IRENA, 아프리카의 보물에 손을 뻗다.

IRENA, 아프리카의 보물에 손을 뻗다.

16기 이서준, 17기 김희진, 17기 주형준

 

아프리카의 숨겨진 보물, 재생에너지

  아프리카는 천혜의 자원과 빈곤이 함께 공존하는 대륙이다. 축복받은 자원은 뒤로하고, 재생에너지 사업 발전을 위한 투자가 과연 진행될 수 있는지 의문이다. 하지만 대륙의 재생에너지 잠재력은 엄청나다. 또한 에너지 사업이 활발히 진행된다면 아프리카 지역 경제는 아주 빠른 속도로 발전할 것이다.

이를 실현하기 위해 국제 재생에너지 기구 IRENA는 지난 2011년 “아프리카의 발전 가속화를 위한 재생에너지”라는 포럼을 개최하면서 아프리카의 신재생에너지 사업에 꾸준히 협력하는 중이다. 재생에너지 발전을 위한 사회 이해관계를 플랫폼으로 연결해 주고, 지역별 재생에너지 발전 잠재량을 평가하며, 에너지 사업자에게 필요한 역량을 길러 줌과 동시에 적절한 투자를 위한 이해를 돕는다. IRENA가 아프리카 재생에너지 발전에 어떠한 관여를 했는지 알아보자. 

 

IRENA, 아프리카 신재생에너지 사업자와 지원자의 징검다리가 되어주다!

  지속가능한 발전을 위한 대륙의 방대한 바이오매스, 지열, 수력, 태양, 풍력에너지는 아프리카의 경제력을 키워줄 수 있는  큰 잠재력을 지니고 있다. IRENA는 발행물 "Scaling Up Renewable Energy Deployment in Africa; Impact of IRENA's Engagement"를 통해 아프리카 재생에너지 사업에 있어 기관이 미친 영향에 대해 소개하였다. 이하의 내용은 이를 참고한 것이다.

아프리카는 2030년까지 지역 재생에너지로 전체 에너지 수요량의 25 %를 충당하는 것을 목표로 한다. 세계적으로 재생에너지가 1030만의 일자리를 보급한 만큼 재생에너지 기술 발전에 있어 장기적인 산업 정책은 아프리카의 수백만 일자리를 확대시킬 것으로 예상한다. IRENA는 ACEC(African Clean Energy Corridors)를 설립하여 아프리카 지역 시장을 통합하는데 기여하였다. 아프리카 자원의 효율성과 경제적 이익을 확보하기 위해 ACEC는 국경을 넘는 차원에서 전기를 주고받는 것과 실용적인 재생에너지 개발에 집중해왔다. 이는 발전과 전기 무역의 규모를 확대시킨다. 또한 IRENA는 ECCAS(Economic Community of Central African States)와 협력하여 재생에너지 로드맵을 발전시켰다. 재생에너지 로드맵은 지역 및 국가 차원에서 재생에너지 배치를 위한 정책과 규제, 재무 구조를 강화하기 위한 일련의 구체적인 조치를 제공한다.

IRENA는 지역 평가 서비스(Site Appraisal)를 개발했다. 재정적 실행 가능성 분석으로 정부와 프로젝트 개발자 사이의 상호작용을 안내한다. 이렇게 하면 지방 당국과 예비 프로젝트 개발자들은 부지 개발에 필요한 경제적 타당성과 투자에 대해 보다 명확한 이해를 얻게 된다. 지역 평가 서비스는 9개국의 92개 태양광 패널과 풍력 프로젝트에 활용되었다. 이는 태양광 패널 2262 MW와 풍력 1184 MW 규모이다.

재생에너지 사업을 위한 접근을 지원하기 위해 IRENA는 온라인 중매 플랫폼인 지속가능 에너지시장(Sustainable Energy Marketplace)도 개발했다. 프로젝트 개발자, 서비스 및 기술 제공자 그리고 금융기관을 중매하며 60개 이상의 금융기관과 119개의 서비스 및 기술 제공 업체와 연결할 수 있게 해준다.

또한 IRENA는 서아프리카의 에너지 관련 단체인 ECREEE 그리고 2ie와의 협업하여 ECOWAS 재생에너지 기업가 활동 지원 기관(Economic Community of West African States Renewable Energy Entrepreneurship Support Facility)을 2015년에 설립하였다. 이는 중소기업의 재생에너지 관련 역량을 강화하기 위함이다. ECOWAS 소속 15개국의 80개가 넘는 기업이 역량 강화, 기술 자문 및 멘토링 지원을 받았다. 지역의 자금 조달 기관에 제출된 프로젝트 제안서를 통해 100만 달러의 채무 재조정이 이루어졌다.

 

사탕수수, 남아프리카의 바이오 에너지원이 될 수 있을까?

  IRENA는 에너지 솔루션 개발 이외에도 아프리카의 좋은 자원들을 활용할 수 있는 바이오 에너지에 대해서도 연구했다. 바로 사탕수수를 발효하여 휘발유의 대체 자원으로 활용하는 바이오에탄올 사업이다. 남아프리카에 위치한 에스와티니(구 스와질랜드), 말라위, 모잠비크, 남아프리카, 탄자니아 공화국, 잠비아, 짐바브웨에서 사탕수수 재배를 통한 바이오 에너지 생산 잠재력 연구를 진행하였다. 발행물 "Sugarcane Bioenergy in Southern Africa; Economical Potential for Sustainable Scale Up"에 남아프리카에서 사탕수수로 바이오 에너지를 생산할 수 있는 잠재력에 대해 평가 내용을 담았다. 이하의 내용은 이를 참고한 것이다.

