(2009-10-19) 향후 몇 십 년에 걸쳐, 전 세계는 화석연료에 대한 의존성에서 탈피하고, 온실가스를 크게 감소시킬 필요가 있다. 현재의 기술은 한계가 있으며, 비약적인 발전이 요구되는 상황이다. 그러한 비약적 발전에는 무엇이 있을까? 만약 성공한다면 전 세계 에너지 상황을 쉽게 변화시킬 5가지 기술이 여기 있다.
그러한 기술들은 거대한 기회를 제공하게 될 것이다. 가령, 우주로부터 에너지를 개발하도록 하는 기술은 새로운 산업을 활성화시킬 수 있다. 화력발전소로부터 생성된 이산화탄소를 포집하고 저장하는 기술은 오래된 화력발전소에 기운을 불어넣게 될 것이다.
물론 성공을 단언할 수는 없다. 그러한 기술들은 난해한 공학적 도전과제들을 만들어 내고 있으며, 그 가운데 몇몇은 실험실에서 개발된 물질 또는 GM식물과 관련해서 커다란 과학적 도약을 필요로 하고 있다. 또한 저렴한 비용으로 에너지를 생산할 수 있는 혁신적인 기술이 전수되어야만 한다. 만일 그러한 모든 것이 성취되어진다면, 이 기술들은 시장 판도를 바꿀 수 있는 게임 체인저(game-changer)가 될 수 있을 것이다.
1. 우주 태양열 발전(SPACE-BASED SOLAR POWER)
30여년 이상, 공상가들은 우주를 항상 비추고 있는 태양 에너지의 개발에 대해서 상상해왔다. 만일 우리가 거대한 태양 전지판을 지구궤도에 설치해서 이용가능한 에너지의 일부를 지구에 되돌려 줄 수 있다면, 그러한 전지판들은 지구의 어느 곳이라도 전기를 끊임없이 제공할 수 있을 것이다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.biosafety.or.kr%2Fbbs%2FPds%2FBoard%2Fbsn_040%2FEditor%2F5%EA%B8%B0%EC%88%A0-1.jpg) 출처: New Scientist
태양빛은 거대한 궤도거울(orbiting mirror)로부터 일련의 배열을 갖춘 광전지(photovoltaic cell)로 반사된다; 그 빛은 전기로 전환되고, 다시 극초단파로 변형되어 지구로 전송된다. 육지에 설치된 안테나는 그와 같은 극초단파 에너지를 취합해서 다시 전기로 환원시켜 그리드(grid)로 보내게 된다.
이 기술은 과학소설처럼 들릴 수 있을지 모르지만, 실제로는 단순한 것이다: 약 2만 2천마일 상공의 궤도에 있는 태양 전지판은 에너지를 극초단파 형태로 지구에 보내게 되는데, 이러한 극초단파는 전기로 변환되어 그리드에 접속된다. (저에너지 광선은 안전한 것으로써 여겨지고 있다.) 직경 1마일 가량의 설비를 갖춘 시설은 약 1000메가와트(megawatt)가량의 전기를 공급할 수 있는데, 이러한 공급량은 평균적으로 미국의 1백만 가정에 충분히 전기를 공급할 수 있는 전기량이다.
태양 에너지 수집기를 우주로 보내는 비용이 가장 커다란 문제이며, 따라서 몇 번의 발사만으로도 충분할 정도의 경량급 시스템을 고안할 필요가 있다. 몇몇 국가와 회사들이 지금부터 10년 안에 태양광 우주발전의 실현을 목표로 하고 있다.
2. 고성능 차량용 전지(ADVANCED CAR BATTERIES)
전기자동차는 석유의 사용을 크게 줄일 수 있으며, 공기를 정화하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.biosafety.or.kr%2Fbbs%2FPds%2FBoard%2Fbsn_040%2FEditor%2F5%EA%B8%B0%EC%88%A0-2.jpg) 출처: EPSRC
리튬-에어 배터리(lithium-air battery)에서, 산소는 흑연과 같은 다공성의 탄소로 이루어진 양극(carbon cathode)을 통해서 지나가며, 리튬 금속으로 이루어진 음극에서 생성된 리튬 이온과 결합함으로써 전하를 생성한다. 그러한 반응은 용량을 개선하기 위해서 산화 망간과 같은 촉매의 도움을 받는다.
