[스탠포드 리포트] Mark Jacobson 교수: "대체에너지로의 전환, 현재의 기술로도 20~40년 안에 가능하다."

 

본 기사는 미국 스탠포드 대학의 Mark Z. Jacobson 교수와 캘리포니아 데이비스 대학의 Mark A. Delucchi 교수의 연구 내용을 보도한 스탠포드 리포트의 번역문입니다. 원문 기사 등의 자세한 정보는 글 말미에서 찾으실 수 있습니다. 또한 대학생 태양에너지 기자단과Jacobson 교수의 인터뷰가 금년 12월로 예정되어 있습니다. 인터뷰를 통해 보다 자세한 소식을 전해드릴 계획이니 기대해 주시기 바랍니다.

  

스탠포드의 Jacobson 교수와 캘리포니아 데이비스 대학의 Delucchi 교수는 전 세계의 에너지를 깨끗하고 재생 가능한 에너지로 대체하기 위해서는 무엇이 가장 필요한지에 대한 공동 연구를 수행하였다. 이 연구에 따르면 이 대전환은 현재의 기술로도 충분히 가능하며 그 에너지의 공급 비용은 기존의 에너지와 거의 비슷한 수준일 것이다. 이 프로젝트는 아마도 달에 인간을 올려 보냈을 때 만큼의 엄청난 노력을 요구하겠지만, 결국은 가능하다. 지금 가장 필요한 것은 이 일을 이뤄내고자 하는 사회정치적 의지이다.

 

 

어떤 사람이 당신에게 이렇게 얘기한다고 해보자. “여기 이런 방법이 있습니다. 이 방법대로 하면, 지금 우리가 가지고 있는 기술과 우리가 지금 지불하고 있는 만큼의 비용으로도 일년에 250만 명에서 300만 명의 사람을 구할 수 있고, 그와 동시에 지구 온난화를 멈추며, 대기 및 수질 오염을 줄이면서도 안정적이고 신뢰할 만한 에너지 원을 개발할 수 있습니다.” 이것이 사실이라면 이대로 하지 않을 이유가 어디 있을까? 바로 뛰어들어야 한다.

 

앞서 언급된 연구에 따르면, 우리는 전 세계의 에너지원을 신재생에너지 원으로 교체하고 화석연료의 사용을 멈춤으로써 이 모든 것을 이뤄낼 수 있다.

 

“전 세계 에너지를 신재생에너지원으로 바꾸는 데에 기술적 혹은 경제적 장벽 따위는 없습니다. 이것은 우리가 이를 달성해 낼 사회정치적 의지가 있느냐의 문제입니다.”

- Mark Z. Jacobson, 스탠포드 대학교 토목환경공학과 교수.

 

Jacobson교수와 Delucchi교수는 신재생에너지로의 전환을 이루는 데에 필요한 비용, 기술, 재료 부분에서의 조건을 연구하여 <Energy Policy>지에 두 부분으로 나누어 기고하였다.

 

그들의 구상에 따르면 전 세계는 전기에너지로부터 에너지를 공급받게 된다. 이 계획 상에서 풍력, 태양력, 수력이 이 전기를 공급하는데, 그 중 90%를 풍력과 태양력이 담당하게 될 것이다.

 

지력과 수력은 각각 4%의 에너지를 충당하게 된다. 이 중 수력에너지의 70%는 이미 가동 중에 있다. 그 외에 나머지 2%는 조력과 파력을 통해 얻게 된다.

 

전기 자동차, 선박, 그리고 기차는 모두 전기와 수소 연료 전지에 의해, 그리고 항공기는 액체수소를 이용하여 작동된다. 가정의 냉난방은 역시 전기시스템을 통해 공급되며, 물은 태양에너지를 통해 데울 수 있다. 한마디로 더 이상 천연가스나 석탄을 사용할 필요가 없다.

