미래의 에너지

太陽熱(태양열) 이용, 더욱 연구돼야
限定(한정)된 石油(석유)자원 保存(보존) 및 절약 시급해
광전지 및 열화학 이용, 대체에너지로 각광받아

  現代(현대)에 있어서 에너지 資源(자원)에 대한 고갈은 세계적으로 문제시되고 있다. 특히 부존자원이 없는 우리나라에 있어서는 더욱 심각하다 할 수 있다. 本稿(본고)에서는 에너지를 과학적인 측면에서 살펴보고 대체에너지를 소개함으로서 자원고갈에 대한 대책을 제시하고 있다. (편집자註(주))
 

  現代(현대)의 人類文明社會(인류문명사회)에서 에너지가 지니는 의미를 새삼 강조할 필요는 없다. 이제 에너지는 우리 社會(사회)를 유지, 지탱시키는 기본적 물질로서 人類(인류)의 生存(생존)까지 결정짓는 중요한 要素(요소)가 되었다. 더욱이 우리 文明社會(문명사회)는 해가 갈수록 많은 에너지를 요구하고 있으며 최근의 油價安定(유가안정)추세에도 불구하고 에너지 資源(자원)에 대한 불안이 全世界的(전세계적)으로 계속되고 있다.
  특히 본 稿(고)에서는 미래에 우리 人類(인류)가 사용할 수 있는 에너지를 科學的(과학적)인 측면에서 진단해보고, 새로운 에너지源(원)들을 소개함으로써 理解(이해)를 돕고자 한다. 즉 에너지를 다루는 政策的(정책적)인 次元(차원)이나 管理的(관리적)인 에너지의 保存(보존), 分配(분배), 節約(절약) 등의 側面(측면)에서 보다는 그동안 우리 人間生活(인간생활)에 至大(지대)한 역할을 담당해 오던 石油(석유)에너지의 有限性(유한성)을 補償(보상)해 줄 수 있는 새로운 대체에너지로서 대두되고 있는 에너지資源(자원)을 전망해 보고 이에 따른 문제들을 다루고자 한다.
 

Ⅰ. 새로운 에너지로의 轉換(전환)

  우리 人類(인류)의 미래에너지에 대하여 論議(논의)한다는 일은 에너지와 우리 人間社會(인간사회)가 연관되어 있는 만큼이나 복잡하고 어렵다. 세계적으로 에너지를 보는 視點(시점)과 見解(견해)도 각기 다르다. 英國(영국), 서독과 같은 유럽인들은 유럽적인 觀點(관점)으로 에너지환경을 보며, 북아메리카의 美國人(미국인)들은 美國式(미국식)으로, 산유국인 중동의 나라들은 中東(중동)의 관점에서 에너지 문제를 인식한다. 우리나라가 포함되어있는 東南亞(동남아)에서도 日本(일본), 中共(중공) 아세안 국가들과 우리 韓國(한국)과의 견해도 일치되지 않는다. 그런만큼 미래의 에너지 개발에 투자하는 대상과 노력에도 많은 차가 있다. 그러나 長期的(장기적)인 관점에서, 石油(석유)에너지를 대체할 수 있는 이상적인 에너지원을 우리 人類(인류)가 필요로 한다는 점에는 見解(견해)를 같이하고 있다.
  지금 우리 인류는 에너지 문제에 있어선 전환기에 서 있다. 전통적인 에너지로부터 새로운 에너지로의 전환을 요구받고 있다. 새로운 에너지를 어떻게 얻을 것이며 새로운 에너지로의 전환이 과연 질서 있고 혼돈 없이 이루어 질 수 있겠는가? 이의 기술개발을 위해서 어떻게 추진해야 하는가 등이다.
  에너지를 전환하는 과정에서 우리에게 에너지 위기는 의외로 쉽게 일어날 수 있다. 에너지의 수요와 공급이 장단기적으로 불투명하며 지금 추진중인 새 에너지원이 개발될 때를 정확히 예측할 수 있는 어떠한 자료도 없기 때문이다.
  기술적인 점에서 살펴보더라도 앞으로의 에너지 위기는 불확실한 패턴으로 나타날 것으로 전망된다.
  그러나 우리는 과거의 에너지위기를 겪으면서 에너지를 어떻게 하면 더 많이 생산하고 덜 쓸 수 있는지에 대한 대책을 세우고 이에 적응하므로서 잘 극복해 왔다. 이러한 소중한 경험들이 장래의 에너지문제를 다루는 데에도 큰 도움을 줄 것이다. 또한 미래의 에너지를 長期的(장기적)으로 확실히 하고 이를 기술적으로 검토하는 일 등은 앞으로 다가올지도 모를 단기적인 에너지위기를 극복하는데 효과가 있을 것이다.

