에너지 호르무즈 해협 봉쇄에도 평온? ‘지열’로 일본을 구하는 ‘차세대 발전’ 히노마루 기술의 진가를 전문가가 해설

[お持て成し]

호르무즈  해협 봉쇄에도 평온? ‘지열’로 일본을 구하는 ‘차세대 발전’ 히노마루 기술의 진가를 전문가가 해설 / 4월 29일(수) / 핀즈바 뉴스

지열 발전소(사진/shutterstock)

미국과 이스라엘의 이란 공격으로 긴장이 고조되는 가운데, 중동에서 원유 탱커가 통과하는 호르무즈 해협이 봉쇄되면서 원유의 약 90%를 중동에 의존하고 있는 일본은 심각한 에너지 위기에 직면하고 있다.

■【이미지】'가볍고, 얇고, 구부러진다!' 일본이 발명한 페로브스카이트 태양전지

"일본 전기는 화력 발전에 대한 의존도가 높으며, 자원에너지청의 전력 조사 통계에 따르면 2025년 12월 발전량 중 화력 비중이 77.2%에 달합니다. 원유 가격이 오르면 발전 비용도 상승하기 쉬워, 그 영향이 시차를 두고 전기 요금으로 전환돼 가계에 큰 부담이 됩니다.”(전국지 기자)

그런 원유 가격 상승 시대에, 이런 뉴스가 들어왔다.

"경제산업성은 4월 15일, 차세대형 지열발전에 대해 2026~2030 회계연도 5년 동안 1,102억 엔을 지원하기로 결정했습니다. 또한 페로브스카이트 태양전지 개발 지원도 확대해 보조금을 250억 엔 추가해 1,051억 엔으로 책정했습니다"(전동)

　원유에 의존하지 않는 “차세대 에너지”. 특히 지열 발전은 지하 깊은 곳에서 마그마에 의해 가열된 고온의 지하수 증기로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식이다. 화산과 온천이 많은 일본은 지열 자원이 풍부해 지열 발전이 유망하다고 여겨졌지만, 실제로는 크게 진전되지 못한 것이 현실이다. 그 이유에 대해 사이언스 라이터 카와구치 토모만 씨는 이렇게 말한다.

"기존 방식으로는 온천 지역이 필요했어요. 하지만 온천 지역에 대규모 발전소를 건설하게 되면, 지역 주민들의 반대도 있다. 전기 요금이 조금이라도 저렴해져도 온천 마을을 망치게 된다면 원도 자도 없으니까요. 그런 문제 때문에 대형 지열 발전은 오랫동안 진전되지 못했습니다.” (이하 모든 문장은 카와구치 씨가 작성)

■ 화산열도만의 지하 자원
　

자원은 있는데 확산되지 않는다——. 그러한 답답함을 안고 있던 일본의 지열 발전이지만, 그 장벽을 허무는 핵심 수단으로 기대되는 것이 ‘클로즈드 루프’의 차세대 지열 발전이다. 이번에 1,100억 엔 규모의 지원이 확정된 차세대형이란 과연 어떤 것인지.

"클로즈드 루프는 온천 자체가 아니라 지하의 열만을 이용하면 된다는 발상에서 탄생한 발전 시스템입니다. 거대한 파이프라인을 지상에서 지하 1000미터 정도 높이까지 연결하고, 그곳에 물을 흐르게 한다. 이로 인해 지열로 데워진 온수가 증기로 변해 파이프라인을 올라가며, 지상에 있는 발전소의 터빈을 회전시킵니다. 그리고 수증기가 식은 물은 다시 지하로 순환시켜 지열로 데워지는… 그런 원리입니다"

이렇게 하면 수원도 필요 없으니, 지하에 온천이 없더라도 화산이 많은 일본이라면 이론적으로 어디든 발전소를 설치할 수 있다는 장점이 있다. 참고로 일본은 미국, 인도네시아에 이어 세계 3위의 지열 자원 대국이다.

