이번화에서는 우리 생활과 밀접하게 관련 있는 친환경 에너지 트렌드에 대해 살펴보려고 합니다. 산업의 발달과 인구의 증가는 필연적으로 에너지 수요를 증가시켰습니다. 이러한 에너지 증가에 따라 지속 가능한 미래를 만들기 위해 다양한 친환경 기술이 등장하고 있는데요.

화석연료의 지속적인 가격 상승으로 대체 에너지가부각될 것이라는 예측과는 다르게 예상하지 못했던 셰일가스와 같은 새로운 화석연료가 개발되어 저유가 시장환경이 형성되었습니다.이에 따라 신재생 에너지 산업에서는 새로운 변화 국면을 맞이하고 있습니다.

경제적인 효율성에 의해서가 아닌 전 지구적 생존을 위한 당위성을 달성하기 위해 친환경 에너지 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 우리나라는 신재생 에너지 비율이 낮고, 온실가스 배출량 증가율이 OECD 국가 평균의 10배 가량 되는 만큼 향후 에너지 관련 정책에서 적극적인 모습이 필요합니다.

미국의 항공기 제작사 보잉이 지난해 말 워싱턴주 렌턴에 있는 화석연료 에너지 기반의 제조 공장을 풍력 등 친환경 에너지 기반시스템으로 전면 교체했습니다. 보잉은 '더 나은 지구를 만듭니다'라는 모토를 세우며 환경에 대한 책임이 보잉의 장기적 성공과 사업을 영위하는데 절대적으로 중요함을 드러냈습니다.

이를 위한 전략 중 하나로 '제로에 이르는 혁신(Innovation to Zero)'을 추진하고 있습니다. CO2 배출량, 물 소비량, 매립 폐기물의 절대 증가율을 제로로 만들기 위한 전략방향인데요. 이를 위해 보잉은 연료 효율성이 높은 비행기를 제작하고 항공유 바이오 연료 1%를 사용하는 등 사업장에서 필요한 전력을 지속가능한 에너지로 대체하고 있습니다.

이러한 움직임은 산업 전반에 확대되고 있습니다.BMW는 친환경 전기자동차 i3 제조 과정에서 회사의 친환경 철학을 반영해 100% 풍력과 수력 발전으로 공장을 가동하며 업계의관심을 받았습니다.

친환경 풍력발전과 더불어 산업화에 많이 적용되고 있는 것 중 하나가 태양에너지를 이용한 발전입니다. 무한한 태양에너지를 전기로 바꾸는 놀라운 원리인 광전효과(Photovoltaic effect)가 1839년 E.Becquerel에 의해 발견된 이래 태양광 발전은 지속적으로 발전해 오고 있습니다. 실제 태양광 발전의 핵심인 태양전지 효율은 2002년 10%에서 현재는 16%까지 증가했고, 가격도 2002년 3.62$/watt에서0.75$/watt로 많이 내려갔습니다. 향후 이러한 기술개발이 지속되고 친환경 정책이 적용된다면 국내에서도 2030년까지 필요 에너지의 10% 정도는 대체 가능할 것이라 예상되고 있습니다.

태양에너지를 이용하는 방법 중 다른 하나는 태양열을 이용하는 것입니다. 태양열의 흡수,저장, 열변환 등을 통해 건물의 냉난방과 급탕 등에 활용이 가능한 기술로, 태양열 집열기술과 태양열 축열기술, 이용기술 세가지로 나눌 수 있습니다.

미국 모하비 사막에는 Solar Tower 방식을 이용한 세계 최대 태양열 발전소 이반파 발전소(ISEGS)가 있습니다. 약 430만평의 태양열 부지에 반사 거울 34만 7000개를 설치하여 137m 탑에 태양열을 모으고 있는데요. 거울에 의해 반사된 열로 끓여진 집열기 안의 수증기로 터빈을 돌려 연간 14만 가구에 공급가능한 392메가와트(MW)의 전력을 만들어 냅니다. 효율적인 발전규모를 보여준 사례이며 이와 같은 태양열 발전 시설은 앞으로도 증가할 것으로 예상되고 있습니다.