랩톱컴퓨터에서 일상적으로 사용되고 있는 리튬-이온 배터리는 차세대 플러그-인 하이브리드 차량이나 전기자동차에서 각광을 받고 있다. 이 배터리는 다른 자동배터리들 보다 훨씬 강력하다. 하지만, 리튬-이온 배터리는 고가이며, 아직은 한 번의 충전으로 멀리 운행하지 못하는 실정이다; 내년에 출시될 플러그-인 하이브리드 자동차인 Chevy Volt는 배터리 하나만으로 약 40마일을 달릴 수 있다. 완벽하다고 가정하면, 전기자동차는 한 번의 충전으로 400마일 가깝게 달릴 수 있을 것이다. 하지만, 개선의 여지가 있음에도 불구하고, 리튬-이온 배터리의 잠재력은 제한적이다.
한 가지 대안으로서, 리튬-에어 배터리는 리튬-이온 배터리의 성능 보다 10배의 지속력을 약속하고 있다. 리튬-에어 배터리는 충전을 위해서 공기로부터 산소를 끌어들이고 있으며, 따라서 그 장치는 더욱 작아지고 경량화될 수 있다. 몇몇 연구실이 그러한 기술과 관련해서 연구를 수행하고 있지만, 혁신적인 기술개발이 이루어지지 않는다면 해당 기술의 상업화는 10년이 걸릴 수도 있다고 과학자들은 전한다.
3. 유틸리티 저장기술(UTILITY STORAGE)
모든 사람들은 풍력 및 태양력 에너지에 열광하고 있는데, 그건 당연한 일이다. 하지만, 풍력 및 태양력 에너지는 사용하지 않으면 소멸되는 자원이다. 다른 형태의 에너지와 차이로써, 그것들은 더 우수한 저장장치를 필요로 한다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.biosafety.or.kr%2Fbbs%2FPds%2FBoard%2Fbsn_040%2FEditor%2F5%EA%B8%B0%EC%88%A0-3.jpg) 출처: AEP
전력저장장치는 풍력이나 태양력과 같은 재생가능한 자원으로부터 전기를 저장할 수 있고, 태양이 비추지 않거나 바람이 불지 않는 상황에서 전력을 공급할 수 있다.
사람들은 바람이 지하 저장실의 압축공기와 부딪힐 때 발생하는 전력을 이용하며, 그 공기는 가스를 연료로 하는 터빈에 유입되어 보다 효율적인 가동이 이루어지도록 한다. 하지만 이 기술의 가장 커다란 장애요인은 이용가능한 대용량의 지하 저장실을 찾는 것이다.
비슷한 사례로써, 거대한 배터리는 나중에 사용하기 위해서 풍력에너지를 충전할 수 있지만, 기존의 몇몇 기술들은 비용이 매우 많이 들고, 어떤 기술들은 효율이 좋지 못한 상황이다. 비록 연구진들이 역량을 개선하기 위해서 새로운 물질을 찾고는 있지만, 커다란 기술적 도약이 필요한 상황이다.
리튬-이온 기술은 그리드 저장(grid storage)과 관련해서 매우 전도유망하다. 기술적 역량이 개선되고 가격이 하락함에 따라, 작으면서도 강력한 리튬-이온 배터리가 소비자들에게 보다 가까이 배포되게 되었다. 그리드를 보다 효율적으로 만들어서, 화력발전을 보완할 필요성을 감소시키게 된다면, 리튬-이온 배터리들은 재생가능한 자원으로부터 충분한 에너지를 저장하고, 전력 수급의 불안전성을 원활히 하는데 도움을 줄 수 있을 것이다.
4. 탄소 포집 및 저장기술(CARBON CAPTURE AND STORAGE)
전력을 얻기 위한 풍부한 자원으로써 석탄을 그대로 사용한다고 하는 것은 석탄으로부터 생성되는 이산화탄소의 양을 대폭으로 저감시킬 수 있음을 의미한다. 그것은 새롭고 보다 효율적인 전력공장을 의미할 수도 있다. 하지만, 기존 설비로부터 발생하는, 한 해 약 20억톤에 달하는 이산화탄소를 포집하는 기술이야 말로 판도를 바꿀 수 있는 진정한 게임-체인저(game-changer)가 될 것이다.
