[사이언스칼럼]에너지의 위기 그리고 미래의 선택은?

▲ 윤덕주 한전 전력연구원 선임연구원

작금의 에너지를 둘러싼 최대의 당면 과제는 탄소를 적게 배출하면서 저렴하게 대량으로 에너지를 공급할 수 있느냐가 될 것이다. 유가는 천정부지로 뛰고 있다. 중국은 세계각지에서 에너지자원을 싹쓸이하고 있는 가운데 원전 등을 대량으로 짓고 있으며 유럽은 풍력발전 확대에 박차를 가하고 있다.

또한 미국은 원자력을 새로 건설하고 태양광 등 대체에너지 개발에 박차를 가하고 있으며 브라질은 에탄올로 휘발유를 대체하겠다고 한다. 세계는 탄소배출로 인한 온실효과 등 환경문제를 해결할 수 있는 방법은 재생에너지가 유일하다는 결론 하에 재생에너지 개발에 전력을 투구하고 있는 것이다.

태양광 발전, 풍력발전, 지열 냉난방, 태양열 온수기, 바이오 디젤 등은 벌써부터 에너지 선진국에서는 주요 산업으로 등장하고 있다. 미국, 독일을 비롯한 유럽, 일본에도 수백만 개의 태양전지가 건물, 도로 등에 설치됐다. 풍력발전은 덴마크가 진원지로 독일, 스페인 등 유럽 국가들은 물론 미국, 인도, 중국 등에서 수 만대의 풍차가 원전 20기 용량에 해당하는 발전량을 기록하고 있다.

지열의 이용은 화산, 온천지대에서 증기이용도 있을 수 있으나 통상은 150m이상 지하심부의 따뜻한 온수를 히트펌프를 이용해 여름철에는 냉방, 겨울철에는 난방에 활용하고 있다. 바이오 디젤은 농업생산물로 재생산이 가능하며 일반경유에 비해 분진 등 공해물질의 배출이 현저히 줄어들고 하천 등에 방류돼도 생화학분해가 비교적 용이하므로 디젤버스 등의 연료로서 각광을 받고 있다. 해양에너지는 조력, 해류 등으로 고갈될 염려가 전혀 없고, 공해문제가 없는 에너지 자원이다.

미래 에너지원으로서, 얼음형태의 액화천연가스인 메탄 하이드레이트는 대부분 심해저에 있어서 채광에 어려움이 있으나 기존 천연가스의 매장량보다 수십 배 많은데다 연소시 이산화탄소 발생으로 인한 공해가 거의 없어 미래에 각광을 받을 수 있다.

태양과 같이 스스로 빛을 내는 별들의 내부에서는 핵융합 반응이 일어난다. 태양의 내부는 엄청난 압력과 높은 열로 원자핵과 전자가 분리된 초고온 플라스마 상태로 존재한다. 초고온 플라스마 상태에서 수소와 같은 가벼운 물질은 초고온`초고압 상태에서 원자핵 간에 서로 융합하면서 엄청난 에너지를 발산한다.

핵융합 발전은 바로 이와 같은 태양 에너지 생성 과정을 인공적으로 만듦으로 인해 인공 태양이라 불린다. 핵융합 발전은 온실효과를 유발하는 공해 물질을 배출하지 않고 방사능 폐기물도 만들어내지 않는다. 게다가 발전에 필요한 원료인 중수소나 삼중 수소는 바닷물 속에 풍부해 무한한 에너지원으로 각광받고 있다. 중수소 1그램은 석유 8t의 에너지와 맞먹는다.

수소는 석유, 천연가스와 같이 일반적인 연료로서의 기능은 물론 수소연료전지를 통해 전기와 난방열은 물론 자동차에까지 활용이 가능하다. 반면에 메탄 하이드레이트, 태양열 등 신재생에너지의 경우 매장이 한정돼 있거나 활용이 특정분야에 제한된다는 점이다. 결국 인류를 에너지위기에서 구할 미래 에너지원은 수소 밖에 없다. 원자력 혹은 핵융합을 이용하여 저렴하게 수소가 대량제조 하면 세계 모든 국가가 에너지자립의 꿈을 이루게 될 것이다.

우리나라의 원자력산업의 상당한 기술력을 바탕으로 핵융합발전과 수소에너지원 개발에 박차를 가하여 오늘의 에너지위기를 전화위복의 기회로 삼는 지혜를 발휘해야 할 것이다. 머지않은 미래에 재생에너지로의 에너지 패러다임의 변화를 불러일으켜 탄소경제시대가 끝나고 청정에너지인 핵융합과 수소경제시대로 접어들 것으로 세계의 석학들은 예견하고 있다.