신재생 에너지

세계 인구는 계속해서 증가하고 있고 산업은 갈수록 성장하고 있습니다. 그에 따라 에너지 수요 또한 증가하고 있습니다. 하지만 석탄이나 석유 같은 화석 연료는 한정적입니다. 그렇다면 어떻게 해야 할까요? 전세계적으로 대체 에너지 사용을 늘려야 합니다. 대체 에너지는 자연적으로 보충되고 무한정하게 공급됩니다. 수력 발전, 태양광, 풍력 에너지, 바이오매스, 지열 난방이 여기에 해당됩니다. 이러한 설비와 시스템은 온실 가스나 오염 물질을 배출하지 않습니다. 그러므로 환경과 건강에 유익한 방식으로 에너지를 생산할 수 있습니다.

부가적인 이점도 있습니다. 독일 같은 경우에 재생 에너지를 사용함으로써 화석 연료 수입에 대한 의존도를 낮출 수 있습니다. 그럼으로써 돈을 절약할 뿐만 아니라 자주권을 높일 수 있습니다. 대체 에너지를 둘러싼 하이테크 산업 또한 부상하고 있습니다. 재생 에너지 시장이 2025년에 1조 5120억 달러 규모로 성장할 것으로 전망됩니다.

IRENA(국제 재생에너지 기구)는 2018년에 전세계적으로 신재생 에너지 분야의 일자리 수를 1100만 개로 추산하고 있습니다. 이것은 2017년 대비 7퍼센트 증가한 것입니다. 태양광 산업이 가장 큰 고용주로서 약 330만 명을 고용하고 있습니다.

신재생 에너지원으로는 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 등 다섯 가지를 들 수 있습니다.

태양은 지구로 엄청난 양의 에너지를 방사합니다. 이론적으로는 한 시간 동안 비추는 에너지로 지구 전체가 1년 동안 쓸 전기를 공급할 수 있습니다. 태양광 모듈이 세계 각국의 건물 지붕이나 공터에 설치되고 있습니다. 태양광 모듈은 실리콘 반도체를 사용해서 태양광을 전기로 변환합니다. 햇빛으로 열을 생산할 수도 있는데, 태양광 집열기는 햇빛으로 기름이나 물을 데웁니다. 이렇게 데워진 물로 난방을 할 수 있습니다. 현재 세계 최대 태양광 단지는 중국에 있습니다. 롱양샤 댐 태양광 단지는 4백만 개 이상의 패널로 이루어졌으며, 약 850MW의 전기를 생산합니다. 이것은 14만 가구에 공급하기에 충분한 에너지입니다.

독일 환경청에 따르면 태양광은 독일에서 2020년에 50.6 TWh의 전기를 생산했습니다. 이것은 재생 에너지원으로 생산된 총 에너지의 20퍼센트에 해당됩니다. 또한 현재 태양열 시스템을 사용해서 생산되는 열이 8~9 TWh에 이릅니다.

독일의 어느 지역을 가나 풍력 터빈을 쉽게 볼 수 있습니다. 바람이 로터를 회전시키면, 발전기가 운동 에너지를 전기로 변환합니다. 자전거의 다이나모(dynamo)와 같은 원리입니다.

독일에서 2020년에 풍력 터빈이 총 131 TWh의 전기를 생산했습니다. 이것은 독일의 전체 전기 소비에서 23.7퍼센트를 차지하는 것입니다. 세계 최대 풍력 터빈은 독일 슈투트가르트 인근 가일도르프에 있으며, 높이가 246.5미터이고 출력은 3.4메가와트(MW)입니다.

흐르는 물로 에너지를 생산할 수 있습니다. 수력 발전은 강이나 댐에 터빈을 설치해서 물살의 힘이 터빈 휠을 추진시키고 이것이 발전기를 구동합니다. 세계 최대 수력발전소는 중국의 삼협댐에 있습니다. 이 발전소는 높이 185미터, 길이 2,309미터이며 출력은 22.5기가와트(GW)입니다.

수력 발전은 독일의 에너지 믹스에서 비교적 적은 부분을 차지합니다. 수력 발전은 독일에서 2020년에 총 18.6 TWh의 전기를 생산했습니다. 이것은 재생 에너지원을 사용해서 생산된 총 에너지의 7퍼센트입니다. 가까운 이웃 나라인 노르웨이는 다릅니다. 노르웨이는 강과 호수와 폭포가 많기 때문에 수력 발전이 중요한 역할을 합니다. 이 나라에서는 국가 전체의 에너지 수요량에 있어서 수력 발전이 96퍼센트 이상을 차지합니다.

또 다른 에너지원으로 식물 및 축산 폐기물이 있습니다. 이러한 바이오매스를 보일러에서 연소시키면 열이 발생되어 물을 데울 수 있습니다. 이로부터 발생되는 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산합니다. 석탄을 태우는 전통적인 발전소와 같은 원리입니다.

바이오매스 발전소는 폐열을 난방에 활용하여 효율을 극대화할 수 있습니다. 세계 최대의 바이오매스 발전소는 폴란드 남부의 폴라니스에 있으며, 200MW의 전기를 제공합니다.

바이오매스 발전 설비는 독일에서 2020년에 50.6 TWh의 전기를 생산했습니다. 이것은 독일의 에너지 믹스에서 20퍼센트에 해당됩니다. 한편으로 2019년에 바이오매스를 사용해서 152 TWh의 열을 생산했습니다. 재생 에너지를 사용해서 생산된 총 열에서 바이오매스가 88퍼센트를 차지합니다.