![](https://img1.daumcdn.net/relay/cafe/original/?fname=http%3A%2F%2Fwww.biosafety.or.kr%2Fbbs%2FPds%2FBoard%2Fbsn_040%2FEditor%2F5%EA%B8%B0%EC%88%A0-4.jpg) 출처: Vattenfall
이산화탄소가 굴뚝에서 나오는 가스들로부터 제거되어 압축된다. 그 후 그것은 지하 깊숙한 곳에서 다공성의 암석 형태로 저장된다.
그리 크지 않은 규모의 이산화탄소 포집 기술이 이미 존재하지만, 그러한 기술들을 거대한 전력공장 규모로 적용시키게 되면, 해당 전력공장의 생산량은 1/3 수준으로 감소하고, 전력 생산비용은 2배까지 증가하게 될 것이다. 따라서, 과학자들은 비용이 많이 들지 않으면서, 이산화탄소 포집율을 90%까지 올릴 수 있는 실험적 기술들을 찾고 있다.
관련 기술 대부분이 거의 초기 단계에 있는 실정이며, 어떤 방법이 효과적이라고 말하기에는 너무 이른 감이 있다. 한 가지 전도유망한 기술로써, 석탄과 순수 산소를 금속 산화물 형태로 태우는 기술이 있다. 이 기술을 사용하면 전력공장의 효율에 거의 영향을 미치지 않으면서, 포집하기에 손쉬운 고농도의 이산화탄소를 만들어 낼 수 있다. 그 기술은 소규모의 시범공장에서 시연되었으며, 내년에 1메가와트급 시험공장에서 적용될 예정이다. 하지만 2020년경에나 상업적 이용이 가능할 전망이다.
5. 차세대 바이오연료 기술(NEXT-GENERATION BIOFUELS)
석유 의존성으로부터 우리 자신이 독립하는 한 가지 방법은 운송연료를 재생가능한 자원 유래의 연료로 대체하는 것이다. 재생가능한 자원 유래의 연료라 함은 비식량작물 유래의 새로운 차세대 바이오연료를 의미하는 것이다.
연구진들은 쓸모없는 통나무, 작물 폐기물, 쓰레기, 그리고 스위치그래스와 같은 식용이 불가능한 영년생 식물들을 고가의 연료로 전환하는 방법을 고안하고 있다. 하지만, 가장 전도유망한 차세대 바이오연료는 조류에서 유래하고 있다.
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출처: Saferenviroment
조류는 이산화탄소와 태양에너지 그리고 다른 영양분을 먹으면서 자란다. 그것들은 추출이 가능한 기름을 생산하는데, 이 기름들은 디젤이나 가솔린 대체품 그리고 그 외 다른 제품을 만들기 위해서 기존의 정유공장에 첨가될 수 있다.
조류는 이산화탄소를 소비하며 빠르게 성장한다. 옥수수 유래의 바이오에탄올이 한 해에 에이커당 350갤론을 생산할 수 있는 데 반해서, 조류 유래의 바이오연료는 한 해에 에이커당 5,000갤론 이상을 생산할 수 있다. 또한 조류 유래의 바이오연료는 기존의 정유 및 분배 시스템에 직접 첨가될 수 있다; 이론적으로, 미국은 자국에서 필요로 하는 운송연료 수급량 전부를 충족할 수 있는 만큼의 충분한 바이오연료를 생산할 수 있다.
하지만 현재의 개발단계는 초기단계에 도달해 있는 상황이다. 십여개 이상의 회사들이 시범적 프로젝트를 시작해서 소규모 생산을 달성했다. 그러나 양적인 면을 고려했을 때, 조류 유래의 바이오연료를 생산한다고 하는 것은 생산성을 감소시킬 수 있는 병충해를 관리하고, 생산성이 가장 좋은 조류 품종의 재배와 개발을 포함해서, 저렴한 양분과 물과 같은 자원의 확보를 의미한다.
번역: 한국바이오안전성정보센터 (www.biosafety.or.kr) |