"초기 비용도 비교적 낮게 잡을 수 있고, 규모를 토지에 맞게 조정할 수 있어 어떤 지역에서도 도입이 가능합니다. 일본은 원래 온천 시추와 배관 기술이 있어 그 점에서 꽤 강점이 있다. 화산열도이기 때문에, 지하 취급에 관한 기술은 다른 나라보다 앞서 있습니다"

거대한 발전소에서 전력을 공급하던 기존 방식에서, 필요한 곳에 필요한 전기를 생산하는 지역 생산·소비형 에너지로 전환한다——. 그런 미래도 보이기 시작한다.

“원유에도 크게 영향을 받지 않고, 자연 에너지이기 때문에 안정적인 공급에도 기여한다. 그런 의미에서 꽤 기대할 만한 기술입니다. 그래서일수록 일본의 미래 기술 중 하나로서 지열 발전이 지금 재평가되고 있는 것입니다"

또 하나는 지열 발전과 함께 개발 지원 확대가 결정된 페로브스카이트 태양전지로, 일본이 발명한 차세대 태양전지다.

요컨대 부드러운 태양전지입니다. 구부러지고 얇다. 그래서 창문에 붙이거나 건물 모서리를 따라 배치하는 등 다양한 장소에 설치할 수 있다. 그런 의미에서 매우 흥미로운 기술입니다

도시 지역 빌딩의 벽면, 역이나 도로 등 인프라, 지금까지 발전과는 무관했던 공간이 전기를 생산하는 장치로 바뀔 수도 있다. 정말 꿈이 있는 기술이지만,

“기존의 대규모 발전을 모두 대체하는 주력 전원으로 생각하는 것은 아직 이르다고 생각합니다. 또한 내구성에는 아직 과제가 남아 있어 당분간은 보조적인 사용이 기본이 될 것입니다"

하지만 이 태양광 발전에는 더욱 거대한 계획도 눈앞에 있다. 그것이 바로 우주 태양광 발전이다.

"우주에서 태양광 발전을 하고, 이를 전파로 변환해 지구에 보내는 구상입니다. 우주라면 24시간 365일, 날씨에 구애받지 않고 발전할 수 있기 때문에, 지상에서의 태양광 발전보다 훨씬 좋은 조건이다. 이론적으로는 가능하고, 돈만 있으면 할 수 있다. 원래 이 안을 제안한 것은 미국이었지만, 미국이 중단된 상황에서도 일본은 연구를 계속해 왔습니다."

그 중 하나가 JAXA가 만든 세계 최초의 우주 요트 ‘이카루스’다.

"이카루스는 태양풍을 받아 나아가기 위한 큰 돛을 우주에서 펼치는 기술을 입증했지만, JAXA 입장에서는 대형 태양전지 패널을 우주에 전개하기 위한 기초 기술을 확인하고 싶었던 것 같습니다. 이카루스에서 사용한 막 부분을 태양전지로 교체하면, 그대로 우주용 태양전지 패널이 된다. 우주에서 그것을 여러 장 연결하면 점점 대형화할 수 있다"

예를 들어, 한 장을 10미터, 20미터 정도로 줄이고 그것을 수백 장 쏘면, 약 2킬로미터 정도 크기의 거대한 태양전지 패널을 만들 수 있는 계산이 된다.

그 정도 규모가 되면 일본 전력 수요의 상당 부분을 지원할 가능성도 있다. 이제는 완전한 SF가 아니라, 일부에서는 현실적인 선택지로 보이기 시작했습니다

그때 딱 맞는 것이 페로브스카이트 태양전지라고 카와구치 씨는 말한다.

"우주 개발 기술은 미국이 우위라고 생각하지만, 태양전지 발전 기술은 일본이 더 강하다. 그러니 그 부분이 구축된다면, 일본이 세계 전력 공급을 장악하는 날이 올지도 모른다"

에너지 문제가 위기 상황으로 치닫고 있는 지금, 이러한 기술을 어느 정도까지 실용화하고 보급으로 연결할 수 있을지가 앞으로의 큰 과제가 될 것으로 보인다.

