재생 가능 에너지의 의미와 종류

그린 수소에 대해 알아보면서 우리가 사용 가능한 재생에너지는 어떤 것들이 있는지 살펴보고 현 우리나라는 어느 정도의 수준까지 이르렀는지 궁금했습니다. 경제의 발전은 화석원료는 우리에게 전무후무한 양의 에너지를 선사하여 문명사 자체를 뒤바꿔 놓았다. 이 연료는 저장성도 강하고 열량도 켜 활용도 넓게 사용하여 인류역사를 다시 쓰게 한 주인공이라고 봐도 무방하다. 하지만  땅에서 채굴해야 하는 자원인 화석원료는 결국에는 고갈될 것이다. 이미 변화를 맛본 인류는 절대 화석연료 발견 이전의 시대로 돌아가지 못할 것입니다.  따라서 연료가 고갈되기 전 이를 대체할 에너지원을 개발하는 것은 인류에게 당연한 최대의 숙제가 되었습니다.

재생가능 에너지의 뜻을 알아보고 종류가 어떻것들이 있는지, 현황과 나아갈 방향에 대해서 살펴보려고 합니다. 

여러 재생에너지 중에서 태양에너지, 바이오매스, 신재생에너지등의 발전과 개발이 좀 더 많이 이루어졌으면 좋겠다는 생각을 했습니다. 환경을 보전하고 앞으로 같이 나아가기 위해서 좀 더 많은 부분을 연구하고 투자, 개발해야 되겠습니다. 

신재생에너지의 개요

 화석연료를 대체하는 에너지의 총칭을 대체에너지 (Alternative Energy)라고 한다. 대체에너지는 재생(가능)에너지 (Renewable Energy)의 한 분류인 것이다. 대체에너지 안에는 재생 불가능한 바이오디젤, 원자력 발전 등의 화석연료도 대체에너지 중의 하나이다. 신재생에너지란 우리나라에서만 쓰는 용어로, 재생가능에너지에 '신에너지'를 추가한 개념으로 신재생에너지 (New & Renewable Energy)이다. 신 재생에너지의 우리나라 법률상의 정의를 알아보도록 하자. 1988년 1월 1일 시행 기준으로  "대체에너지 개발 촉진 법안"에서 대체에너지를 나누고 후원하기 시작한다. 그때는 태양에너지, 바이오에너지, 풍력, 소수력, 연료전지, 석탄액화ㆍ가스화, 해양에너지, 폐기물에너지 등의 대체에너지를 대표로 여겼다. 2005년 7월 1일에는  선진국에서는 재생(가능) 에너지로 논의가 변화했지만 우리나라에선 '신에너지 및 재생에너지'라고 바꿨다. 신에너지와 재생에너지를 구분하기 시작한 것은 2013년 10월 31일 (시행 기준), 구체적으로 법안을 내기도 한다. 
신에너지란 "화석연료를 바꿔서 이용하거나 수소, 산소 등의 화학적인 반응을 통해 전기, 열등을 이용하여 만드는 에너지" 를 말한다. 신에너지에는  수소, 연료전지, 석탄을 액화·가스화한 에너지 및 중질 잔사유를 가스화한 에너지, 그 밖에 대통령령으로 정하는 에너지, 가짜석유제품 논쟁(세녹스) 등이 있습니다

2021년 3월 24일 신 재생 에너지법을 의결시켜서 2021년 10월 21일 신재생에너지법의 법안정보 시행하게 되었다.
"재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지"를 재생에너지라고 합니다.
태양- 태양열 발전,태양광 발전(인공 광합성), 
풍력
수력 - 양수 발전, 소수력 발전
해양 - 파력 발전, 조류 발전 , 해양 온도차 발전(thermal difference generation) , 염도차 발전, 조력 발전, 해류 발전
지열
바이오 - 바이오매스, 바이오 에탄올, 바이오 디젤
폐기물

 