 

상업 부문의 에너지 역시 전기와 수소로 충당할 수 있다. 이에 필요한 수소는 역시 전기를 통해 생산된다. 결론적으로 전세계는 풍력, 수력, 그리고 태양력으로부터 전기를 공급 받고 운영될 수 있는 것이다.

 

두 연구자는 2030년까지 전 세계에 새롭게 추가 될 모든 전력을 풍력, 수력, 태양력을 통해 공급하고 2050년까지 기존에 남아 있던 다른 발전 설비들도 모두 신재생에너지원으로 전환한다는 것을 목표로 연구를 진행하였다.

 

“우리는 앞으로 20년에서 40년안에 에너지 인프라를 모두 신재생에너지로 교체하기 위해서 필요한 것이 무엇인지 정확하게 정량화 하고자 했습니다.”

 

이 계획의 이점 중 하나는 이를 달성할 경우 전 세계 전체 에너지 수요의 30%가 절감된다는 것이다. 이는 화석연료를 통해 열을 만들어 내고, 그것을 다시 전기와 같은 다른 형태의 에너지로 바꾸어서 사용하는 과정에서의 비효율성이 개선되기 때문이다. 즉, 전기를 사용하는 것이 연소를 이용하여 동력을 전달하는 것보다 훨씬 효율적이다.

 

바로 이렇게 에너지 수요 자체를 절감하는 것이 이 에너지 전환에 소요되는 비용을 일정 부분 낮추어 줄 것이다. 뿐만 아니라 이 과정에서 대기오염도 개선되어 수백 만 명의 생명을 구할 수 있다. 이는 곧 사회적 의료 비용의 절감을 의미한다.

 

“화석 연료의 사용이 초래한 의료 비용처럼 기존의 에너지 인프라가 사회에 초래하는 모든 비용을 다 감안하면, 이 프로젝트에 소요되는 비용은 결코 크지 않습니다.

 

풍력과 태양력의 이용에 있어서 가장 큰 장벽은 바로 간헐성이다. 에너지 공급량이 일정하지 않기 때문에 이 에너지 원이 기저전력으로 이용될 수 있는지에 대한 의구심을 불러일으킨다는 것이다. 하지만 이 문제 역시 해결이 가능하다.

 

“여러 신재생에너지 원들을 한데 묶는 것이 중요합니다. 이렇게 한데로 묶고 발전량 조절이 용이한 수력을 통해 신재생에너지 원들 간의 공백을 메운다면 훨씬 쉽게 에너지 수요를 맞출 수 있습니다.”

 

풍력과 태양력은 상호보완적인 두 에너지원이다. 왜냐하면 해가 비치지 않는 낮에는 바람이 많이 불고, 바람이 잦아든 낮에는 해가 비치기 때문이다. 수력은 발전량 조절의 용이성 때문에 지금의 에너지 시스템에서도 에너지 수요 변동량을 실시간으로 맞추어 주는 역할을 하고 있다. 지열과 조력과 같은 다른 신재생에너지 원들도 풍력과 태양력을 보조하는 역할을 할 것이다.

 

“넓게 분산되어 있는 여러 에너지 원들을 서로 연결하고 이 시설들이 전기를 주고받을 수 있게 하는 것 역시 에너지 수요를 충당할 수 있는 하나의 방법이 될 것입니다.”

 

어떤 지역에 어떤 날 바람이 불지 않고 해가 비치지 않는다고 하더라도, 분명 다른 지역에서는 충분한 바람과 햇빛이 있을 것이다. 이 지역에서 발생된 전기를 현재 발전을 못하고 있는 지역으로 보냄으로써 에너지 공급 조절이 가능하다.

 

“현재 우리가 에너지의 수요와 공급을 맞추기 위해 사용하는 방법으로는 풍력, 수력, 태양력으로 모든 에너지를 공급하는 시스템을 운영할 수 없습니다. 이 시스템 내에서는 일명 슈퍼그리드(Supergrid)가 필요합니다. 이는 긴 송전 거리를 요구하는 환경에서 에너지를 효과적으로 관리하는 수단이 될 것입니다.”

