스탠퍼드大 마크 제이콥슨 교수 발전용 연료 순위 조사

“최고의 신·재생에너지는 풍력. 최고의 그린카는 전기차” 전 세계적으로 화석연료를 대체하기 위한 신·재생에너지 개발 열풍이 불고 있다. 새로운 에너지원을 개발하거나 기존의 에너지 기술을 업그레이드하는 분야가 줄잡아서 10여개가 넘는다. 그렇다면 최고의 신·재생에너지는 무엇일까? 스탠퍼드대학 토목환경공학과 마크 제이콥슨 교수가 이같은 물음에 해답을 제시했다. 이 대학의 대기 및 환경연구소 소장을 맡고 있는 제이콥슨 교수는 최근에 발간한 ‘지구온난화, 대기오염, 에너지 안보 해결 방안’이란 주제의 논문에서 신·재생에너지들의 순위를 매겼다. 제이콥슨 교수는 각 에너지원의 잠재적 크기와 가용성을 분석했다. 또 각 에너지원이 지구온난화, 대기오염, 안보에 미치는 영향은 물론 발전 과정에서 필요한 물의 양, 배출되는 열의 양, 부지의 크기, 수질오염도 등도 함께 조사했다. 또 생태계 보호, 핵 확산이나 영양실조 초래 등 모두 13개의 요인을 반영해 순위를 정했다.

●지구온난화·안보 등 13개 요인 분석

제이콥슨 교수는 연구 결과 전력생산용으로 가장 바람직한 신·재생에너지는 풍력, 집광형 태양열, 지열, 태양광, 조력, 파력, 수력, 원자력, 청정석탄, 바이오연료의 순서였다고 밝혔다. 풍력은 우선 발전기 생산과 작동 과정에서 발생하는 이산화탄소 등 온실가스 배출량이 신·재생에너지 가운데 가장 적었다. 발전기 1대의 평균 수명인 30년 동안 8.5~11.3t의 이산화탄소만 배출한다. 물 사용량이나 수질오염, 생태계 보호라는 측면에서도 가장 높은 점수를 받았다. 에너지원도 풍부하다. 풍력발전기를 돌릴 수 있는 세기의 바람은 육지만 해도 세계 총에너지 수요의 5배, 총 발전 수요의 20배가 넘는다. 집광형태양열(Concentrated Solar Power)도 풍력 다음으로 온실가스 배출량이 적다. 주로 거울 등 공해가 없이 생산되는 원자재를 사용하기 때문이다. 생태계에 미치는 영향도 작다. 집광형태양열의 에너지원의 잠재적 크기는 태양광 다음이다. 부지를 너무 많이 차지하고, 태양열 발전이 가능한 지역이 한정돼 있다는 단점이 있다. 지열 에너지는 잠재력이 태양광·태양열 다음이다. 풍력보다 크다. 그러나 현재의 지하 시추 기술로는 아직 이용하는 데 한계가 있는 것으로 제이콥슨 교수는 판단했다. 지열발전소는 건설 과정에서 온실가스 발생이 상대적으로 많은 편이다. 또 발전과 난방을 위해 지하에서 끌어올린 뜨거운 물 속에 탄소 등의 오염물질이 녹아 있을 수 있다.



태양광은 지구에서 현존하는 가장 큰 에너지원이다. 육지에 내리쬐는 햇빛의 1%만 활용해도 전 세계의 에너지 수요를 충당하고도 남는다. 그러나 태양전지는 생산과정에서 많은 물질과 에너지가 필요하다. 특히 박막태양전지는 카드뮴과 같은 독성물질을 사용하기 때문에 환경측면에서 점수가 많이 깎였다. 또 날씨에 따라 발전량의 편차가 큰 것도 큰 약점이다. 태양광 발전소는 가동 후 1~3.5년이 돼야 건설 당시 발생한 온실가스를 상쇄할 수 있다.

조력과 파력도 잠재력이 크다. 80만㎞에 이르는 전 세계 해안의 2%는 발전에 충분한 힘을 가진 파도가 밀려온다.