실용화가 임박한 차세대 지열 발전과 페로브스카이트 태양전지이지만, 더 큰 ‘꿈의 발전’도 있다. 그 개발을 통해 세계를 선도하고 있는 것은 일본이 자랑하는 ‘일본 기술’이었다. 후편에서는 그 상세 내용에 대해 설명한다.

카와구치 토모카즈
1967년생. 과학 작가. 도야마 대학 이과대 물리학과를 졸업한 뒤 출판사에 근무했으며, 1999년부터 작가로 활동하고 있다. 그동안 과학 정보 사이트 ‘사이언스 뉴스’의 편집 총괄과 불규칙적으로 바 ‘과학 실험 술집’을 운영하는 등 다양한 관점에서 과학을 주제로 활동하고 있다. 저서로는 『정말 대단해! 일본의 과학기술』(소우바샤), 『비타민 C는 인류를 구한다!!』(학켄 퍼블리싱), 『뭐든 미래 도감』(코단샤), 『라멘을 과학한다』(칸젠) 등 다수.

핀즈바 NEWS 편집부

ホルムズ海峡封鎖でも平気?「地熱」で日本を救う「次世代発電」日の丸技術の真価を専門家が解説

ホルムズ海峡封鎖でも平気?「地熱」で日本を救う「次世代発電」日の丸技術の真価を専門家が

ホルムズ海峡封鎖でも平気?「地熱」で日本を救う「次世代発電」日の丸技術の真価を専門家が解説 / 4/29(水) / ピンズバNEWS

地熱発電所（写真／shutterstock）

　アメリカとイスラエルによるイラン攻撃で緊張が高まる中、中東からの原油タンカーの通り道であるホルムズ海峡が封鎖されたことにより、原油の約9割を中東に依存している日本は深刻なエネルギー危機に直面しようとしている。

■【画像】「軽い、薄い、曲がる!」日本が発明したペロブスカイト太陽電池

「日本の電気は火力発電への依存が大きく、資源エネルギー庁の電力調査統計でも、2025年12月分の発電電力量に占める火力の比率は77.2％に達しています。原油価格が上がれば発電コストも上昇しやすく、その影響は時間差で電気料金となって家計にのしかかってきます」（全国紙記者）

　そんな原油高の時代に、こんなニュースが飛び込んできた。

「経済産業省は4月15日、次世代型地熱発電に対し、2026〜30年度の5年間で1102億円を支援すると決めました。あわせて、ペロブスカイト太陽電池の開発支援も拡充し、補助額を250億円積み増して1051億円としています」（前同）

　原油に依存しない“次世代エネルギー”。特に地熱発電は、地下深くでマグマに熱せられた高温の地下水の蒸気でタービンを回して電気をつくる仕組みの発電方式。火山や温泉の多い日本は、その地熱資源の豊富さから地熱発電が有望視されてきたが、なかなか進まなかったのが現状だ。その理由をサイエンスライターの川口友万氏は、こう話す。

「従来の方式だと温泉地が必要だったんです。しかし、温泉地で大規模発電所を建てることになれば、地元の反対もある。電気代が多少安くなっても温泉郷を潰すことになってしまったら元も子もありませんから。そういう問題があって、大型の地熱発電は長いこと進まなかったんです」（以下「」はすべて川口氏）

■火山列島ならではの地下資源
　資源はあるのに広がらない——。そんなもどかしさを抱えてきた日本の地熱発電だが、その壁を崩す切り札として期待されているのが、「クローズドループ」の次世代地熱発電だ。今回、1100億円もの支援が決まった次世代型とは、どういうものなのか。

「クローズドループは、温泉そのものではなく、地下の熱だけを利用すればいいという発想から生まれた発電システムです。巨大なパイプラインを地上から地下1000メートルあたりの場所まで通し、そこに水を流す。これによって、地熱で温められた熱水が蒸気となってパイプラインを上がり、地上にある発電所のタービンを回す。そして水蒸気が冷えた水はまた地下に循環させ地熱で温める……そういう仕組みです」

　これなら水源もいらないので、地下に温泉がなくても火山の多い日本なら理論上、どこでも発電所は設置できるという利点がある。ちなみに日本は、アメリカ、インドネシアに次ぐ世界第3位の地熱資源大国だ。

