미래

신에너지&재생에너지,
탄소중립 사회로 향하는 열쇠
3가지 신에너지와 8가지 재생에너지,
탄소중립 실현을 위한 방향을 제시하다

가장 주목 받는 두 에너지,
태양광에너지와 수소에너지

2021.10.29


산업혁명 이후 약 300년간 지구의 평균 기온은 약 1℃ 상승했다. 이로 인해 극지방에서는 10억 톤에 달하는 빙하가 녹아내렸고, 해수면의 높이는 약 2.7cm 상승했다. 전문가들은 지금 당장 지구온난화를 막기 위한 노력을 시작하지 않으면 다가오는 2040년까지 지구의 평균기온이 1.5℃ 더 상승할 것으로 전망한다. 이 전망대로라면 엄청난 양의 빙하가 녹아 바닷물의 염분과 온도에 변화를 일으킬 것이고, 강수량에 큰 변화를 일으켜 생태계가 심각하게 파괴될 수 있다. 이는 인류가 머지않은 미래에 식량난과 자연재해라는 거대한 악몽을 겪을 수도 있음을 시사한다.

 

이에 지구온난화의 주범으로 꼽히는 이산화탄소의 실질적인 배출량을 ‘0’으로 만들기 위한 탄소중립이 국제사회의 새로운 질서로 받아들여지고 있다. 지난 2017년 스웨덴과 노르웨이가 세계 최초로 탄소중립을 선언한 이래 현재까지 총 128개국이 탄소중립 달성을 위해 뜻을 모으고 있다.

 

신재생에너지,

화석연료를 대체하다




신재생에너지란 신에너지와 재생에너지를 총칭하는 단어다. 신에너지는 수소, 연료전지, 석탄액화·가스화의 3가지로,  기존에 사용되던 화석연료나 원자력 에너지가 아닌 새로운 에너지를 의미한다. 재생에너지는 자연 에너지를 변환하여 이용하거나, 폐자원을 재활용하여 생성하는 에너지를 일컫는다. 태양열, 태양광발전, 바이오매스, 풍력, 수력, 해양에너지, 지열, 폐기물에너지까지 총 8가지가 있다.


신재생에너지는 화석연료와 비교하였을 때 고갈될 염려가 낮고, 오염 물질 배출량이 적다는 장점이 있다. 석유와 같은 화석 연료 보유량이 적은 우리나라의 경우 신재생에너지를 통해 에너지 수입 의존도를 낮출 수 있어 신재생에너지 기술의 개발 및 보급이 더욱 중요하게 여겨지고 있다. 

 

신재생에너지와 관련된 우리나라의 정책은 지난 2020년 발표된 「제5차 신재생에너지 기본계획」을 통해 살펴볼 수 있다. 당시 발표된 신재생에너지 보급 관련 목표는 오는 2030년까지 1차 에너지의 14.3%, 발전량 중 21.6%를 신재생에너지로 공급하는 것이다. 이를 위해 정부에서는 신재생에너지 공급 의무화를 위해 시장을 개편하고, 신재생에너지 및 연료에 대한 제도를 신설 및 개선하겠다 밝혔다. 


그렇다면 신재생에너지가 온실가스를 감축시키는 데 미치는 효과는 어느 정도일까? 2016년 녹색기술센터가 발표한 자료에 따르면 신재생에너지 기술에 의한 온실가스 감축량은 약 246만tonCO2eq/yr*이며, 직접 감축*은 약 48%, 간접감축*은 약 52%로 나타났다. 주목할 만한 점은 이렇게 감축된 온실가스 대부분이 이산화탄소라는 사실이다. 보급 및 확대를 통해 지구온난화의 주원인인 이산화탄소를 효과적으로 감축할 수 있다는 뜻이다.

 

*직접감축: 연료연소 등에 발생되는 직접적인 온실가스 감축량

*간접감축: 전력 및 열 등의 생산에너지에 의한 온실가스 대체감축량

*tonCO2eq/yr: 1년에 감축된 이산화탄소 당량(equivalen). 당량이란, 화합물마다 일정하게 할당된 물질량 값

 

대체에너지로 각광 받는 신재생에너지원,

태양광 & 수소

 

총 11가지의 신재생에너지 중 태양광에너지와 수소에너지는 각각 가장 높은 발전 비중과 가장 높은 발전 가능성을 지닌 에너지로 꼽힌다. 이들 에너지는 어떤 특징을 가지고 있을까.


태양광에너지

태양광에너지는 태양의 빛을 전기에너지로 변환시키는 발전 기술을 통해 얻는 에너지를 일컫는다. 전기적 성질이 다른 N(Negative)형의 반도체와 P(Positive)형의 반도체를 접합한 모듈에 빛을 쬐었을 때 생산되는 광기 전력을 바탕으로 하고 있어 별도의 발전기가 필요치 않으며, 탄소 직접 배출 수치 역시 ‘0’이다.


