우리들의 미래를 밝힌다! SK에너지와 함께하는 신재생에너지 한눈에 읽기

전세계적으로 환경오염이 점차 심화되고, 향후 50년 내로 화석연료가 고갈될 것으로 전망되면서 지속 가능한 대체에너지를 찾고자 하는 노력이 끊임없이 이어지고 있습니다. 에너지 고갈에 대비하기 위한 에너지 절약도 중요하지만 무엇보다 미래 에너지원을 찾는 것이 가장 시급한 지금, 세계는 화석연료를 대체할 신재생에너지 개발에 박차를 가하고 있는데요. 그렇다면 현재 우리의 미래 에너지원으로 자리매김할 다양한 에너지원은 어떤 것들이 있는지 함께 알아보도록 하겠습니다.

1. 신재생에너지란?

신재생에너지란 기존의 화석연료를 변환시키거나 햇빛, 물, 바람, 지열 등을 포함한 재생 가능한 에너지를 변환해 이용하는 에너지를 의미합니다. 현재 신재생에너지는 지속 가능한 에너지 공급을 위한 미래의 에너지원으로 여겨지고 있으며, 유가의 불안정과 기후변화협약 규제로 중요성이 더욱 증가하고 있는데요.

우리나라에서는 '신재생에너지개발 보급 및 이용보급 촉진법 제2조’ 에 따라 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 태양열, 태양광, 풍력, 바이오, 폐기물, 수력, 해양, 지열 8가지의 재생에너지와 연료전지, 수소에너지, 석탄액화 및 가스화 3가지의 신에너지를 합쳐 신재생에너지로 지정하고 있습니다.

2. 신재생에너지 종류

1) 태양광 에너지

태양광 에너지는 태양으로부터 얻은 빛(가시광선) 에너지를 의미하는데요. 태양광 발전은 태양전지로 구성된 모듈과 축전지, 전력변환장치로 이루어진 태양광 발전시스템을 이용하여 태양광 에너지를 전기에너지로 변환시키는 기술입니다. 반도체 n형과 p형을 접합시킨 태양전지에 태양 빛이 흡수되면 반도체 내에 전기를 갖는 입자인 전자(-)와 정공(+)이 발생하는데요. 전자(-)는 태양전지 n층으로, 정공(+)은 p층으로 모이며 전극을 형성해 전류가 발생하는 원리입니다.

태양광 발전은 무한정, 무공해의 태양광 에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고 환경오염이 발생하지 않으며, 햇빛이 있는 곳이면 어디나 간편하게 설치할 수 있다는 장점이 있는데요. 요즘은 도심 곳곳에서 태양광 에너지를 이용하는 모습을 흔히 만나볼 수 있습니다. 소규모로 태양광 에너지를 이용하는 태양광 가로판매대, 태양광 정류장과 건물에 태양광 발전을 적용한 송파구에 있는 가든 파이브가 대표적인 예입니다.

2) 태양열 에너지

태양열 에너지는 태양으로부터 지구 상에 도달하는 열에너지로 주로 건물의 냉난방과 급탕에 활용되는데요. 태양열을 흡수해 얻은 고열을 직접 이용하거나 고열로 열교환기를 돌린 후 고압 수증기를 발생시켜 전기를 생산하는 원리입니다. 태양열 이용 기술로는 태양열 집열 기술, 축열 기술, 시스템 제어기술, 시스템 설계기술 등이 있는데요. 태양열 에너지는 에너지밀도가 낮고 계절 및 날씨에 영향을 많이 받기 때문에 집열과 축열 기술이 발전 과정에서 가장 핵심이 되는 기술입니다. 태양열 에너지는 태양광 에너지와 마찬가지로 무공해, 무한량의 청정에너지이지만 에너지 밀도가 낮아 큰 설치면적이 필요하고 비용 대비 에너지 효율이 떨어진다는 단점을 가지고 있는데요. 하지만 화석연료와 비교하면 생산 가능한 지역적 편중이 적고 온실가스를 배출하지 않기 때문에 미래 에너지로서 가치가 높은 에너지입니다.

