2026.01.19(월) 17:16
|
에너지는 크게 열에너지와 전기에너지로 구분된다. 열에너지는 사용하는 연료마다 분류하는데 신탄(땔나무, 숯, 짚 등), 석탄류, 석유류, 가스류(LNG, LPG)가 주류를 이루고 있다. 전기에너지는 사용하는 발전연료에 따라 수력발전, 화력발전, 원자력발전으로 분류한다. 이중에 화석연료를 이용하는 열이나 전기에너지들은 사용연료의 저장량 한계, 일부지역 나라에 편중되어 매장, 해당지역의 패권경쟁으로 정세가 불안, 거래상들의 카르텔형성 등 수요자들이 장기적으로 안정되게 사용할 수가 없는 문제점들이 많아서 지속적인 예측이 불가능 한 상태이다. 그러다보니 지속적으로 자연속에서 어느 나라에서나 얻을 수 있는 원료를 이용하여 에너지를 만들 수 있는 기술들을 수십 년 전부터 연구하여 왔다. 그것이 바로 태양광, 태양열, 풍력, 지열, 바이오 등의 신재생에너지이다. 신재생에너지는 연료가 햇빛, 바람, 땅속열, 흐르는 물, 파도, 밀물썰물 등 대부분 자연을 이용하는 것이 특징이다.
열에너지의 이용
에너지 문제는 수만 년전 인류가 지구상에 거주하던 때부터 이어오는 아주 오래된 삶의 한 부분이다. 가장 먼저 인류가 사용한 에너지는 열에너지 즉, 불이다. 인류가 처음 불을 사용했던 선사시대에 돌이나 나무토막을 부싯돌처럼 서로 비벼서 불을 얻을 수 있는 것을 발견하게 되었다. 불은 인간의 삶의 변화를 가져오게 되었는데 무엇보다도 날로 먹던 음식을 불에 익혀먹는 “화식[火食]”문화가 정착된 것이 대표적이다. 또한 불을 이용하여 추위를 견디고 신석기시대에는 화덕을 제작하여 불 근처에서 생활을 하였다. 불을 이용한 대표적인 문화중의 하나는 토기제작이었다. 불을 이용하여 토기를 굽고 거기에 잉여 생산물을 보관하였다. 불을 사용한 의미는 우리 인류 문명의 발달에 가장 큰 기여를 했다고 평가되고 있고 인류문명의 첫 번째 과학기술이라고 불려지고 있다.
에너지를 종류별로 살펴보자면, 첫 번째 열에너지는 신탄(목재)이다. 난방과 취사를 하고 열을 가하여 토기를 굽는데 사용하였다. 목재는 숯으로 만들어서 고급연료로도 사용했고 근래에는 목탄을 이용하여 운행하는 목탄차도 있었다. 목재는 지금도 농촌이나 산촌에서 작물의 온실난방과 벽난로 등에 많이 이용하고 있으나 그 수요는 점점 줄어들고 있어서 산속에 나무를 간벌목을 해도 가져가는 사람이 없어서 그대로 산에 쌓아 놓는 실정에 있다.
두 번째 열에너지는 석탄이다. 석탄은 무연탄과 유연탄(갈탄, 아역청탄, 역청탄)으로 분류하는데 역청탄은 제철소의 코크스 원료가 된다. 약 250년 전에 석탄은 산업 혁명을 이끈 증기 엔진을 가동하는 주요 연료였다. 오늘날 석탄은 전기를 생산하는 재료로 널리 사용되고 있다. 소규모 탄광의 기원은 2000년 전 로마시대로 거슬러 올라간다. 초기 대규모의 탄광은 1700년대에 영국 동북부에서 처음 생겨났다. 오늘날 남아있는 석탄의 양은 앞으로 150년 정도 사용할 수 있지만 석탄 발전소는 지구 온난화의 주범이 되고 있어 각국들이 발전소를 폐쇄시키고 있다.
세 번째 열에너지는 석유이다. 석유는 12세기 이슬람과 스페인의 전쟁을 통해 아랍에서 유럽으로 등잔불과 함께 석유가 전파되었다. 19세기 이전까지 서구에서 석유의 사용은 등잔불의 연료로 사용하는 것이 전부였으나, 산업 혁명 이후 산업 전반에서 사용하는 에너지원이 되었다. 1903년 미국의 라이트 형제는 가솔린 기관을 이용해 처음으로 동력 비행에 성공하였으며, 육상 수송 기술에도 엄청난 발달을 가져오는 원동력이 되었다. 석유는 석탄에 비해 가볍고 단위 질량 당 발열량이 크며, 액체이기 때문에 운반이 쉽고, 석탄과 비교하면 매연이나 재가 적게 발생한다. 이러한 장점 때문에 오늘날 석유의 사용량이 계속 증가하였다.
기록에 따르면 기원전 6000년경, 유프라테스 강 유역의 아시리아 바벨론 인이 지상으로 스며 나온 석유와 피치를 사용하여 선박에 물이 새지 않도록 틈새를 메우는 등 건축자재로도 쓰여졌고 고대 이집트인은 석유를 상처에 바르는 등 약용으로 사용하였으며, 기원전 400년경에는 페르시아군이 아테네를 침략할 때 방화용 기름을 화살촉에 묻혀 사용했다고 전해지고 있다.
네 번째 열에너지는 가스이다. 천연가스는 약 5,000년 전 고대시대부터 시작되었다고 하는데 땅이 갈라진 틈에서 배출되었던 천연가스가 발화되어 그 부분을 바로 불타는 샘, 영원한 등불로 불리기도 하였다. 약 3,000년 전 중국에서는 소금을 만들기 위해 지하 깊숙이 염전을 파다가 우연히 천연가스를 발견했다고 한다.