햇빛(태양), 바람(풍력), 비, 조수(조력), 파도(파력), 지열과 같이  자연적으로 보충(재생 가능한 자원)되는, 우리 곁에서 재생&지속 가능한 자원으로 만들어내는 에너지입니다. 이것을 재생 가능 에너지(再生可能 - , renewable energy)라고 합니다. 재생 가능 에너지의 종류는 여러 가지가 있지만, 대부분은(99.98%) 태양으로부터 온 것이다. 그 밖에도 수력, 생물자원(바이오매스) 등이 있고 매우 다양하다.  파도나 해류도 바닷물이 햇빛을 받아 온도의 차이로 생긴다. 나무의 화합물(탄수화물)도 광합성을 통해서 만들어지는 것으로 태양 에너지에 의해 영향을 받게 된다. 공기가 태양 에너지를 받아서 움직이기 때문에 바람이 생기고 물의 흐름도 햇빛에 의해  증발한 수증기가 비가 되어서 내려오기 때문에 생긴다. 재생 가능 에너지 중에서 태양 에너지와 크게 상관없는 것은 조력과 지열이다. 지열은 지구 내부의 열로 인해서 생긴다. 조력은 조수를 이용하는 것인데, 조수는 달이 지구를 잡아당기는 힘에 의해서 생긴다.
기후변화 문제의 심화와 화석연료의 고갈 등으로 재생 가능 에너지의 중요성과 비중이 점차 증가하고 있다. 재생 가능 에너지의 기술적 범위는 태양 에너지, 풍력, 수력 발전, 바이오 연료, 지열로 매우 범위가 넓다. 생활 속에서 주로 사용되는 에너지는 화석 연료 에너지이다. 그러나 에너지로 변환하는 과정에서 생기는 공해 물질로 환경오염, 지구 온난화의 주된 이유가 된다.  또한, 자원이 한정적인 것 문제이다. 때문에, 화석 연료 에너지를 대체할 수 있는 에너지들이 활발히 연구되기 시작했고, 실생활에서도 사용 범위가 넓어지고 있다.
 재생 가능 에너지의 대부분이 태양 에너지의 변형을 기반으로 하기 때문에 그 양도 한정되어 있다. 재생 가능 에너지의 양은 하루 동안 지구로 들어오는 태양 에너지의 양뿐이다. 그러므로 재생 가능 에너지를 적극적으로 개발해서 사용한다고 해도 우리가 무한한 에너지를 얻을 수 있는 것은 아니다. 이것은 에너지의 절약도 기본에 있어야 한다는 것이다. 무한으로 얻는 것이 아니므로 절약하고 아끼지만 꼭 필요한 에너지는 재생가능 에너지를 통해 얻는 다면 앞으로의 삶이 더 윤택해질 것이라고 본다. 그러기 위해서 재생에너지를 자세히 알아보고 사용하도록 해야 될 것이다. 현재에 이르러 재생 가능 에너지 시스템은 다양한 기술을 포함하고 있고 다양해졌다

 

재생 가능에너지의 종류

태양 에너지

인류는 오래전부터 태양에너지를 생활에 활용하여 사용해 왔다. 그중 가장 오래된 방식은 집을 남향으로 짓는 것이라 할 수 있다. 집을 남향으로 즈음이면 겨울에는 태양빛을 받아 따뜻하게 지낼 수 있고 여름에는 빛을 적게 받아 시원하게 사용할 수 있다. 이 방식은 건축의 가장 기본으로 가장 먼저 고려해야 하는 사항이 되었다. 태양 에너지는 지구의 모든 에너지의 근원이다.  보다 직접적으로 태양에너지를 사용할 수 있는 방법은 바로 태양열 가열 장치이다. 이 장치는 태양열 가열기를 통해 물을 가열하여 온수를 만들어내는 장치로, 온수 생산뿐만 아니라 난방에까지 활용이 가능하다. 이 태양열 가열장치의 발전으로 태양열을 이용하여 물을 끓여 이때 발생하는 증기를 통해 전기를 생산하게 되었다. 이는 화석에너지를 대체할 수 있는 구체적인 방법이다. 이른바 태양 전지라고 불리는 실리콘 셀을 이용하는 방식인데, 태양에너지가 실리콘 셀에 부딪히면 셀 내부에서 전자가 방출되어 전류를 만들어 낸다. 태양에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 방법도 사용되고 있다.  이 직류 에너지는 우리가 실생활에 활용할 수 있는 교류 전기를 생산해 낸다. 최근에는 전기 사용량이 많은 기업에서부터 일반 가정, 우주에 쏘아 보내는 인공위성에 이르기까지 그 활용이 점점 늘어나고 있는 추세이다.
초기 시설 비용이 기존의 전기 생산 시설에 비해 월등히 비싸다는 단점이 있지만 이러한 태양에너지를 활용한 장비들은 한번 시설을 마련하면 유지 보수 비용이 거의 들지 않으며, 공해가 없고, 수명이 매우 길다는 장점이 있다.  하지만 기술 개발로 시설 비용을 낮추려는 노력이 계속되고 있고, 실제 시설 비용이 점점 감소하고 있기에 점차 화석연료를 대체하는 주력 에너지 자원으로서의 나갈 것이다

