재생에너지
재생에너지는 태양과 바람 물, 등 자연의 힘을 전기에너지로 만들어 사용하는 발전 방식이다. 탄소 배출을 하지 않으며 미세먼지 등 대기오염 물질을 발생하지 않는다. 세계적으로 기후변화 대응을 위해 탄소배출을 줄이기 위한 노력이 본격화되면서 재생에너지가 주목받고 있다. 발전단가가 점차 낮아지고 관련 투자가 증가하면서 글로벌 전력시장의 전체 발전량 중 재생에너지 비중은 점점 늘어나는 추세이다.
재생에너지 (2021년 기준) (출처 : 한국전력)
발전비중 : 7.5%
발전량 : 43.085GWh
재생에너지는 다양한 발전방식이 있다. 가장 쉽게 접할 수 있는 태양에너지는 열을 이용하는 태양열 에너지와 빛을 이용하는 태양광 발전이 있다. 태양열 발전은 거울을 이용해 한 점으로 태양빛을 모아서 집중된 열로 물을 끓인 후, 여기에서 발생하는 증기로 터빈을 돌려서 발전한다. 여러 개의 거울을 IT 기술로 제어해 태양빛을 모으기 때문에 넓은 부지와 햇빛이 강한 사막 지역에 많이 건설된다.
태양광발전은 빛의 입자가 특정한 물질에 닿으면 전자가 튀어나오는 ‘광전효과’를 기본원리로 한다. 전자가 튀어나오면서 N형 반도체와 P형 반도체를 결합시켜 만든 태양광 셀이 각각 다른 전하를 지니게 되는데 이 차이를 활용해 전류가 흐르게 하는 것이 태양광 발전이다. 태양광발전의 기본 단위인 태양광 셀은 크기가 작아 이를 타일처럼 배열해서 커다란 판으로 만든 것이 태양광패널, 또는 태양광모듈이다. 여러 장의 태양광패널을 직렬로 연결해서 사용하며 생산된 전기를 필요한 전압이나 주파수로 변환하는 인버터, 전체 전력시스템을 조율하는 컨트롤러로 구성된다. 태양광발전의 장점은 별도의 연료비가 필요 없고, 태양광 이외의 연료를 사용하지 않아 환경에 해로운 오염물질이 나오지 않는다는 점이다. 반면 날씨나 기후의 영향을 크게 받는다는 것은 태양광발전이 해결해야 할 과제다.
풍력발전은 바람으로 돌아가는 회전날개가 직접 터빈의 역할을 한다 간단한 구조로 자연의 힘을 이용할 수 있기에 재생에너지 중 가장 먼저 산업적 규모로 운영되기 시작했다 풍력발전기는 회전날개, 축, 발전기, 전선 외에도 발전기가 일정한 회전수로 돌아가도록 도와주는 기어 박스로 구성된다. 또 바람이 너무 강하게 불면 제동장치가 작동해 과열을 막아준다 풍력은 다른 에너지원에 비해 오염물질이나 온실가스 배출량이 현저히 적고 유지보수가 간편하나 소 음과 부피가 크다는 과제가 있다. 해상풍력발전은 이러한 단점을 해결할 수 있는 방법 중 하 나이다. 영국 등 세계적으로 해상풍력발전 시장이 증가하고 있는 추세이다.
해양에너지는 다양한 종류가 개발되고 있는데 바닷물 이용방식에 따라 조력에너지, 조류에너지, 파력에너지, 해수온도차 에너지로 분류할 수 있다. 조력에너지는 밀물과 썰물의 차가 큰 연안에 바닷물을 막는 댐과 수문을 설치해 수위 차이로 터빈을 회전시키는 방식이다. 연료가 불필요하고 발전량을 정확하게 예측 가능하나 바닷물의 염분에 발전설비가 노출되어 유지관리비가 많이 든다. 조류발전은 밀물과 썰물로 인한 바닷물의 흐름을 직접 이용하며 풍력과 유사한 방식으로 전기를 만든다. 비교적 안정적이나 대량의 조류가 충분한 빠르기로 흐르는 곳이 많지 않다. 파력발전은 파도의 운동에너지와 위치에너지를 이용해 터빈을 돌리는 방식이다. 설치 장소나 발전기의 유형 제약이 덜해서 소규모 발전도 가능하나 출력 변동이 심한 편이며 배의 운항이나 어업에 방해가 되므로 대규모 조성이 어렵다는 한계가 있다. 해수온도차 발전은 해수 표면의 온도와 심층의 온도 차이를 이용해 냉매를 증기로 만들어 터빈을 돌린다. 터빈을 돌리고 난 증기는 찬 바닷물로 다시 냉각, 액화하여 순환 사용이 가능하다.