Ⅱ. 理想的(이상적) 에너지
  다가오는 未來(미래)의 에너지資源(자원)은 一般的(일반적)으로 크게 두 가지 次元(차원)에서 충족되어질 것을 要求(요구)받고 있다. 그 하나는 社會的(사회적) 차원에서 에너지로서의  妥當性(타당성)을 얼마나 지니는가의 문제이며 다른 차원의 하나는 經濟的(경제적) 次元(차원)에서 諸條件(제조건)을 充足(충족)시켜야 한다는 점이다.
  社會的(사회적)인 觀點(관점)에서 새로운 에너지 자원은 熱函量(열함량)(Cal)이 높고 깨끗하고 우수한 質(질)(Quality)을 가져야 하고 또한 에너지源(원)이 位置(위치)하고 立地的(입지적) 條件(조건)과 에너지가 사용되는 社會(사회) 잘 調和(조화)될 수 있어야 한다.
  만약 天然資源(천연자원)이 아니라면 再?用(재?용) 여부와 실제로 에너지가 생산되는 곳이 중요시 될 것이다. 한편 에너지 자원이 생활환경에 미치는 영향, 즉 생산에서부터 소비의 모든 과정에서 악영향을 끼치지 않고 이용될 수 있느냐는 특히 강조되고 있다.
  經濟的(경제적) 차원에서 고려되는 점은 첫째, 에너지로서의 포텐셜(Potential) 즉 에너지의 생산능력과 수송능력이다. 에너지를 사용하는 곳까지 용이하게 수송할 수 있느냐의 문제는 에너지의 본질과도 유관한 문제로서 에너지의 이동에 따른 경제성이 중요시된다.
  둘째는 기술적인 면에나 얼마나 빨리 實用化(실용화) 될 수 있느냐이며 셋째는 에너지를 生産(생산)하는데 요구되는 資本(자본)의 規模(규모)이다. 즉 에너지의 생산가를 결정짓는 에너지의 성격-자본집약점여부-이다.
  에너지로서의 效用價値(효용가치)는 時代的(시대적)狀況(상황)에 따라 變化(변화)된다. 에너지의 比較價値(비교가치) 또한 매우 重要(중요)하다. 73년부터의 오일가격 上昇(상승)으로 많은 에너지資源(자원)들이 效用性(효용성)에서 再評價(재평가)를 받았다. 한편 금년에 들어와서의 오일價格下落(가격하락)은 世界(세계)에너지문제를 해결하는 데에는 도움이 되지 않으며 第(제)2 에너지 쇼크를 앞당기게 할지도 모른다는 1部(부) 科學者(과학자)들의 우려도 이에 근거한다.

Ⅲ. 期待(기대)되는 대체에너지源(원)
1. 石油(석유)에너지의 保存(보존) 및 管理(관리)

  石油(석유)는 그동안 우리 人類(인류)가 사용해온 에너지 중에서, 앞서 기술한 理想的(이상적) 에너지에 가장 부합되는 자원으로 크게 공헌해 왔다. 石油(석유)에너지는 획기적이고 보편적인 새 에너지자원이 등장할 때까지 이 役割(역할)을 계속할 것으로 보인다.
 그러므로 한정된 석유에너지의 보존 및 절약, 즉 줄어드는 석유에너지의 미래까지 어떻게 잘 분배하고 절약할 것인가에 대한 대책은 새로운 에너지의 자원을 찾는 것만큼 중요하다. 보존에 의한 석유에너지의 잠재적 運用方法(운용방법)이 크게 要請(요청)되는 이유도 여기에 있다.