3) 풍력 에너지

풍력에너지는 바람으로부터 에너지를 얻는 기술이며, 풍력발전시스템을 이용하여 바람의 힘을 회전력으로 변환시켜 유도전기를 발생시키는 방식인데요. 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용한 발전 기술입니다.

풍력발전은 청정에너지임과 동시에 발전 시설에 필요한 비용이 가장 적고 풍력발전단지에서 농사, 목축 등이 가능해 토지 이용의 효율성이 높다는 특징이 있는데요. 풍력 발전기 1대가 1년간 약 120~200톤의 석탄을 대체할 수 있어 공해 물질 저감 효과도 매우 큽니다. 하지만 바람의 특성상 지역적 조건에 영향을 많이 받으며 바람이 항시 불지 않기 때문에 에너지를 저장하기 위한 충전기술에 비용이 많이 든다는 단점이 있는데요. 따라서 풍력 발전 단지 건설에 적합한 지역인지, 풍력 에너지 품질이 어떤지 제대로 된 평가가 이루어져야 합니다.

4) 바이오 에너지

바이오 에너지는 바이오매스를 연료로 활용하여 얻는 에너지입니다. 여기서 바이오매스란 동물, 식물, 미생물의 유기물(나무줄기 뿌리, 잎 등)을 의미하며 산업계에서는 폐재, 분뇨와 같은 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함되는데요. 바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법에는 바이오매스의 직접 연소와 알코올화 및 메탄 가스화 등 바이오매스의 유기물을 연료화하는 방법이 있습니다. 유기물을 연료화하기 위해서는 생산, 수집, 운반, 변환 관련 기술이 먼저 개발되어야 하고, 바이오매스의 생물학적 공정 과정에서 추가 에너지를 투입해야 한다는 문제점을 안고 있습니다. 

그러나 목재부터 사탕수수, 식물, 해조, 광합성 세균, 유기계 폐기물, 농산 및 산업 폐기물 등 바이오매스와 유기계 폐기물에 해당하는 대부분을 연료화할 수 있어 잠재적 에너지 가치가 아주 높은 편인데요. 실제로 현재 세계 연간 에너지공급량의 1/6이 바이오매스로부터 나오고 있습니다.

5) 해양 에너지

해양 에너지는 바닷물을 통해 얻는 에너지로 파랑, 조석, 수온, 해류, 바람, 염도 등을 이용하여 전기나 열을 생산하는데요. 에너지 이용방식에 따라 크게 조력, 파력, 조류, 온도 차 4가지의 해양 에너지 발전 기술이 있습니다. 

① 조력발전: 조석간만의 차로 생기는 해수면의 상승하강운동을 이용해 전기를 생산하는 기술

② 파력발전: 연안 또는 심해의 파랑에너지를 회전력으로 변환하는 기술

③ 조류발전: 해수의 유동에서 얻어지는 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술

④ 온도 차 발전: 해양 표면층 온수와 해저 심해층 냉수와의 온도 차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술

이외에도 해류발전, 근해 풍력발전, 해양 생물자원의 에너지화 및 염도 차 발전 등이 있는데요. 해양 에너지는 환경에 영향을 끼치지 않은 깨끗함과 무한한 양을 자랑하며, 조력발전의 경우 규칙적으로 에너지를 공급받을 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 해양 에너지 발전 시 시설비가 비싸며 에너지 밀도가 작다는 단점을 가지고 있는데요. 현재 우리나라는 세계에서 조력발전이 가능한 몇 안 되는 나라로 조력 에너지를 미래의 대안에너지 지목하며 계속된 연구와 사업을 진행하고 있습니다.