전기에너지의 이용
인간은 생활하는데 무한 편해지기를 갈망하며 이를 위해 도전을 해나가고 있다. 에너지도 점진적으로 변화하는데 목재를 주로 이용하다가 석탄과 석유, 요즘은 많은 가정에서 가스로 취사와 난방을 하는 가정들이 늘어났다. 편리함의 종결판은 역시 전기에너지 이용이다.
인류가 맨 처음으로 알게 된 전기는 정전기이다. 고대로부터 호박(琥珀, amber)이나 흑석(黑石, jet)과 마찰하면 털을 끌거나 일어서게 하는 힘이 있다는 것을 알고 있었다.
19세기 초기에는 전기에 관한 다양한 연구를 통해 전기 과학이 발전했다면 19세기 말에는 전기를 이용한 전기 공학의 기술이 발전했다. 벨과 에디슨 그리고 니콜라 테슬라 등 이름만 대면 알 수 있을 정도로 유명한 과학자 그리고 발명가들이 바로 이 시기에 등장했다. 이들이 발전시킨 전기 공학은 우리 일상에 반드시 필요한 전자 제품을 탄생 시켰으며 2차 산업 혁명을 일으키는 동력이 될 수 있었다.
첫 번째 전기에너지는 화력발전이다. 석탄이나 석유, 가스를 연료로 사용하여 발전소를 가동하고 전기를 생산해 냈다. 세계 최초의 화력발전은 1880년 미국 뉴욕에서 에디슨전기조명회사가 설립되어 1882년 9월 4일 뉴욕 시 펄 스트리트발전소에서 이루어졌다. 200마력 발전기 6대와 증기기관 6기를 갖추고 있었으며, 연료는 석탄을 사용했다. 그당시 보일러는 연관 보일러가 일반적이었고 증기압력은 10.5kg/㎠ 정도였다. 이후 급증하는 전력수요와 기계 및 재료의 기술혁신에 힘입어 화력발전 설비는 증기조건의 고온·고압화와 함께 용량의 대형화로 발전했다. 한국 최초의 화력발전은 1887년 경복궁에 세워진 설비용량 7KW의 에디슨 다이너모 발전기 3대와 왕복운동증기기관, 그리고 보일러 등으로 구성된 발전소로 연료는 석탄을 사용했다. 1990년대에 이르러 보령화력발전소에 500MW, 246kg/㎠, 540℃급 초임계압발전기가 처음 채용되었으며, 이러한 형태의 화력발전이 주를 이루고 있다.
두 번째 전기에너지는 원자력발전이다. 원자력은 X선의 발견에서 시작한다. 연구자들은 핵분열을 통해 엄청난 양의 에너지가 방출됨을 알게 되자, 원자력을 무기로 활용하려는 계획이 각국에서 추진되었다. 제2차세계대전 때에는 우라늄-235와 플루토늄을 이용한 핵무기를 개발하는 데 성공했다. 그리고 두 개의 핵무기를 일본의 히로시마와 나가사키에 투하했다. 이로써 전쟁은 종료되었지만 핵무기의 참상을 목격한 각국의 정치인과 과학자들은 원자력을 평화적으로 이용하자는 운동을 전개하였고 1957년 미국이 가압경수로를 전기생산에 이용하면서 평화적인 원자력시대의 막이 열리게 되었다. 그러나 1986년 소련 체르노빌원전과 2011년 후쿠시마원전 사고이후에 각국은 원전건설을 축소해 나가고 있다.
미래의 에너지, 신재생에너지
신재생에너지는 신에너지와 재생에너지를 합성한 용어이다. 태양에너지, 풍력, 수력, 바이오 에너지, 지열, 조력, 파력 등의 재생에너지와 수소, 연료전지,석탄액화.가스화 등의 신에너지가 있다. 재생에너지의 이용은 아주 오래 되었다. 나무 등을 태워서 난방을 하거나 요리를 하는 일은 인류 역사와 거의 함께 시작되었기 때문이다. 수차와 풍차의 개발은 재생에너지를 다양하게 이용할 수 있는 길을 열어주었다. 19세기 초 석탄을 본격적으로 사용하기 전까지 재생에너지는 인류에게 필요한 대부분의 에너지를 공급했다. 그러나 석탄, 석유, 천연가스, 원자력이 대부분의 에너지를 공급하게 된 20세기에 와서는 수력발전 이외의 재생에너지는 관심 밖으로 밀려났지만, 20세기 말부터 다시 부상하기 시작했다. 70년대 2차례의 중동전쟁을 격으면서 신재생에너지는 본격 개발을 하게 되었고 이후에 기후변화와 에너지고갈의 위기로 1990년대 이래 크게 주목받고 있다. 미래에는 가장 각광받는 에너지가 신재생에너지라고 볼 수 있다.
석기시대가 돌이 없어서 청동기시대로 바뀌어 간 것이 아니듯이 에너지의 흐름을 보면 이용가치와 시대적인 요구가 신재생에너지로 귀결된다. 당장에는 좀 불편한 것 같고 좀 이치에 안 맞는 것 같아도 우리가 자주 사용할수록 익숙되어 지고 점차 시간이 지나면 우리일상생활은 신재생에너지와 함께 하고 있는 것을 느껴질 날이 멀지 않았다고 본다.
김형진 박사
전 녹색에너지연구원장
영암일보 yailbo@daum.net