풍력 에너지(바람)

풍력 발전의 원리는 바람 에너지를 활용하여 전력을 생산하 것이다.  바람의 운동에너지가 프로펠러에 닿을 때 그 양력이 발생시키는 회전력으로 발전기를 가동시켜 전기를 만들어 내는 원리를 사용한다. 이러한 풍력발전은 태양 발전과 마찬가지로 유지 보수가 쉽고 그 비용이 저렴하며 매우 친환경적이라는 장점이 있다. 물론 풍력발전에도 단점이 존재하는데, 바람이란 존재가 언제, 어디서, 얼마만큼 불어올지 예측하기 힘들다는 점이다. 그러나  점점 기술로 보완되고 있다. 발전기 컨트롤 기술의 발전으로, 일정한 바람을 가지고 만들어 낼 수 있는 전기 에너지의 양이 점점 많아지고 있는 것이다.  전기 생산 중 풍력 발전이 차지하는 비중을 높이려는 시도가 여러 나라에서 진행되고 있다. 하지만 아직 대체적인 에너지원이나 혹은 에너지 저장원이 추가로 필요하여 풍력 단독으로는 안정적인 전력 공급이 어렵다는 것이다. 

지열 에너지

지열 자원은 화산활동지역에 분포하는 지역에서 이용하여 만들수 있는 에너지 원이다.  분기공(화산 가스와 뜨거운 지하수의 분출 구멍), 온천, 간헐천, 끓는 진흙탕 등 쉽게 개발할 수 있는 지열 자원이다. 고대 로마인 온천을 이용하여 온수 욕과 가정 난방에 사용했으며, 아이슬란드·터키·일본과 같이 세계의 지열대에 위치한 나라에서 지열을 이용하여 사용하고  있다. 이 에너지의 가장 큰 잠재력은 전기발전에 이용되는 것이다.  1904년 이탈리아의 라데렐로에서는 최초로 지열을 이용해 전기를 생산했다. 20세기 후반에는 이탈리아·뉴질랜드·일본·아이슬란드·멕시코·미국·소련 등지에 지열 발전소가 건설되어 발전에 들어갔으며, 그 밖의 다른 여러 나라에서도 건설 중에 있다.
지열 자원 중 가장 유용한 것은 온도 범위가 80~180℃가 되며 지표 아래의 층이나 저장고에 있는 열수와 증기이다. 180℃ 이상의 열수와 증기는 가장 쉽게 발전용으로 개발되는데 현재 가동 중인 지열발전소에서 효과적으로 이용되고 있다. 이들 발전소에서는 열수를 증기로 바꾸어 터빈을 돌리고, 여기서 생긴 에너지는 발전기에 의해 전기 에너지로 바뀌게 된다. 지표 아래의 뜨겁고 건조한 지층들도, 물을 층 내로 주입시켜 뜨겁게 만든 다음 증기로 전환시키는 문제만 완전히 해결된다면 지열 에너지의 자원으로 광범하게 이용될 수 있다. 지열 에너지는 공해가 없고, 또 석유 가격이 상승함에 따라 지열자원개발에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 화산활동지역에 있는 지역만 사용가능한 에너지 자원이다.

 