물론 대규모 발전소 설립으로 인해 생태계에 대한 좋지 않은 영향을 미치는 것은 해결해야 할 문제 중 하나입니다.또 지난 3월 유럽의 개기일식과 같이 4시간이라는 긴 시간 동안 태양을 볼 수 없게 되는 상황이 된다면 에너지 공급에 있어서 어려움이 발생할 수 있습니다.

우리나라에서는 아직 적용 단계는 아니지만 남미와 미국 등에서는 정책적으로 바이오 연료를 사용하도록 하고 있습니다. 바이오 연료는 바이오매스(Biomass)로부터 에너지원으로 사용할 수 있도록 가공된 것을 의미하며, 바이오매스 생산 단계에서 이미 이산화탄소를 소모하였기 때문에 에너지원으로 연소하더라도 이산화탄소를 증가 시키지 않는 'Carbon Neutral'가치를 갖고 있습니다. 또한 바이오 에탄올, 바이오 디젤과 같은 바이오 액체연료의 경우 추가적인 시설투자 없이 기존에 사용하던 내연기관에 바로 적용이 된다는 장점도 있습니다.

브라질은 모든 휘발유에 사탕수수로부터 추출한 당분을 알코올로 발효하여 얻는 에탄올을 20~25% 가량 함유하도록 법으로 정하고 있습니다. 3만여 개 주유소에 잘 갖추어진 공급망을 활용하여 브라질은 에탄올 연료가 조기에 상용화되는데 성공했습니다.

바이오 에너지 이용기술 중 바이오매스 가스화 기술도 발달하고 있습니다. 매립된 쓰레기가 부패할 때까지 기다려 발생되는 메탄가스를 모아 활용하는 기존의 방식에서 원하는 장소와 시간에 메탄가스를 만들 수 있는 기술인 '폐자원 가스화' 기술이 포스코에너지 그린에너지연구소에서 개발되었습니다. 쓰레기에 수증기를 뿌려 850도 가열하면 합성가스가 만들어 지고, 이를 가공하면 메탄가스를 생산 할 수 있습니다. 이러한 기술은 발생되는 쓰레기를 친환경 에너지로 생산함과 동시에연간 5000억 에너지 수입 절감 효과도 있어 더욱 가치가 있을 것으로 생각하고 있습니다.

2011년 3월 일본 후쿠시마 원자력발전소 사고가 나자 가장 빠르게 반응한 나라는 독일이었습니다. 당시 독일은 17기의 원전을 가지고 있었고, 8기는 2011년 6월에, 나머지는 2022년까지 단계적으로 모두 폐쇄하는 탈원전을 선언했는데요. 이렇게 독일이 탈원전을 선언 할 수 있었던 것은 믿는 구석이 있었기 때문입니다. 오랫동안 준비해 온 '에네르기벤데(에너지전환)'인데요. 대표적인 것이 바로 앞에서 설명한 바이오가스화 기술로 쇠똥, 말똥, 옥수수 등을 대형 저장시설에 넣고 발효시켜 이 과정에서 나오는 바이오가스로 발전기를 돌려 전기를 만드는 기술입니다. 이러한 기술로 나오는 전기는 100여가구 마을 전체가 1년동안 쓰는 전력량의 9배를 생산하고 발생하는 열은 생활용수를 데우는 데 쓰입니다. 환경적인 측면에서는 2,600t의 온실가스 배출을 줄이는 효과도 있습니다.

공기 중에 존재하는 이산화탄소를 이용하여 에너지를 생산할 수 있다면 얼마 좋을까요? 실제 이러한 바람은 실현 가능합니다. 미국 조지아주립대 연구팀은 식물이 이산화탄소를 흡수해 광합성을 하는 방식을 착안해 미생물에서 당을 생산하여 발효 과정을 거쳐 에탄올과 같은 연료를 생산 가능하도록 하였습니다. 이 연구에서는 식물 없이 '파이로코커스 퓨리어서스(Pyrococcusfuriosus)'라는 호열성 미생물을 중간 매개체로 삼아 대기 중에서 직접 이산화탄소를 뽑아내 연료로 변환시키는데 성공했습니다. 국내에서는 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 흡수하여 식물성 오일을 생산하는 연구를 진행하고 있습니다.

