출처 - 에너지대안센터
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지구의 온도는 지난
100년 간 0.3∼0.6℃ 정도 뚜렷이 올라갔고 최근 25년 간 이러한 징후들이 가속화되고 있다. 특히 1990년대에는 지난 100년 중 가장
더운 해가 6차례나 있었고 2001년에도 북위 20도 북쪽의 평균 온도는 가장 높은 기록을 세웠다. 이러한 온도상승은 매우 이례적인 데
온난화가 더욱 극명하게 나타나는 북반구 지역의 경우 지난 1000년 중 20세기의 온도상승 폭이 가장 크며, 지난 10,000년 동안의 어떤
시기에서도 지구온도가 1℃ 이상 변한 적이 없다. 현재 IPCC(Intergovermental Pannel on Climate
Change: 기후변화에 관한 정부간 협의체) 3차 보고서에 따르면 2100년까지 지구온도는 2∼6℃까지 올라갈 것으로 예측되고 있다. 마지막
빙하기였던 1만8천-2만 년 전과 현재의 온도 차이가 2 .8∼5℃밖에 되지 않는다는 사실을 감안하면 이러한 상승폭은 지구의 미래를 바꿀 수
있을 만큼 크다.
(Jones,1988 ; Hansen과 Lebedeff, 1987,1988 ; Vinnikov et al.,
1990 ; Jones와 Briffa, 1992 ; Parker et al., 1994; Wigley and Kelly, 1990; IPCC
3차 보고서). |
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온실의 유리는 태양으로부터 들어오는 복사에너지는 통과시키지만 열을 흡수한 식물과 지표가 내보내는 장파복사는 외부로 나가지 못하도록
막아 온실 내부의 온도를 높인다. 마찬가지로 대기 중의 미량기체인 수증기, 이산화탄소, 메탄, 질소산화물, 프레온 가스 등은 태양광선에 의해
따뜻해진 지표면이 지구 밖으로 내보내는 적외선 복사열을 나가지 못하도록 막는 역할을 한다. 아마 온실효과로 불리는 이러한 작용이 없다면 지상의
온도는 현재보다 20 ℃ 정도까지 떨어지게 될 것이다.
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우리가 매일 쓰고 있는 엄청난 에너지는 대부분 석유나 석탄 등과 같은 화석연료로부터 나오는 데
화석연료를 이용하는 과정에서 이산화탄소와 같은 온실가스를 대기 중으로 다량 방출하게
된다.
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그러나 산업혁명 이후 화석연료의 과도한 사용은 대기 중으로 온실가스를 다량 방출하면서 지나친 온실효과에 의한 지구온난화를 초래하고 있다.
현재 대기 중 이산화탄소 농도는 산업화 이전보다 거의 30% 증가했으며, 매년 1% 이상 증가하고 있다. 따라서 지금의 에너지 사용 방식이
바뀌지 않는다면 2100년 대기 중 이산화탄소 농도는 지금의 두 배가 될 것이고. 지구의 온도가 올라가면서 기후와 생태계에 감당할 수 없는
변화가 초래될 것이다.
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* 인위적으로 배출되는 주요 온실 효과 가스 |
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이산화탄소 (CO2) |
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메탄 (CH4) |
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아산화질소 (N2O) |
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프레온가스11 |
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프레온가스22 |
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산업혁명 이전 농도 |
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278,000 |
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700 |
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275 |
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0 |
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0 |
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현재 농도 (2000.10) |
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368,400 |
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1,800 |
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312 |
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264 |
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126 |
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온난화계수 |
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1 |
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21 |
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310 |
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3,800 |
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1,500 |
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자료 : Carbon
Dioxide Information Analysis Center(CDIAC) 농도의 단위 : ppbv [용적비로 10억분의 1을 나타냄.]
온난화계수는 각 온실가스가 100년 동안에 미친 온난화 효과를 이산화탄소를 1로서 환산한 수치 |
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온실가스 배출 세계 9위, 한국 |
과도한 온실가스 배출의 책임은 산업화된 나라들에 있으며 한국도 예외일 수 없다. 한국사람 한 명이 연간
배출하는 이산화탄소의 양은 8.76톤이다. 사람이 그냥 숨을 쉴 때 배출하는 이산화탄소량이 연간 110kg 정도이므로 우리는 생존에 필요한 양의
80배나 되는 에너지를 쓰면서 살아가는 것이다. 한국은 '97년 외환 위기 직전까지 온실가스 배출 세계 9위였으며, 경기가 회복되면서
다시 점점 더 많은 온실가스를 배출하고 있어 이대로 가면 2010년에는 온실가스 배출 세계 7위를 기록할 전망이다. 그 동안 우리는 스스로를
개발도상국이라고 생각하고 지구온난화에 대한 책임을 회피하려고만 했지만 이미 우리가 대량의 온실가스 배출을 통해 많은 편익을 누려왔음을 부인할
수는 없다. 따라서 한국도 이제는 지구온난화문제의 심각성과 이에 대한 책임을 깨닫고 온실가스 배출을 줄이기 위해 좀 더 적극적인 자세를 취해야
한다.