6) 수력 에너지

수력에너지는 물의 힘으로 만들어지는 에너지인데요. 개천, 강, 호수 등의 물의 낙차로 발생하는 위치에너지가 수차를 회전시켜 전기에너지를 생산하는 원리입니다. 2005년 이전에는 시설용량 10㎿이하를 소수력으로 규정했지만 신에너지 및 재생에너지 개발이용보급촉진법에 따라 소수력을 포함한 수력 전체를 신재생에너지로 정의하고 있는데요. 수력에너지는 다른 대체 에너지에 비해 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 개발 가치가 큰 자원으로 평가되고 있습니다. 수력 발전 기술의 경우 설비용량, 낙차, 발전방식에 따라 분류되는데요. 국내의 경우 저낙차, 터널 및 댐을 이용하여 전기를 생산하며 대표적으로 동진강, 광양, 금강 등의 수력발전소가 있습니다. 

7) 지열 에너지

지열 에너지는 지구가 가지고 있는 열에너지로, 지열 발전은 지하 수 km 아래에 존재하는 뜨거운 물과 증기를 이용하여 발전하는 방식인데요. 지열 발전은 뜨거운 물을 직접 이용하는 방법과 지열의 증기를 이용하는 간접 이용 기술 두 가지로 뉩니다. 화산활동 지대에서 분출되는 지열 수를 이용하는 직접이용 기술은 주로 지역난방, 온실 난방, 온천 등에 이용되고, 간접이용 기술은 고온의 지하수에서 발생하는 증기가 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 사실 지열 에너지는 재생이 가능한 에너지는 아닙니다. 하지만 지구가 가지고 있는 자연 에너지로 땅의 깊이에 따라 잠재력이 무한한 신재생에너지인데요. 운전기술이 간단하고 가동률이 높으며, 땅에 있는 잉여 열을 지역에너지로 활용할 수 있다는 이점이 있습니다.

8) 폐기물 에너지

폐기물 에너지는 사업장 또는 가정에서 생기는 가연성 폐기물을 에너지로 이용하는 재생에너지인데요. 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 가공, 처리 기술을 통해 산업활동에 이용할 수 있는 연료를 생산합니다. 폐기물 에너지의 종류로는 성형고체연료, 폐유 정제유, 플라스틱 열분해 연료유, 폐기물 소각열 등이 있는데요. 다른 재생에너지와 비교했을 때 폐기물 에너지는 단기간 내에 상용화가 가능하고, 환경오염을 일으키는 폐기물을 에너지 자원으로 활용하여 환경문제를 해소할 수 있습니다.

9) 수소 에너지

수소 에너지는 석유와 석탄의 대체 에너지원으로, 기체상태의 수소를 연소하면 발생하는 폭발력을 이용해 운동에너지를 얻거나 수소를 분해하여 에너지로 이용하는데요. 수소는 물의 전기분해로 쉽게 제조할 수 있지만 물을 분해하기 위해 투입되는 전기량에 비해 생산되는 수소 에너지 양이 낮아 경제성이 낮다는 단점이 있습니다. 

하지만 무한정인 물을 원료로 하며 가스나 액체로 쉽게 저장 및 수송할 수 있는 특징 가지고 있는데요. 수소는 연소시켜도 산소와 결합해 물로 변하는 성질이 있어 소량의 질소 외에는 공해물질이 전혀 배출되지 않습니다. 또, 산업용 소재부터 일반 연료, 자동차, 비행기 등 다양한 분야에서 응용할 수 있어 미래의 에너지 시스템에 가장 적합한 에너지원으로 평가 받고 있는데요. 그래서 전 세계적으로 수소 자동차, 수소 비행기 등 수소 에너지 실용화를 위한 기술 개발과 제품 보급에 많은 노력을 기울이고 있습니다.

10) 연료 전지

연료전지는 수소, 메탄 등의 연료를 산화시켜서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전기화학적 장치입니다. 가장 대중화되어 있는 연료전지로는 수소와 산소의 화학반응을 이용하는 수소연료전지가 있는데요. 수소연료전지의 경우 연료로 수소를 공급하면 수소가 수소이온과 전자로 분리되며, 이때 수소 이온은 공기 극으로 이동하고 공기 극에서 수소이온과 산소이온이 만나 화학반응을 일으켜 전기와 물, 열이 생성되는 원리입니다. 전기를 생산하는 과정에서 열도 함께 발생하여 에너지 총 효율을 80% 이상으로 높이는 고효율 발전이 가능한데요. 공해 물질을 배출하지 않는 청정 에너지인 데다가 천연가스, 도시가스, 메탄올 등 수소를 함유한 다양한 연료를 사용할 수 있어 기존의 화력 발전을 대체할 수 있습니다.