미생물을 이용하여 대기중의 이산화탄소를 에너지로 전환하는 것보다 더 놀라운 기업이 있습니다. 영국의 'Air-Fuel Synthesis(AFS)'사는 공기, 수증기, 전기만으로 합성 석유를 생산하는데 성공했습니다. 21세기 봉이 김선달 같이 내 것 인 듯, 내 것 아닌, 내 것 같은 대기로부터 석유를 만들어내는 기발한 시도를 성공시킨 것 입니다.

전 세계 70억명의 인구가 하루에 배출하는 소변의 양은 얼마나 될까요? 무려 105억 리터나 된다고 합니다. 일반적으로 버려지고 있지만 사실 오줌은 잘 정제된 귀중한 에너지 생산 원료로 사용될 수 있습니다. 영국 브리스톨웨스트 잉글랜드대(UWE Bristol) 연구진들은 오줌으로 전기를 생산할 수 있는 미생물 연료전지(Microbial Fuel Cel=MFC)를 이용해 스마트폰 충전, 조명용 전기를 생산하는 화장실을 개발했습니다.

이러한 화장실은 전기가 부족한 난민촌 등에 활용된다면 큰 도움이 될것으로 기대되고 있습니다. 미생물 연료전지의 가장 큰 장점은 에너지 전환 효율이 무려 85%에 달한다는 것입니다.

미국 방위산업체 록히드마틴이 일명 '인공태양'으로 불리는 핵융합발전을 10년 내 상용화하겠다고 나섰습니다. 반응기(방사능 물질 분열이 일어나는 공간) 크기를 현재보다 10분의 1로 줄인 핵융합발전 기술을 개발해 10년 안에 가동하겠다고 발표를 했는데요. 성공하면 화력·원자력 발전을 대체할 꿈의 에너지 시대가 도래합니다. 핵융합 발전은 원자력 발전과는 반대 원리를 이용해 안전성이 뛰어나고 핵폐기물도 발생하지 않습니다. 특히 가격도 저렴해 차세대 전력원으로 주목 받고 있지만 현실적 난제가 많아 진보된 기술이 더 필요하다는 것이 객관적 입장입니다.

국내에서는 핵융합의 핵심 기술 중 하나인 플라즈마를 20초간 유지하는 수준이고, 향후 300초 정도를 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이정도 수준만 되더라도 핵융합 연구에 획기적인 발전이 있을 것으로 예상됩니다. 핵융합의 무한한 가능성 때문에 기술의 난제가 많음에도 불구하고 국제적으로 미국, 중국, 프랑스 등 경쟁이 치열한 분야이기도 합니다.

기후변화를 촉진하는 이산화탄소와 같은 온실가스를 줄여야만 하는 시대적 대의와 산업의 발전이라는 두 가지 목표를 동시에 달성하기 위해서는 앞에서 언급한 친환경 에너지를 사용하는 비율을 점점 높여야만 합니다. 아직은 기존의 화석연료 대비 경제성이 부족한 점은 사실이지만 국가적인 정책과 기술의 발달로 이러한 부분을 보완해 나간다면 점차적인 선순환 구조가 만들어 질 것으로 기대됩니다.

기존에 에너지 생산원으로 생각하지 못했던 버려지는 자원에 대한 새로운 접근으로 친환경 에너지에 대한 비율을 높여 나가는 것도 좋은 방법이라 생각됩니다. 언젠가는 100% 친환경 에너지만 사용되게 되는 깨끗한 미래를 꿈꿔 보게 되는데요. 그러한 환경에서 우리의 다음 세대가 행복하게 살아갔으면 하는 바람입니다.