바이오매스

태양에너지를 받은 식물과 미생물 광합성에 의해 생성된 식물체·균체와 동물들을 포함하는 생물 유기체를  모두 일컫는다. 바이오매스 자원은 전분질계 (곡물, 감자류를 포함)의 자원과 셀룰로스계 (초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함)의 자원과 당질계 (사탕수수, 사탕)의 자원은 물론  단백질계(가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함)의 자원까지를 포함한다. 이들 자원에서 파생되는 종이, 음식 찌꺼기 등의 유기성 폐기물(과일 껍질 같은 것도 기여)도 포함한다.  화석 연료, 특히 석유 자원은 그 양이 한정되어 있다. 현재 석유는 다른 에너지원에 비해 사용되는 범위가 넓고 사용 비중도 높다.
이 석유를 대체할 자원 개발에 많은 관심이 집중되고 그 중 하나가 바이오매스이다. 식물을 활용한 에너지원으로 식물의 지방성분을 이용, 당 성분을 활용한다. 석유를 개조하여 폐식용유 등의 식물성 기름을 연료로 사용하거나, 섬유소를 당으로 만들어 에탄올을 뽑아내 연료로 활용한다. 대장균을 비롯한 세균들을 이용하여 에너지를 만드는 방법, 곡물의 줄기나 잎 등 버려지는 부분까지 활용할 수 있는 기술 개발을 하여  적은 비용으로 많은 양의 바이오매스 연료를 생산하는 것이 가능해진다면 현재의 석유 자원을 대체하기에 충분하다는 견해가 있다.  바이오매스는 석유 자원에 비해 친환경적이라는 인식이 지배적인데 바이오매스의 원자재인 식물을 키우기 위해 화석연료에서 뽑아낸 천연가스로 만든 인공 비료가 집중적으로 사용되고 인공 비료와 식물을 이동하는 데 사용하는 에너지 등을 고려할 때, 석유 자원의 사용이 오히려 더 환경적일 수 있다. 또한 인공 비료를 남용하면 토양 오염과 수질 오염이 일어나고, 많은 양의 식물을 바이오매스 생산에 사용할 경우 그들을 주식으로 삼는 저개발 국가에 식량난을 초래할 수 있다. 세계 에너지 사용량 증가를 볼 때 미래 에너지 해답은 바이오매스라기보다는 에너지 사용 억제에 있다는 견해는 당연한 결과이다. 우선 아끼고 절약하여 사용하고 사용을 최소화 한뒤 필요한 것을 사용하는 방식이 옮다고 생각한다. 

수력 에너지

 강에 댐을 건설하여 물의 낙차를 이용해 에너지를 만드는 방식인 수력에너지는  20세기 최고의 재생 에너지로 꼽힌다. 그러나 이미 수력 발전이 가능한 강에서는 대부분 댐이 건설되어 수력발전이 있고,  수력 발전을 더욱 확대시키기 위하여 바다에서의 수력 발전을 위한 여러 방법들이 고안되고 있다. 그중 조수 댐 방식은  밀물 때 물을 댐에 가둔 후 썰물 때 그 낙차를 이용하여 발전하는 방식이다.  흐르는 조류에 직접 수중 터빈을 돌려 전기 에너지를 생산하는 방식도 있다. 이 방식은 바닷물에 직접 터빈이 맞닿기 때문에 부식 등이 발생하기 쉬워 유지 보수가 어렵고, 또 해양 환경을 직접 다루기 어렵다는 단점이 있다. 마지막으로 파도력을 이용한 방식이 있는데, 파도가 잦은 바다 수면 위에 다관절의 발전 유닛을 띄워놓아 발전을 하는 방식이다. 파도의 움직임이 유닛 관절부의 수압 모터를 회전시켜 그 힘으로 전력을 생산하는 방식이다. 그 외에 염도차 발전이 있다.

수소 에너지

수소에너지는 온실가스 배출이 거의 없는 청정 에너지이지만 대체 에너지원으로써의 에너지 효율이 뛰어나지 않지만. 원자로의 전기 분해 방식이 가장 많이 쓰인다. 수소 이온 (미생물을 이용) 및 전자를 만드는 방법도 있다. 저장 방법은 풀러렌 속에 수소 기체를 집어넣는 방법과 수소를 활성탄에 흡착시키고 필요할 때 가열해 필요한 만큼 사용하는 방법이 있다. 장점으로는 공해 물질이 나오지 않는다. 여러 형태로 저장이 가능하고  물을 원료로 제조할 수 있으며 사용 후에는 다시 물로 재순환된다. 거의 모든 분야에 이용될 수 있다. 하지만 저장과 수송에 많이 유의해야 할 점이 많다. 우리나라에선 수소 에너지가 자동차에 이용되고 있고 발전하고 있다. 