 

친환경적인 발전이 가능하고, 발전 시설이 비교적 단순한 데다 무한한 자원인 태양광을 발전원으로 하는 태양광에너지는 전 세계적으로 발전량이 지속해서 성장하고 있다. 실제로 지난 10년간 전 세계 태양광에너지 시장의 총 발전량은 10배 이상 증가했다. 국내 태양광에너지 시장 역시 정부의 적극적인 보급 정책과 기업들의 ESG* 경영강화와 함께 순조로운 성장세를 보이고 있는데, 지난해 기준 국내 태양광 시장 규모는 3.5조 원을 넘어서며 국내 신재생에너지 시장을 주도하고 있음을 증명했다. 

 

하지만 태양광에너지가 화석연료를 대체할 만큼 충분한 발전량을 확보하기 위해서는 태양전지 기술의 혁신적인 발전이 선행되어야 한다. 태양전지는 태양의 빛에너지를 전기에너지로 변환시켜주는 설비인데, 현재 일반적으로 이용되고 있는 실리콘 태양전지의 발전 효율은 20% 내외에 불과하기 때문이다. 전문가들은 더 많은 빛을 받아들이고, 빛을 전기로 전환하는 과정에서 손실을 줄여 발전 효율을 끌어올려야 화석연료를 대체할 에너지로 자리매김할 수 있다고 입을 모은다. 이와 관련하여 과학기술정보통신부에서는 다가오는 2030년까지 태양전지 효율을 35%까지 향상시킬 것이라 발표한 바 있다. 

 

*ESG: Enviroment(환경), Social(사회), Governance(기업지배구조)의 약어로 기업 활동에 친환경, 사회적 책임 경영, 지배구조 개선 등 투명 경영을 고려해야 지속 가능한 발전을 할 수 있다는 철학을 담고 있다


수소에너지

수소에너지는 전기와 마찬가지로 1차 에너지원이 아닌 2차 에너지원으로서 기능한다. 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리 및 생산해서 발생되는 에너지 일체를 일컬으며, 석유와 천연가스 등의 1차 에너지나 태양광, 풍력 등의 재생에너지로부터 생산할 수 있다. 수소에너지는 원천기술 개발이 필요하기에 아직 본격적으로 쓰이고 있지는 않지만, 지역적 편중이 없는 보편적인 에너지원이며 연소 시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는 공해 물질이 배출되지 않아 미래의 궁극적인 대체 에너지원으로 손꼽힌다. 

 

 

수소에너지의 가장 큰 특징은 대규모 저장과 운송이 용이하다는 점이다. 태양광, 풍력 발전 등으로 생산한 전기에너지는 고정된 별도의 에너지저장장치에 저장해야 하는 번거로움이 있을 뿐 아니라 저장 과정에서 에너지 손실이 발생하는데, 수소에너지는 기체, 혹은 액체로 변환하여 저장 및 운송 과정이 간결하다는 장점이 있다.


그렇다면 수소에너지는 어떤 분야에 이용될까? 현재 수소에너지가 활용될 것으로 손꼽히는 분야는 단연 연료전지다. 연료전지는 수소와 공기 중의 산소를 결합하여 전기를 만들어내는 전지로, 무한한 발전이 가능하고 공해 물질을 배출하지 않으며, 연료 효율이 높아 화석연료 중심의 에너지 체제를 수소에너지 중심으로 전환하는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 전망된다.


바야흐로 기후 위기의 시대,

탄소중립 사회로 나아가기 위해



 

경제협력개발기구(OECD)가 2020년 8월 발표한 ‘2020 한국 경제 보고서’에 따르면 한국의 1차 에너지 공급원 중 화석연료가 차지하고 있는 비율은 무려 80%에 달하는 것으로 나타났다. 탄소중립 실현까지는 아직도 가야 할 길이 많이 남았음을 의미한다. 하지만 탄소중립에 도달하기 위한 여정은 이제 막 시작되었을 뿐이다. 지난 2021년 10월 18일 개최된 탄소중립위원회의 2차 전체회의에서는 2050년까지 석탄 발전을 폐지하고 탄소 순 배출도를 '0'으로 만드는 '2050 탄소중립 시나리오' 2개 안을 확정 지었다. 목표 달성을 위해서는 신재생에너지를 통한 전력 생산을 지금보다 5배가량 늘려야 하는 만큼, 신재생에너지에 대한 연구는 앞으로 더욱 활발해질 전망이다.


*참고자료

녹색기술센터 정책연구부(2015), 「저탄소 미래에너지 사회 실현을 위한 신재생에너지의 기회와 도약」