2. 頁岩油(혈암유)ㆍ타르샌드ㆍ石炭變換(석탄변환) 에너지
  頁岩油(혈암유)…혈암유(Oil shale)는 Kerogen이라는 炭化水素(탄화수소)를 함유한 혈암에서 抽出(추출)한 기름이다. 석유와는 성분이 약간 다르며, 제1급 혈암에서는 두께 9m의 132t의 기름을 생산한다. 頁岩油(혈암유)의 質(질)은 대부분 석유보다 낮으나 요구하는 질로 향상시킬 수 있는 기술은 개발되어 있다. 頁岩油(혈암유)는 美國(미국), 브라질, 아르헨티나 등의 몇 나라에 편중 매장되어 있다. 생산에는 大單位(대단위) 채탄시설이 필요하며 환경오염에 대한 폐기처리시설이 요구되는 점은 있으나 대규모의 잠재적 공급능력과 더불어 成分(성분)의 다양한 용도는 石油(석유) 대체에너지로서 긍정적 요인으로 평가된다.
  타르 샌드(Tar Sand)=타르샌드는 극히 粘性(점성)이 높은 石油系(석유계) 炭火水素(탄화수소)를 함유한 모래이다.
  주요 매장지는 카나다알바다주와 베네주엘라이다. 타르샌드에 대한 폐기물 처리는 石炭(석탄)이나 頁岩油(혈암유)에 비해서는 크지 않지만 역시 중요하며, 아직은 타르샌드에서 기름을 抽出(추출)하는 方法(방법)-즉 기름의 質(질)을 높이는 공정개발에 많은 기술적 경제적 투자가 필요하다는 제약을 받고 있다.
  그러나 종래 石油生産(석유생산)이 감소됨에 따라서 그 기여도가 증대될 것으로 보인다.
  석탄변환에너지…石炭(석탄)은 全世界的(전세계적)으로 고루 잘 분포되어 있고 매장량이 풍부하기 때문에 長期的(장기적) 觀點(관점)에서 잠재력이 큰 대체에너지로 재평가되고 있다. 石炭變換(석탄변환)에 의한 에너지의 質(질)을 向上(향상)시키는데 요구되는 공정개발과 투자, 폐기물처리를 위한 環境計劃(환경계획)에 많은 노력이 요구되지만 당분간 석탄은 石油(석유)의 대체에너지로서 큰 몫을 할 것으로 展望(전망)된다.

3. 核分裂(핵분열) 및 融合(융합)에너지
  核分裂(핵분열)에너지는 현재 많은 나라에서 활발히 利用(이용)하고 있는 에너지이다. 현재의 입장에서 在來(재래)의 火石(화석)에너지와 경쟁할 수 있는 資源(자원)은 核分裂(핵분열)原子(원자)에너지가 가장 유력하게 평가받고 있다.
  그러나 앞으로 核分裂(핵분열)에 의한 原子(원자)에너지는 고도의 기술, 핵연료 구입의 어려움, 大型(대형)사고에 대한 두려움과 폐기물 처리의 어려움으로 많은 제약을 받고 있어 금세기 말부터는 그 수요가 감소할 것이다. 또한 핵분열 기술과 핵무기제조와의 연관성은 계속 그 이용을 저해하는 요소가 될 것이다.
  核融合(핵융합)에너지(Nuclear Fussion)…핵융합에너지는 21세기의 에너지로서 무한한 공급원이 될 資源(자원)으로 기대되고 있다. 核融合(핵융합)反應(반응)은 가벼운 原子核(원자핵)들에서 무거운 原子核(원자핵)이 생성되는 반응이다. 이때 반응 전후에 質量(질량)의 감소가 생기고 이 감소된 질량이 物質(물질)에너지의 等價原理(등가원리)(E=mc²)에 의해서 에너지 형태로 방출되는 에너지이다.
  核融合(핵융합)에너지는 分裂(분열)에너지보다 환경에 미치는 영향이 적고 연료가 광범위하게 분포되어 있으며 無限(무한)한 에너지 포텐셜을 지니고 있다는 면에서 미래 에너지의 寵兒(총아)로 등장할 것으로 보인다. 그러나 이에 수반되는 高度(고도)의 기술(핵융합반응의 제어, 초고온프라즈마의 보존)과 대단위 資本(자본)의 소요는 그 利用(이용)을 지연시키고 있다. 軍事面(군사면)에서는 核融合(핵융합)反應(반응)이 성공했으나 이의 平和的(평화적) 利用(이용)까지는 다소 時間(시간)이 필요할 것으로 보인다.

4. 太陽(태양)에너지
  태양열을 이용한 에너지개발은 核融合(핵융합)에너지와 더불어 21세기의 에너지로 크게 주목된다.
  직접열에너지로 적용하기에는 질이 낮은 에너지이나 고도의 과학기술을 바탕으로 한 태양광전지의 개발 등으로 그 이용은 크게 늘어갈 것이다.
  2000년대까지 다양한 태양열 이용 시스템-태양열발전소, 냉난방시스템, 조리용 등-이 개발 활용될 것이다. 특히 관심을 끄는 태양열이용계획 중의 하나 NASA에서 2000년대의 완성을 목표로 추진 중인 우주공간궤도에서의 태양광전지를 이용한 ‘太陽光(태양광) 發展(발전) 시스템’이다. 이 계획은 우주공간에서 보다 많은 태양열(지상의 15배의 열프럭스)을 받아 태양전지를 이용하여 이를 전기적인 에너지로 바꾸어 지구로 송전하는 계획이다.
  이러한 태양에너지 이용계획들은 깨끗하고 환경파괴가 없는 에너지로서 크게 평가되며 集熱(집열), 畜熱(축열) 등의 기술발전과 함께 그 이용이 크게 기대되고 있다.