쓰레기가 에너지가 된다고?
바이오매스로 만드는 바이오에너지
여러분, 쓰레기가 재생에너지로 쓰일 수 있다는 사실을 혹시 알고 계셨나요?우리가 흔히 볼 수 있는 쓰레기는 물론이고 나무, 가축의 분뇨도 원료로 사용되어 에너지가 되는 바이오에너지에 대해서 함께 알아봐요!
우선 바이오에너지를 만들 때 사용되는 원료인 바이오매스에 대해서 알아보겠습니다! 바이오매스란 바이오에너지를 만들 때 사용되는 에너지원으로 화학적 에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 모든 유기체들을 의미합니다. 최근에는 모든 산업활동에서 발생하는 유기성 폐자원까지도 포함하는 개념으로 폭넓게 다뤄지고 있습니다. 그래서 곡물과 식물, 폐목재, 식물 줄기와 같은 목질계, 해조류, 동물의 분뇨와 음식물 쓰레기 등 바이오에너지의 원료가 되는 것을 모두 바이오매스라고 부릅니다.
이러한 바이오매스를 원료로 해서 에너지를 생산한 것이 바이오에너지입니다. 바이오에너지의 원료에는 사람이 식량으로 사용할 수 있는 당질계, 전분계 바이오매스와 식량으로 사용할 수 없는 셀룰로오스(셀룰로스)계 바이오매스가 있습니다. 쉽게 말해서 우리가 먹는 곡물과 채소 등을 통해 바이오에너지를 만들 수 있다는 것입니다!
그러나 곡물을 식량 자원으로 활용할지, 아니면 에너지 자원으로 활용할지 판단하긴 쉽지 않습니다. 왜냐하면 곡물 생산량이나 곡물 가격 등 여러 변수가 현실에는 존재하기 때문입니다. 그래서 식량에 영향을 주지 않는 바이오에너지를 만들고자 셀룰로오스(셀룰로스)계 바이오매스를 활용하고 있는 것입니다. 그래서 이를 지역 냉난방과 발전연료, 자동차 연료 등으로 활용하여 다양한 분야에서 많이 활용하고 있습니다.
그러면 이제 바이오에너지의 종류에 대해서 한 번 알아보러 가겠습니다!
바이오에너지는 크게 대표적으로 3가지 종류가 있습니다.
1. 메탄가스로 전기를 생산하는 바이오가스
2. 식물의 당분을 발효시켜 만드는 바이오에탄올(알코올)
3. 식물성 기름을 추출해 만드는 바이오디젤
그러면 이제 세부적으로 바이오에너지 하나씩 제대로 알아볼까요?
< 바이오가스 >
바이오가스는 하수 슬러지, 축산 분뇨와 같이 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 유기성 물질의 혐기성 소화를 활용해 메탄가스를 생성합니다.
그래서 이렇게 만들어진 메탄가스를 이용하여 발전기를 돌려 전력을 생산합니다. 이 바이오가스는 자원의 제약이 적고, 비교적 적은 투자로 자원을 얻을 수 있습니다. 그리고 바이오에탄올과 바이오디젤과는 달리 가스 형태로 만들어지는 것이 특징이고 석유의 대체재로 평가받고 있습니다.
< 바이오에탄올(알코올) >
바이오에탄올은 옥수수와 사탕수수 등의 곡물과 나무, 볏짚 등 식물의 당분을 발효시켜 만듭니다. 발효시키는 원료에 따라 사람이 식량으로 사용할 수 있는 곡물 원료를 발효시켜 생산한 1세대 바이오알코올, 식량으로 사용할 수 없는 나무줄기나 볏짚 등의 목질 원료로부터 얻는 2세대 바이오알코올로 나뉩니다. 알코올 내에 포함된 탄소수에 따라 메탄올, 에탄올, 부탄올, 프로판올 등으로 나뉩니다. 이 바이오에탄올은 주로 액체 형태로 변환되어 휘발유에 비해 열량이나 공해물질 함유량이 상대적으로 낮아 자동차 연료로 많이 사용됩니다.