지구는 안으로 들어갈수록 뜨거워집니다. 내부로 100미터 들어갈 때마다 온도가 3°C씩 상승합니다. 독일의 슈바벤 산맥에서 화산 활동이 있었던 중심지 부근에서는 10°C까지도 상승합니다. 이 열을 활용해서 전기를 얻을 수 있습니다. 지열 발전소의 거대한 드릴이 수백 미터 깊이로 땅을 파고, 펌프를 사용해서 뜨거운 지구 내부로 물을 주입합니다. 이 깊이에서는 차가운 물이 곧바로 증기로 변해서 터빈과 발전기를 구동합니다.

독일에서 지열 발전은 바이오매스보다 비중이 작습니다. 2018년에 지열 에너지와 환경 열로 0.2TWh의 전기와 14.7TWh의 열을 생산했습니다.

신재생 에너지는 해결해야 할 과제를 안고 있습니다. 햇빛의 양이 일정하지 않고 바람은 변덕이 심합니다. 따라서 조건이 좋을 때 생산된 에너지를 저장하여야 합니다. 그러려면 어떻게 해야 할까요?

• 신재생 에너지로부터 생산된 전기를 배터리와 수퍼커패시터(supercapacitor)에 저장할 수 있습니다. 다만 아직은 저장할 수 있는 양이 많지 않습니다.

• 전기를 기체로 변환하는 방법을 사용할 수도 있습니다. 전기분해 플랜트는 여분의 전기를 사용해서 물을 화학적 원소인 산소와 수소로 분해합니다. 수소는 에너지원으로 저장할 수 있습니다. 회수 단계에서 연료 전지가 수소의 화학 에너지를 전기로 변환합니다.

• 저수지: 신재생 에너지로 생산된 여분의 전기로 펌프를 구동해서 물을 고지대의 저수지로 끌어올립니다. 이 물을 다시 아래로 흘려 보내서 터빈을 구동하고 에너지를 회수할 수 있습니다.

• 또 다른 방법으로는, 여분의 전기로 컴프레서를 작동시켜서 소금 동굴이나 해저의 암반층 같은 지하의 압축 공기 저장소로 공기를 주입할 수 있습니다. 에너지 회수를 위해서는 압축 공기를 터빈으로 주입해서 발전기를 구동합니다.

독일은 “2050 기후 행동 계획”에 따라서, 2050년까지 대부분의 전기를 온실 가스 중립적인 방식으로 생산할 것입니다. 정책입안자들이 이러한 목표 달성을 위한 일정표를 짜고 있습니다. 2025년까지 신재생 에너지 비중을 45퍼센트까지 끌어올릴 것입니다. 이러한 일환으로서 “독일 재생 에너지원 법(EEG)”은 네트워크 사업자들이 신재생 에너지를 사용하도록 의무화하고 있습니다.

그렇다면 독일은 지금 얼마나 진전을 이루었을까요? 독일은 2020년에 233 TWh의 에너지를 재생 에너지원으로부터 생산했습니다. 이것은 2019년에 비해서 4.1퍼센트 증가한 것입니다.

다시 말해서 독일에서 재생 에너지원이 전기 소비에 있어서는 45.4퍼센트와 열로는 15퍼센트를 차지한 것입니다. 결과적으로 CO₂ 배출을 2억 2700만 톤 줄이게 되었습니다. 2018년 1월 28일 하루에는 녹색 에너지가 독일의 전체 전기 소비에서 81퍼센트를 차지한 적도 있습니다.

있습니다. IRENA (국제 재생 에너지 기구)에 따르면, 2018년에 전세계적으로 재생 에너지를 사용한 생산량이 2,799GW에 달했습니다. 이것은 전세계 전력 생산량의 거의 1/3에 해당합니다. 이 중에서 수력 발전 (1,140GW)이 가장 큰 비중을 차지하고, 풍력 (622GW)과 태양광 (584GW)이 뒤를 이었습니다.

최근에 재생 에너지 생산량은 오세아니아 (17.7퍼센트)에서 가장 빠르게 증가했으며, 그 다음은 아시아 (11.4퍼센트)와 아프리카 (8.4퍼센트) 순입니다.

전세계 연구자들은 다양한 신재생 에너지를 실험하고 있습니다. 미국 회사인 Solaren은 태양 에너지를 더 효율적으로 수집하기 위해서 우주에 태양광 단지를 세울 생각입니다. 또 다른 새로운 접근법은 물위에 떠있는 태양광 발전소를 세우는 것입니다. 그러면 패널 어레이가 물로 냉각되므로 더 높은 효율을 달성할 수 있습니다. 또 영국의 노스 데본 해안가에서는 터빈을 사용해서 조류를 에너지로 변환하는 파일럿 프로젝트를 추진하고 있습니다.

스웨덴 사람들도 모험적인 시험을 계획하고 있습니다. 스톡홀름의 한 고층 빌딩(소데르 토른) 전면을 수백만 개의 작은 털로 이루어진 일종의 코트로 덮는 것입니다. 이 털들은 코어가 압전 소재로 되어 있습니다. 그래서 바람으로 털들이 움직이면 전기가 생성됩니다. 앞으로 신재생 에너지의 미래가 어떻게 펼쳐질지 지켜보는 것은 흥미진진할 것입니다.

마지막 업데이트: 2021년 7월