 

에너지를 효과적으로 관리할 수 있는 또 다른 방법은 보다 큰 규모의 신재생에너지 인프라를 구축하여 실시간 에너지 수요를 충당하고, 남는 전력으로 수소를 생산하는 것이다. 이를 통해서 산업과 운송부문의 수요를 충당할 수 있다.

 

또한 수요 조절을 위해 전기 요금을 상황에 따라 조절하는 것 역시 유용한 한 방법이 될 것이다. 이는 오늘날에도 사용되고 있다.

 

두 연구자는 이 계획에 필요한 풍력발전기, 태양력 발전기, 혹은 다른 장비들을 생산해 내는 데에 요구되는 자재들 때문에 발생할 문제들에 대해서도 연구하였다. 이들의 연구에 따르면 플래티늄 같은 물질이나 희토류 금속들의 경우에도 그 매장량이 충분하며, 재활용을 하는 것을 통해서도 이 자원들의 공급에 관련된 문제들을 효과적으로 해결할 수 있다.

 

“태양전지 생산의 경우 다양한 물질들 필요로 하지만, 이를 대체할 수 있는 물질들 역시 충분합니다. 만약에 어떤 하나가 부족해지면 다른 것으로 교체하면 됩니다. 풍력발전의 경우는 가장 많이 필요로 하는 소재가 콘크리트와 강철인데, 이 재료들은 부족해질 염려가 없습니다.”

 

이 계획에 필요한 풍력발전기와 태양력 발전기, 지붕형 태양광패널, 지열, 수력, 조력, 파력 발전 시설의 수 역시 계산되었다. 이들에 따르면 전 세계 에너지 수요를 충당하기 위해 건설되어야 하는 풍력, 수력, 태양력 발전원이 차지하게 될 면적은 전체 지구 면적의 0.4%이다. 이 중 대부분은 태양에너지가 차지하게 된다. 또한 풍력발전의 경우, 발전기들 사이에 비어있는 면적이 존재하는데 이는 지구 면적의 0.6%를 차지할 것이다. 긍정적인 부분은 풍력발전기 사이의 이 공간이 다른 용도로 사용이 가능하다는 것이다. 예를 들어 목장이나 농장으로 사용될 수 있다. 실제로 풍력을 통해 전 세계 에너지의 절반을 공급하는 데에 필요한 면적은 맨하튼보다도 작다. 만약에 그 중 절반의 풍력발전기가 해상에 설치된다면, 그 면적은 맨하튼 하나면 충분할 것이다.

 

이 계획에서 요구하는 전체 발전량 중, 풍력의 경우 1%가 현재 가동 중에 있고 태양력의 경우는 그보다도 적다. 앞으로 이 계획을 현실화하기 위해서는 아마도 미국 전역을 연결하는 고속도로를 건설하거나 인간은 달로 보냈을 때만큼의 노력이 필요할 것이다.

 

“하지만 분명한 것은 이 계획이 실현 가능하다는 것입니다. 새로운 기술도 필요 없습니다. 우리가 필요한 것은 이것이야 말로 우리 사회가 나아가야 할 방향이라는 것을 결정하는 것입니다.”

 

스탠포드 대학 Mark Z. Jacobson 교수 소개 페이지: http://www.stanford.edu/group/efmh/jacobson/

 

원본 기사

http://news.stanford.edu/news/2011/january/jacobson-world-energy-012611.html

 

관련 자료 페이지:

http://www.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/I/susenergy2030.html

<A path to sustainable energy by 2030 (Scientific American, November 2009)>에 보다 상세한 정보가 담겨 있습니다. pdf파일로 다운로드가 가능합니다. 그보다 보다 상세한 내용이 담긴 보고서인 <Providing all global energy with wind, water and solar power Part I·II>도 다운 받을 수 있습니다. 해당 보고서는 2011년 10월 Energy Policy지에 실렸습니다.

 

S.F. 장익성 (iksung.jang@gmail.com)