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어떤 사람들은 지구의 기온이 좀 올라가면 날씨가 따뜻해져 오히려 살기 좋아지는 것이 아니냐 생각할 지도 모른다. 그러나 기후변화란
단순히 날씨가 따뜻해지는 것을 의미하는 것이 아니다. 지구온난화라는 것은 전지구적으로 똑같이 온도가 상승하는 것이 아니어서 극지방과 같은 일부
지방에서는 온도가 평균보다 더 많이 올라가 빙하가 빠른 속도로 녹아내리게 되고 일부 지역에서는 오히려 온도가 떨어져서 한파가 닥칠 수도 있는
일이다. 뿐만 아니라 뜨거워진 지구의 온도는 좀 더 많은 양의 수증기를 대기 중으로 내보내어 악기상으로 인한 재해가 급증하게 되는 것이다.
따라서 우리가 우려하는 것은 지구온난화 자체보다는 지구온난화로 인해 벌어지는 기후변화, 그리고 지구 생태계의 변화이다. |
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지열에너지
땅 속 깊은 곳에서는 방사성 동위원소들의 붕괴로 끊임없이 열이
생성되고 있고, 땅 속 마그마는 종종 지각이 얇은 곳에서 화산이나 뜨거운 노천온천의 형태로 열을 분출한다. 이러한 열을 보통 지열이라 부르는데,
지열은 방사성 물질과 마그마의 작용으로 생성되는 것이기 때문에, 태양에너지와는 관계없는 것이다. 지열은 직접적인 난방, 전력생산, 열펌프를 통한
난방과 냉방, 제조용 열 등 여러 가지 형태로 이용될 수 있다.
온도가 그다지 높지 않은 섭씨 20도에서 150도 사이의 지열이 존재하는 땅속 저장소는 보통 주거지나 산업체에 직접 열을 공급하는 데
이용될 수 있다. 지열을 직접 이용하는 시스템은 세 개의 핵심요소로 구성되어 있다. 이것은 지하에 존재하는 또는 지하에서 데워진 뜨거운 물을
지표면으로 뽑아올리는 열공급장치, 열을 실내난방용이나 산업제조용으로 전달하는 기계장치 그리고 사용되고 나온 냉각된 물을 내보내는 장치이다.
직접적인 이용은 냉난방이나 산업용 외에도 온실, 양어장, 수영장, 목욕탕 등에도 이용될 수 있다. 지열의 직접적인 이용은 지열로 전력을 생산하는
경우와 비교할 때 열의 이용효율이 높고, 투자비와 개발비가 적게 든다는 잇점을 가지고 있다. 전력생산의 경우 효율은 5-20%에 지나지 않지만,
직접 이용은 50-70%에 달한다. 또한 온도가 그다지 높지 않은 지열도 직접 이용은 가능하다는 것도 장점이다. 그러나 지열을 이용해서 생산한
전기는 먼 곳까지 전달되기 쉽지만, 직접적인 이용은 그 장소 부근으로부터 벗어나기가 힘들다는 단점도 있다.
지열을 이용해서 전력을 생산하기에 적합한 곳은 뜨거운 증기나 뜨거운 물이 나오는 곳이다. 증기가 솟아나오는 곳에서는 이 증기로 직접
터빈을 돌려서 발전을 한다. 뜨거운 물이 나오는 경우 물의 온도는 섭시 182도 이상이 되어야 하는데, 이 물은 땅 속에서 높은 압력을 받고
있기 때문에, 지상으로 끌어올려지면 압력이 떨어지면서 일부가 증기로 바뀐다. 이 증기는 물로부터 분리되어 터빈으로 전달되어 터빈을 회전시키고,
이때 전력이 생산된다. 증기와 분리되어 나온 물과 터빈을 통과한 후 응축된 증기는 원래의 저장소로 되돌려진다.