이를 활용한다면 489GW 용량의 전기를 생산할 수 있다. 조력과 파력을 이용한 발전소가 적기 때문에 이로 인해 배출하는 온실가스의 양에 대한 정확한 통계는 없다. 그러나 제이콥슨 교수는 조력과 파력 발전소는 가동후 3~5개월 안에 건설 과정에서 발생시킨 온실가스의 양을 상쇄할 수 있다고 밝혔다.

수력은 노르웨이 총발전량의 98.9%, 베네수엘라 총발전량의 83.7%를 차지한다. 또 중국과 캐나다, 브라질, 미국, 러시아 등도 적극적으로 이용하고 있다. 그러나 나라마다 에너지원에 차이가 크다. 현재 세계적으로 이용가능한 수력의 5%가 발전에 사용되고 있다. 수력발전소는 댐을 건설하는 과정에서 엄청난 토목공사가 필요하기 때문에 환경에 영향을 미치고 이산화탄소 배출량이 크다는 단점이 있다. 특히 수몰되는 지역의 나무를 베지 않을 경우 공해 요인이 크다고 제이콥슨 교수는 지적했다.

●석탄 발전 잠재적 에너지 총량 가장 낮아

2008년 4월 현재 세계 31개 국가에서 439기의 원자력발전소가 전기를 생산하고 있다. 프랑스는 발전량의 79%가 원자력에서 나온다. 현재와 같은 수준을 유지하면 우라늄 매장량을 감안할 때 원자력발전은 90~300년 동안 계속될 수 있다. 재처리 기술의 발달로 우라늄과 플루토늄의 핵무기 전환이 더욱 용이해지고 있다는 것이 원자력 발전의 중요한 문제점 가운데 하나다. 또 원자력발전은 이미 알려진 대로 건설은 물론 작동 과정에서 방사능 물질이 발생한다.

이산화탄소 포집 및 저장(CCS) 기술을 이용한 석탄 발전은 잠재적인 에너지 총량의 크기가 작다. 또 석탄 에너지를 현재와 같이 사용하면 200년 뒤 고갈될 것으로 예상된다. 석탄 발전소는 건설과 작동 과정에 온실가스를 배출하고, 특히 이산화탄소를 포집하는 과정에서도 많은 에너지가 소요된다. 석탄을 그대로 땔 때보다 CCS를 이용하면 이산화탄소 배출량을 85~90% 줄일 수 있다. 그럼에도 불구하고 CCS 발전은 모든 신·재생에너지 발전 가운데 온실가스 배출량이 가장 크다는 단점이 있다. 이와 함께 포집해서 지하에 매장한 이산화탄소의 유출 가능성이 있다.

●가장 친환경적인 자동차는 전기차

제이콥슨 교수는 바이오 연료를 자동차 연료로 간주, 전기차 및 수소연료 전지차와 비교했다. 그 결과 전기차가 가장 친환경적인 자동차로 나타났으며 수소연료 전지차가 그 다음이었다. 따라서 가장 이상적인 에너지 조합은 풍력으로 생산된 전기로 달리는 배터리 전기차라고 제이콥슨 교수는 주장했다. 하이브리드는 분석에서 제외됐다. 바이오 연료는 옥수수로 만든 에탄올이든, (곡물이 아닌) 섬유소로 만든 에탄올이든 생산과정에서 너무 많은 물과 에너지, 부지 등이 소요되고 환경도 파괴된다고 제이콥슨 교수는 지적했다. 그는 에탄올을 다른 신·재생에너지들과 비교해도 종합순위는 꼴찌라고 밝혔다.

제이콥슨 교수는 논문의 결론을 통해 풍력과 태양열, 지열, 조력, 태양광, 파력, 수력은 유익한 에너지로 효율 향상을 통해 세계의 에너지 수요를 충분히 충족시킬 수 있다고 결론을 내렸다. 그러나 원자력과 석탄 CCS는 장점보다 단점이 많다고 지적하고, 바이오연료는 아무런 장점이 없이 부정적인 효과만 가져온다고 평가했다.

이도운기자 dawn@seoul.co.kr