< 바이오디젤 >
바이오디젤은 식물성 기름이나 동물성 지방을 원료로 하여 만든 바이오 연료입니다. 그래서 미세 조류에서 지방을 축적한 다음 지방과 당분을 수확한 뒤 용매를 이용해서 지방과 당분을 분리합니다. 그 후 용매를 제거하고 지방을 남긴 뒤 그 지방을 변환한 것이 바이오디젤입니다. (에스테르 교환방법에 해당) 바이오디젤은 경유와 혼합되어 자동차 연료로 쓰이며 일반 경유에 비해 대기오염 물질이 적게 배출되어 굉장히 널리 쓰이고 있는 추세입니다. 이렇게 바이오디젤의 필요성이 급증하면서 바이오디젤을 개발하기 위한 기술도 메탄올을 이용하는 에스테르 교환방법 중 알칼리를 촉매로 이용하는 방법, 리파아제 지방분해효소 또는 초임계 메탄올을 이용하는 방법 등 다양해지고 있습니다.
그렇다면 이제 바이오에너지가 왜 각광을 받고 있고 친환경 에너지라고 불리는지 이유를 알아보러 가겠습니다!
바이오에너지는 한 번 사용하면 없어져 버리는 화석 연료와 달리, 재생과 재활용이 모두 가능합니다. 바이오에너지를 사용하면서 발생한 이산화탄소가 바이오매스의 성장 과정에서 광합성을 통해 다시 흡수되기 때문에 환경 오염 없이 순환 가능한 구조로 지속 가능한 에너지로 나아갈 수 있습니다. 그래서 실질적인 탄소 중립을 이룰 수 있는 에너지 기술로 각광받고 있습니다. 또한 미세먼지, 화학 물질과 같은 오염 물질의 배출량을 줄여 환경오염 저감 효과를 가져올 수 있습니다.
그리고 바이오매스는 언제 어느 곳에서나 얻을 수 있고 대규모 저장과 운송이 가능하여 굉장히 효율적이고 재생 가능한 에너지원으로 이용되기 때문에 바이오에너지가 친환경 에너지로 주목받고 있습니다. 그리고 환경 오염의 주 원인이던 쓰레기, 가축 분뇨 등을 새로운 에너지로 탈바꿈해 환경을 살리고 자원 부족이라는 문제 또한 해결해 나갈 수 있는 것입니다. 그래서 이렇게 바이오에너지를 확보할 수 있게 된다면 에너지 기술 자립화는 물론이고 해외로부터 에너지를 수입하는데 드는 비용 또한 절감할 수 있을 것입니다.
우리나라는 물론이고 세계 여러 나라에서 바이오에너지 기술 발전과 생산에 많은 연구와 투자를 아끼지 않고 있습니다. 문제는 바이오에너지를 생산하는데 비용이 많이 든다는 것입니다. 그리고 다양한 쓰레기들과 가축 분뇨와 같은 바이오매스 자원을 수거하고 다시 처리하기 위해서는 넓은 면적의 토지와 원료 각각에 맞는 가공 방식과 처리 과정이 필요합니다.
이렇게 극복해 나가야 할 점이 있음에도 불구하고, 바이오에너지는 환경 오염을 끝낼 수 있는 대안으로 각광받고 있습니다. 그래서 지속적인 환경 보존과 안정적이고 효율적인 에너지 발전을 하기 위해 우리나라는 2030년까지 전체 에너지를 11% 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, 그 중 바이오에너지가 차지하는 비율을 3.4% 정도까지 확대하고자 계획하고 있습니다.
이렇게 쓰임새 많고 친환경적인 에너지인 바이오에너지, 우리가 태양광, 수소 에너지, 원자력 에너지처럼 관심을 가지고 같이 지켜봐야 하지 않을까요?
* 참고자료
두피디아
두산백과
키즈 현대
게티이미지코리아
정책
(단위 : %. 2015년 기준)
자료 : 국제에너지기구 (IEA)
민간과 공공기관이 제안한 프로젝트 가운데
5GW 규모의 프로젝트를 집중 추진
대형발전사의 재생에너지공급의무화(RPS) 비율을 단계적으로 상향 조정하여 대규모 프로젝트 추진 유도