물의 온도가 섭시 107도에서 182도까지인 경우에도 전기를 생산할 수 있는데, 이때는 물을 열교환기로 보내서 낮은 온도에서 끓는
액체를 증기로 변환시켜야 한다. 이 증기는 터빈을 돌리고 이때 발전기가 함께 회전하면서 전기를 만들어낸다. 끌어올려진 물은 열교환기를 통과한 후
땅속으로 보내져서 가열되어 다시 끌어올려진다. 이 시스템에서는 물이 흐르는 회로가 완전히 닫혀져 있어 땅 속에 뜨거운 물이 없고 뜨거운 암석층만
있어도 가능하다. 뜨거운 암석층은 거의 식지 않기 때문에 이 과정은 발전시설의 규모가 적당하면 오랫동안 반복 가능하기 때문이다.
그러나 땅속으로부터 뜨거운 증기나 물을 끌어올려서 발전하는 것은 엄밀한 의미에서 재생가능한 것은 아니다. 현재 지열 발전을 하는 모든
곳의 열저장량은 점차 줄어들어가고 있는데, 그 이유는 발전을 위해 빠져나가는 지열의 양이 저장소의 재충전 능력보다 더 빠르게 나가버리고 있기
때문이다. 물론 오랜 시간이 걸리기는 하겠지만, 땅속에서 뜨거운 물이나 증기가 고갈되고 뜨거운 암석층이 식어버리면 더 이상 열을 끌어올릴 수
없게 되는 것이다.
또한 지열은 원래 뜨거운 물이나 스팀이 나오는 곳에서만 이용 가능한 것으로 여겨졌다. 그러나 최근에 땅을 열 저장소나 열 싱크로
이용하여 난방이나 냉방을 하는 열펌프가 개발되어 퍼지면서 지열 이용은 어디서나 가능한 것으로 바뀌었다. 미국에서 지열 열펌프는 냉방과 난방용으로
가장 에너지 효율이 높은 것으로 평가되어 있다. 지열 열펌프는 땅 속에 이미 존재하는 약간의 열을 이용하기 때문에 기존의 공기를 이용한
열펌프보다 훨씬 높은 효율을 낸다. 이 기술은 땅속이나 지하수가 연중 비교적 일정한 온도(섭씨 10도 내외)를 유지한다는 점을 활용하는 것이다.
땅속은 여름에는 지상보다 온도가 낮고, 겨울에는 지상보다 온도가 더 높다. 지열 열펌프는 땅속이나 지하수에 저장된 열을 겨울에는 건물로
전달하고, 여름에는 열을 건물로부터 뽑아서 땅속으로 보내는 일을 한다. 그러므로 땅속은 겨울에는 열원으로, 여름에는 열 싱크로 작용하는 것이다.
지열 열펌프를 이용하는 시스템은 크게 땅속과 연결하는 장치, 열펌프, 열 배분장치로 구성되어 있다. 이와 같이 땅속 얕은 곳의 온도가 일정하다는
것을 이용해서 냉난방을 하는 것은 땅속의 온도가 오랜 시간이 지나도 변화하지 않기 때문에, 뜨거운 물이나 증기를 이용하는 지열발전과 달리
재생가능한 것이다.
지열을 적절하게 이용하는 것은 환경적인 측면에서도 꽤 유리하다. 이산화탄소 배출도 별로 없고 오염물질도 거의 나오지 않는다. 물론
땅속의 뜨거운 물이나 증기는 이산화질소, 이산화탄소, 황화수소 등을 함유하고 있고, 이러한 물이 지상으로 솟아오르면 이들 기체들도 함께 나와
대기로 방출된다. 그러나 이들 기체의 농도는 그다지 높지 않기 때문에 화석연료와 비교할 때 지열을 이용해서 1킬로와트시의 전기를 생산하면 약
13-380그램의 이산화탄소가 배출된다. 이에 비해서 석탄은 1킬로와트시를 생산하는 데 1000그램 가까운 이산화탄소가 배출된다. 황 방출량도
화석연료와 비교하면 무시할 정도로 적다. 낮은 온도의 지열 이용의 경우에는 이산화탄소와 황 배출량은 거의 무시할 만한 정도이다. 간혹 기체
함유량이 아주 높은 경우도 있는데, 이러한 경우에는 특수한 기술을 사용하여 기체가 대기로 방출되지 못하도록 해야 한다. 지열을 이용하는 열펌프는
에너지 효율이 매우 높다. 이 장치는 기존의 장치보다 적은 양의 전기를 소비하고, 따라서 이산화탄소나 오염물질 배출량도 적다. 또한 프레온
가스를 사용하지 않고도 냉방을 하기 때문에 오존층 파괴도 억제하는 효과도 낳는다.