파력 에너지

파도가 해수면을 칠 때 해수면의 상승과 하강으로 생기는 공기의 흐름을 이용하는 에너지이다.  지구에 땅보다 바다의 면적이 압도적으로 넓다는 점을 고려했을 때, 다른 신재생 에너지보다 더 광범위한 확장이 가능하다. 대한민국에는 2016년 제주도에 처음 파력 발전소가 준공되었다. 조력 에너지에 비해 에너지 밀도는 낮지만 설치 영역이 넓고 발전기 가동 시간이 길다는 장점이 있으며 다른 에너지들에 비해 비교적 안정적이고 고정된 에너지 생산이 가능하다.
 파력에너지는 바람에 의해 발생하는 파도의 에너지를 활용하는 방식이므로 바람 또한 태양열의 온도 차이로 발생하는 공기의 흐름이기에 태양을 원천으로 한다.  파력 에너지 장치가 고안되어 있는데 그 중 첫 번째는 공기 터빈을 돌리는 장치이다. 진동수 주형 파력발전 장치라 불린다. 파도로 물이 밀려들어올 때 생기는 공기의 흐름이 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 방식을 사용한다. 두 번째 월파식 파력 장치이다. 어느 정도 높이의 벽을 설치하여 파도로 벽을 넘어 물이 들어왔을 때 들어오는 물을 아래로 빼내어 이동하는 물로 터빈을 돌려 에너지를 생산하는 방식의 발전 장치이다. 세 번째는, 물체 운동식 파력 발전 장치이다. 아래에 펌프가 연결되어 있는 물체를 해수면에 띄어둔다. 넘실거리는 파도에 의해 물체가 위아래로 흔들리면 연결된 펌프도 위아래로 운동을 하며 전기를 생산한다. 위의 두 가지 장치는 지반에 고정되어있는 형태라면, 물체 운동식 파력 발전 장치는 바다 한가운데 설치된다

 

신·재생 에너지

신 에너지는 새로운 물리력, 새로운 물질을 기반으로 하는 핵융합, 자기유체발전, 연료전지, 수소 에너지 등을 의미하며, 재생 에너지는 재생 가능한 에너지, 즉 동식물에서 추출 가능한 유지, 에탄올을 이용한 에너지부터 태양열, 태양광, 풍력, 조력, 지열 발전 등을 의미한다.
신·재생 에너지는 신 에너지와 재생 에너지를 통틀어 부르는 말로, 화석 연료나 핵분열을 이용한 에너지가 아닌 대체 에너지의 일부이다. 최근의 연구에 의하면 신 재생 에너지의 에너지원이 매우 많을 뿐이지 무한하다고는 할 수 없다는 쪽의 견해가 늘어가고 있다. 둘 모두 사실상 무한한 자원을 가지고 있다고 여겨졌으나,  특히 수소 에너지의 경우 다음의 조건이 있다고 가정할 때, 100년, 또는 그 이상 뒤에 오히려 전 지구적인 물 부족 현상을 가져올 수도 있다는 가설이 제시되기도 했다. 에너지 이용 증가율이 현재와 같은 속도로 증가한다면 우리는 어떤 재생에너지도 소진시킬 수 있다. 어떤 자원도 무한히 나온다고 여기면 안 된다. 에너지는 한정적일 수 있고 이것을 어떻게 아껴 쓰느냐에 따라 앞으로 더 많은 에너지를 만들 수 있는 겄다.

현황

독일에 있는 인구 약 10만 명의 라인-훈스 뤼크 지구(Rhein-Hunsrück District)에서는 공식적으로 지역 내 필요한 전력의 100% 이상을 재생 가능 에너지로 얻고 있고, 독일, 미국, 호주, 캐나다, 일본, 덴마크, 스웨덴의 여러 지자체는 몇 년 후, 몇십 년 후 재생 가능 에너지 비율을 100%로 올리겠다는 계획을 갖고 있다. 전 세계 선진 국가를 중심으로 재생 가능 에너지로 에너지 전환을 이루겠다고 하는 국가들이 있다.
 재생가능 에너지의 발전은 국가와 지자체만 일이 아니다. 기업에서도 재생 가능 에너지 열풍에 동조하고 동참해야 된다.  구글은 2017년부터 자사 운영에 필요한 에너지원을 100% 재생 가능 에너지로 사용하고 있다. 2012년 34%에 불과했던 재생 가능 에너지 사용률은 2016년에 50%로 성장했고, 2018년 마침내 100%를 달성했다. 구글뿐만 아니라 글로벌 기업 (-BMW, 에스티로더, 이케아, 페이스북 등)은 각각 수년 내 전 사업장에서 재생 가능 에너지를 사용하겠다는 약속하고 에너지 전환을 꾀하고 있다. 우리나라도 기업과 국가, 지자체가 손잡고 빠르게 받아들여야 하는 현실이다. 재생에너지를 통해 에너지 사용을 바꾸는 것을 우리도 목표로 해야만 한다.