[송동수]빛의 신비와 전기에너지

[사이언스칼럼]송동수 한전 전력연구원 책임연구원

매년 10월 31일은 ‘전기원의 날’이다. ‘세상에 빛을 이웃에 사랑을...’이란 전력관련 홍보문구를 대할 때마다 전력연구 분야에 종사하는 한 사람으로서 보람을 느끼는 것은 빛이 어두움을 밝히기 때문이다.

▲ 송동수 한전 전력연구원 책임연구원

　전기라는 말은 영어로 일렉트리시티(Electricity)이며 그리스어로 호박이란 뜻의 일렉트론 (Electron=호박,琥珀)에서 유래되었는데 기원전 600년경, 그리스사람들이 호박(보석)을 헝겊으로 문지르면 먼지나 실오라기가 달라붙는 마찰전기 현상을 알고 있었고, 이것이 최초의 전기현상의 발견이었다.

우리나라에 처음 전기불이 밝혀진 때는 1887년, 경복궁의 연못인 향원정의 물을 끌어들여 증기를 만들어 발전하면서부터이다. 16촉광 전등 750개 용량인데, 당시에는 동양 최대였고 에디슨이 백열전구 발명한 이후 7년이 지난 때였다.

지금은 최대 전력량이 약 6,300만 Kw써 이는 100만 Kw급 원자력발전소 63기 정도에 해당하는 용량이다. 주요 에너지원은 화력발전, 원자력발전, 수력발전 등 이다. 빛과 물, 공기는 시대가 변해도 지구상 모든 생명체에 필수요소이며, 이와 더불어 전기 역시 조명과 가전제품 사용, 공장 등 동력원으로써 인간생활의 필수품으로 미래에도 변함이 없을 것으로 보인다.

빛과 태양에 관하여 조금 더 생각해 보면 지구에 빛을 보내는 태양은 지구보다 수십만 배 크며, 일종의 핵융합 반응으로 플라즈마 상태를 유지하면서 열과 빛을 지구까지 약 1억5천만 Km로 한 치의 오차 없이 일정한 거리를 유지하면서 우리의 상상보다 훨씬 정밀하게 일하고 있다.

빛을 프리즘에 보면 눈으로 볼 수 있는 가시광선은 여러 색을 띤다. 보라색 바깥에 자외선이 있고 빨간색 바깥으로는 적외선이 있다. 그 외에도 엑스선, 감마선, 알파선, 베타선, 델타선, 지구대기선, 형광엑스선 등이 있다. 태양에서 오는 빛 외에도 우주에서 날아오는 수많은 종류의 빛에 대해서는 아직 다 밝혀지지 않은 상태이다.

조용해 보이는 둥근 태양을 엑스레이로 촬영하거나 특수망원경으로 본다면 엄청난 양의 가스를 내뿜고 표면은 끊임없이 폭발하고 태양풍은 계속해서 지구를 지나고 있고 태양의 자기장의 강도는 계속 커지기도하며 변하고 있다. 저 거대한 태양과 우주를 보면 65억 인구가 사는 지구는 보잘 것 없이 작음을 실감한다. 과학기술 연구분야에 종사하면서 우리가 다 알 수 없는 거시적 우주세계나 미시적 유전자정보에 이르기까지 신비로움에 경탄을 금할 수없다.

그 빛들 중에 유해한 빛들을 거르기 위해 겹겹의 보호막이 지구라는 별을 싸서 보호하고 있다. 지구표면에서 16Km 높이까지 대류권과 그다음에 오존층이 있어 우리인간을 보호하고, 성층권, 중간권(Mesosphere), 열권이 있고 열권 밖에 외권 혹은 대기권 이라고도 하며 그 바깥은 중력이 없는 우주공간이다. 그리고 라디오 중파(AM)를 반사시키는 전리층이라는 막도 있다.

우리가 쓰는 전기는 2차 에너지이다. “전기는 국산이지만 원료는 수입품입니다”라는 말처럼 전기를 생산하는 1차 에너지인 석유등 화석원료는 거의 다 수입에 의존한다. 전기나 수소를 비싼 원료로 만들면 전기자동차 같은 제품이 일반화되기 어렵다. 그래서 향후 약 100년간은 원자력에 의한 전기생산과 이를 이용한 수소생산과 전기자동차가 에너지 및 이송수단을 제공하고, 그 이후에는 핵융합이 인류의 에너지를 궁극적으로 해결할 수 있을 것이다.

우리가 생각해 볼 수 있는 미래 전기에너지원으로는 태양광의 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지(Solar Cell), 태양열을 이용하는 태양열의 흡수·저장· 열변환을 통하여 냉난방 그리고 연료의 산화(酸化)에 의한 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 연료전지, 풍력 등이다. 그리고 원자력을 이용한 수소생산 및 에너지 이용뿐 아니라 인공태양이라 할 수 있는 핵융합에너지에 이르기까지 다양한 에너지원으로의 큰 발전을 기대해 본다.