「初期費用も比較的抑えやすく、規模も土地に合わせて調整できるので、どんな地域でも導入できます。日本はもともと温泉掘削や配管の技術があるので、その点ではかなり強い。火山列島ですから、地下の扱いに関する技術は他国より進んでいるんです」

　巨大な発電所から送電する従来の給電から、必要な場所で必要な電気を生み出す地産地消型エネルギーへ——。そんな未来図すら見えてくる。

「原油にも左右されにくいし、自然エネルギーなので安定供給にもつながる。そういう意味では、かなり期待できる技術です。だからこそ、日本の将来技術の一つとして、地熱発電が今、再評価されているんです」

　もう一つ、地熱発電とあわせて開発支援の拡充が決まったペロブスカイト太陽電池は、日本が発明した次世代型の太陽電池だ。

「要するに柔らかい太陽電池です。曲がるし、薄い。だから、窓に貼ったり、建物の角に沿わせたりと、さまざまな場所に設置できる。そういう意味ではとても面白い技術です」

　都市部のビルの壁面、駅や道路などのインフラ、これまで発電とは無縁だった空間が、電気を生み出す装置へ変わるかもしれない。まさに夢のある技術なのだが、

「既存の大規模発電をすべて置き換えるような主力電源として考えるのは、まだ早いと思います。また、耐久性にはまだ課題があり、当面は補助的な使い方が基本になるでしょう」

　ただ、この太陽光発電には、さらに壮大な計画も視野にある。それが、宇宙太陽光発電だ。

「宇宙で太陽光発電をして、それを電波に変えて地球に送るという構想です。宇宙なら24時間365日、天候に左右されずに発電できるので、地上での太陽光発電よりはるかに条件がいい。理屈の上では可能ですし、お金さえあればできる。もともとこの案を言い出したのはアメリカなんですが、アメリカが中断した中でも、日本は研究を続けてきました。

　その一つが、JAXAが作った世界初の宇宙ヨット『イカロス』だ。

「イカロスは太陽風を受けて進むための大きな帆を宇宙で広げる技術を実証したわけですが、JAXAとしては、大型の太陽電池パネルを宇宙で展開するための基礎技術を確かめたかったんだと思います。イカロスで使った膜の部分を太陽電池に置き換えれば、そのまま宇宙用の太陽電池パネルになる。宇宙でそれを何枚もつないでいけば、どんどん大型化できる」

　たとえば、1枚を10メートル、20メートル程度にして、それを何百枚も打ち上げれば、2キロ四方くらいの巨大な太陽電池パネルが作れる計算になる。

「そこまでの規模になれば、日本の電力需要のかなりの部分を支えられる可能性もある。もう完全なSFではなく、一部では現実の選択肢として見られ始めているんです」

　そこにもってこいなのが、ペロブスカイト太陽電池だと川口氏は言う。

「宇宙開発の技術はアメリカが上だと思いますが、太陽電池の発電技術は日本のほうが強い。だから、そこが組めば、世界の電力供給を日本が席巻する日が来るかもしれない」

　エネルギー問題が危機的な状況になりつつある今、こうした技術をどこまで実用化し、普及へつなげられるかが、今後の大きな焦点になりそうだ。

　実用化が迫っている次世代型地熱発電とペロブスカイト太陽電池だが、さらなる“夢の発電”もある。その開発で世界をリードしているのは、日本が誇る“日の丸技術”だった。後編では、その詳細について解説する。

川口友万（かわぐち・ともかず）
1967年生まれ。サイエンスライター。富山大学理学部物理学科卒業後、出版社勤務を経て99年よりライターに。これまで科学情報サイト「サイエンスニュース」の編集統括や不定期でバー「科学実験酒場」を経営するなど、様々な角度から科学をテーマに活動している。著書に『ホントにすごい!日本の科学技術』（双葉社）、『ビタミンCは人類を救う!!』（学研パブリッシング）、『なんでも未来ずかん』（講談社）、『ラーメンを科学する』（カンゼン）など多数。

ピンズバNEWS編集部