5. 바이오ㆍ매스
  바이오ㆍ매스에 의한 에너지는 얻기가 쉽기 때문에 생화학적 기술의 발전과 더불어 최근 큰 관심을 갖게 한다.
  바이오ㆍ매스의 에너지 이용기술에는 발효, 열분해, 랜드횔 가스 희수 등의 여러 방법이 있으나 에너지의 질이 낮고 이용할 때 발생되는 환경오염문제가 있다. 특히 많은 자본이 필요한 시설이 요구되고 에너지로서의 잠재력-생산한계와 수송문제-이 낮으나 용도와 사회환경에 따라서는 그 경제성이 재평가될 수 있다.
  바이오ㆍ매스에 의한 에너지 利用(이용)은 高熱(고열)을 必要(필요)로 하는 先進社會(선진사회)에서 보다는 후진사회에서 연료로는 중요한 역할을 담당할 것으로 보인다.

6. 水素(수소)에너지
  光電池(광전지) 및 熱化學(열화학)에너지 등을 이용하여 물을 分解(분해)함으로써 얻어지는 水素(수소)(H2) 역시 미래의 좋은 에너지源(원)으로 評價(평가)받고 있다.
  물은 자연계에 거의 無限(무한)히 존재하는 자원이고 햇빛은 어디서나 구할 수 있다는 點(점)에서 水素(수소)는 미래의 에너지로서 큰 매력을 지닌다. 또한 이 공정은 공산물을 다시 연소시키면 다시 물이 되도록 환경에 미치는 影響(영향)도 적다.
  물의 분해방법으로는 電氣分解(전기분해), 熱化學的(열화학적) 分解(분해), 太陽(태양)에 의한 分解(분해), 光電氣(광전기)分解(분해) 등이 있다.
  필자가 개인적으로 주목하고 있는 에너지 개발시스템도 “열화학적 方法(방법)에 의하여 물을 분해하여 수소를 얻는 工程(공정)”이다. 熱化學的(열화학적)인 물의 分解反應(분해반응)은 다음과 같은 3단계 反應(반응)으로 이루어진다.
  물分解方法(분해방법)의 기술개발-光電池(광전지)의 발달, 열화학공정개발-과 더불어 今世紀末(금세기말)부터 水素(수소)의 重要性(중요성)은 크게 증가될 것이다.
 

Ⅳ. 綜合考察(종합고찰)
  위에서 살펴본 에너지 資源(자원)들은 社會的(사회적)次元(차원)이든, 經濟的(경제적)次元(차원)이든 그 나름대로 각기 短點(단점)과 長點(장점)을 가지고 있다. 그러나 이들의 연관된 에너지기술을 고려할 때 에너지의 미래는 매우 고무적이다.
  向後(향후) 50~100여년동안 이들 에너지들의 활용이 복합적으로 아주 인상깊게 전개될 것으로 보인다. 각 에너지원들의 貢獻(공헌)은 전체에너지의 수요ㆍ공급 均衡(균형)과 깊이 연관될 것으로 보인다. 에너지源(원)에 따라 원료제한적일수도 있고 수요제한적일 수도 있다. 현재 구체적으로 어떤 에너지원이 언제 어떻게 공헌할 수 있을지 정확한 시간표를 작성할 수는 없다.
  다만 이에 관련된 제 문제-石油(석유)에너지의 限定(한정), 새에너지源(원)의 개발기술발전, 에너지의 수요공급 등을 고려해 볼 때 확실한 것은 에너지의 轉換(전환)時期(시기)는 조만간 다가 올 것이라는 점이다.
  에너지의 전환이 종래의 에너지로부터 질서있게 변화될 것인가? 아니면 큰 混亂(혼란)에 우리가 직면할 것인가는 금세기말 전후에는 밝혀지게 될 것이다.
  이 變化(변화)에 대해서 필자가 비교적 낙관적 見解(견해)를 피력할 수 있는 것은 人類科學史(인류과학사)는 항상 밝고 信念(신념)에 찬 科學者(과학자)들에 의해서 우리의 문제가 해결되고 발전되어 왔으며 에너지 문제도 예외는 아닐 것이기 때문이다.