11) 석탄 가스화 • 액화

석탄 가스화 및 액화는 석탄을 변형시켜 에너지를 얻는 기술로, 먼저 석탄 가스화는 석탄이나 중질잔사유 등의 저급원료를 불안전연소 및 가스화 반응을 통해 가연성 합성가스로 만드는 기술입니다. 정제공정을 거친 가스로 가스터빈과 증기터빈을 구동하여 발전하는데요. 석탄으로부터 청정 에너지원을 확보할 수 있고 활용도가 떨어지는 저급연료로 에너지를 생산하는 장점이 있습니다. 

석탄 액화는 석탄을 액체 연료로 변환하는 것인데요. 고온 및 고압 상태에서 고체상태의 석탄에 수소를 첨가시켜 에너지 밀도가 높고 수송 및 보관이 쉬운 청정 인조원유를 제조한답니다. 석유는 지역적으로 편재되어 있어 공급과 가격의 불안정성을 지니고 있지만 석탄액화 기술은 부족한 석유의 대체 에너지로 주목 받고 있으며 일상 속 냉난방이나 수송연료로도 이용할 수 있습니다.

3. 신재생에너지가 필요한 이유

신재생에너지가 필요한 이유는 크게 두 가지로 나뉠 수 있습니다. 

첫째, 환경오염을 일으키는 공해물질을 배출하지 않습니다. 기존의 에너지원인 화석 에너지에서 발생하는 이산화탄소는 지구온난화를 발생시키고, 환경오염으로 인한 기후변화로 인류의 생존권은 위협받고 있는데요. 신재생에너지는 우리 주변에 있는 태양, 바람, 물, 파도 등이 에너지원으로 이용되는 청정에너지이기 때문에 환경오염을 최소화할 수 있습니다.

둘째, 무한정 에너지로서 재생이 가능하며 고갈될 위험이 없습니다. 화석에너지는 쓰면 쓸수록 고갈되는 한정된 자원으로, 자원은 한정되어 있지만 에너지 소비가 급격히 늘면서 현재 에너지 고갈 위기에 처해있는데요. 신재생에너지는 고갈되지 않으며, 써도 다시 생겨나고, 계속 생산이 가능하기 때문에 화석 에너지의 대안이 될 수 있습니다.

따라서 신재생에너지는 후세를 위한 지속 가능한 발전을 위해 우리에게 꼭 필요한데요. 최근 우리나라의 에너지 소비는 매년 10%라는 세계 최고의 증가율을 기록하고 있으며, 온실가스 배출량 증가율 역시 높은 축에 속하고 있습니다. 그러나 신재생에너지 실용화 단계에 접어든 선진각국에 비해 우리나라는 신재생에너지 개발 초기 단계에서 벗어나지 못하고 있는데요. 앞으로 세계기후협약을 이행하면서 20년 후에 당면할 에너지 수급 불균형 문제를 대비하기 위해서라도 신재생에너지 개발과 활성화에 더욱 노력을 기해야 할 때입니다.

지금까지 익숙하지만 정확히 알지 못하는 신재생에너지 11가지에 대해 알아보았습니다. 최근 8년 사이 서울지역 신재생에너지 소비량이 3배 이상 늘어났지만 전체 소비량에서 차지하는 비중은 고작 1.4%에 불과한데요. 급증하는 에너지 소비량에 비해 아직 턱없이 부족한 신재생에너지에 대한 활용이 더욱 많아진다면 깨끗한 지구를 만들기 위한 지속 가능한 발전에 큰 도움이 될 것입니다.