을 설치해 발전을 하는 방식이다.
유닛 관절부의 수압모터를 회전시켜 그 힘으로 전력을 생산하는 방식이다.
<풍력 에너지>
바람의 운동에너지가 프로펠러에 닿을 때 그 양력이 발생시키는 회전력으로 발전기를 가동시켜 전기를 만들어 내는 원리다.
여타 신재생 에너지에 비해 유지보수가 쉽고 비용이 저렴해 선진국에서 선호하고 있다.
하지만 바람이라는 에너지원이 간헐적인 만큼 일정하게 불어주지 않고 풍량의 변화도 심해 안정적인 에너지를 만들기가 쉽지 않다.
즉, 풍력 단독으로는 안정적인 전력 공급이 어렵다는 것이다.
이에 따라 풍력 자체의 에너지는 비용이 저렴하지만 다른 에너지원이나 저장 시설을 구비해야하는 만큼 화석 에너지에 비해 경제적이라고 보기가 힘들다.
현재까지는 풍력 에너지가 기존의 전력 생산을 보조할 뿐이지 완전 대체는 어려운 상황이다.
여기에 땅이 넓은 나라에서는 풍력 발전으로 인한 환경 파괴가 전체에 미치는 영향이 작지만 우리처럼 국토가 좁고 인구가 밀집된 곳에서는 환경문제가 심각해 질 수 있다는 지적도 나오고 있다.
<바이오매스>
식물의 섬유소를 당으로 만들어 여기서 에탄올을 뽑아내어 연료로 활용한다.
곡물, 감자류를 포함한 전분질계와 볏짚, 왕겨와 같은 셀룰로스계, 사탕수수, 사탕무와 같은당질계의 농산물을 사용한다.
또 가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 이용하고 자원에서 파생되는 종이, 음식찌꺼기 등의 유기성 폐기물도 포함해 에너지를 생산하는 방식이다.
어떠한 에너지원보다 사용되는 범위가 넓고 재생한다는 차원에서 가장 친환경적이다는 평가를 받고 있다.
하지만 에너지원인 농식물을 생산하기 위해 인공비료를 남용하면 토양 오염과 수질 오염이 일어날 가능성이 높다.
또 많은 양의 식물을 바이오매스 생산에 사용할 경우 그들을 주식으로 삼는 저개발 국가에 식량난을 초래할 수 있다.
<수소에너지>
에너지 효율이 뛰어나지 않지만 온실가스 배출이 거의 없는 청정에너지이다.
원자로의 전기분해 방식이 가장 많이 쓰인다.
그리고, 미생물을 이용하여 수소이온 및 전지를 만드는 방법도 있다.
저장하는 방법으로는 플러렌 속에 수소 기체를 집어 넣는 방법과 수소를 활성탄에 흡착시키고 필요할 때 가열해 필요한 만큼 사용하는 방법이 있다.
장점은 공해물질이 나오지 않고 여러가지 형태로 저장이 가능하다.
물을 원료료 제조할 수 있으며 사용 후에는 다시 물로 순환된다.
하지만 전기 분해 방식에 사용하는 에너지가 많이 필요하고 이 에너지의 원천이 결국은 화석연료를 통한 에너지라는 점에서 효율을 충분히 따져 볼 필요가 있다.
또 수소 자체가 위험한 폭발물이 될 수 있는 만큼 저장과 수송에 많은 주의를 해야하는 것이 단점이다.
[ⓒ 에너지단열경제. 무단전재-재배포 금지]