[자료1. 사탕수수 천수, 관개 재배에 활용되는 현재 면적과 잠재 면적]

 출처: IRENA

잠재적인 사탕수수 재배 농작지는 상당히 넓다. 관개(물을 끌어들임)의 도입 없이도 천수(비로만 물이 공급됨) 영역만을 활용하더라도 농작지는 최대 9배로 늘어 510만 ha가 될 것으로 기대된다. 관개도 활용하게 된다면 최대 99배인 5490만 ha로 확대될 것이다. 370만 ha 관개 농작지에서 880만 ha의 천수 및 관개 농작지로 확장되면 연당 바이오 에너지 생산량은 720억 L의 에탄올로, 전기 생산량은 156,000GWh로 증가하게 된다. 이론적인 최대 생산량이지만, 전력거래소가 공표한 우리나라의 연간 원자력 전력거래량(2019)이 138,808GWh임을 고려하면 엄청난 양이다.

앞서 말한 남아프리카 7개국에서는 현재 410만 리터의 에탄올이 사탕수수로 생산되고 있는데 이는 잠재량보다 상당히 낮은 양이다. 하지만 현대 기술이 적용되면 8천 리터의 에탄올과 6.5 MWh의 전력을 연당 1 ha의 사탕수수로부터 생산할 수 있다. 대부분의 남아프리카 사탕수수 에탄올은 EIA(2018)가 예상한 2030년 증유가인 90 USD/barrel과 경쟁할 수 있고, 전력은 0.062 USD/kWh로 생산 가능하다. 2020년 3월 남아프리카 휘발유 가격은 143.0 USD/barrel(0.9 USD/liter)이며, 2018년 전 세계 휘발유 평균 가격은 154.13 USD/barrel(0.97 USD/liter)였다. 현재는 해당 에탄올 사업의 경제성이 뒤떨어지고 있는 반면 미래에는 기술발전으로 인해 매우 기대된다는 전망이다.

 바이오 에탄올 생산 과정은 사탕수수에서 즙을 짜내 에탄올로 변형시키는 것이다. 이에 그치지 않고, 당분을 짜고 남은 찌꺼기인 버개스를 연료로 사탕수수 제분소에 에너지를 공급하면 열, 기계, 전기적인 일에 대한 충당을 할 수 있어 외부로부터의 에너지 유입이 필요 없고 오히려 팔 수 있게 된다. 버개스를 태우면서 얻는 고압의 증기로 증기터빈을 돌려 전기를 생산하고, 저압의 증기로는 열에너지를 공급할 수 있다. 2016년에 브라질의 사탕수수 제분소에서는 전체 전력 생산량의 6 %에 해당되는 35240 GWh, 아프리카 과테말라에서는 29 %에 해당하는 2600 GWh의 전력을 생산했다.

 이러한 공정에서 에탄올 생산을 더 늘릴 수 있는 열쇠가 숨겨져 있다. 바로 버개스이다. 버개스에 함유된 유기화합물인 리그닌(lignin) 중 25 %만이 열과 전기 생산에 활용될 수 있다. 그래서 버개스를 에탄올 생산 용도로 재활용하는데, 이를 도입한 것이 2G 에탄올 공장(Second Generation ethanol plant)이다. 이를 도입하지 않은 일반적인 과정은 1G 에탄올 공장에서 진행되는데, 만약 설탕 생산 공정이 생략된다면  1G만으로는 1톤의 사탕수수로부터 80~90 L의 에탄올을 생산할 수 있다. 1G와 2G가 통합적으로 운영되면 그 양은 108.5 L로 늘어난다.

[자료2. Sugarcane plant configurations for 1G and 2G biochemical processes]

 출처: IRENA

생산 공정뿐만 아니라 생산 효율을 높이는 사탕수수를 통해서도 바이오 에탄올 회수량을 늘릴 수 있다. 에너지 수수(Energy cane)는 최대 6 m로 일반적인 사탕수수보다 더 길게 자라며 직격 1.52 cm로 상당히 얇으며 좁은 잎을 가지고 있다. 또한 해충과 질병에 높은 저항성을 가지면서 상업적 사탕수수의 생산량을 2배 늘릴 수 있게 된다. 이를 통한 에탄올 생산도 더욱 기대할 수 있다. 에너지 수수를 통해 1G, 2G 에탄올 공장을 운영하면 2030년에는 159,000GWh를 보급할 수 있을 것으로 기대된다. 2G 에탄올 생산공장과 시너지를 발휘한다면 바이오 에너지 확장에 긍정적인 영향을 줄 것이다.

 

그럼에도 말리는 장작에 의존한다.

[자료3. 말리의 에너지원 공급 비율]

 출처: IRENA

  말리는 아프리카 서부에 위치한 사면이 육지인 나라이다. IRENA는 발행물 “Renewables Readiness Assessment Mali”를 통해 말리의 에너지에 대해 소개하였다. 이하는 이를 참고한 내용이다. 인접한 많은 아프리카 국가와 같이 말리도 장작과 같은 바이오매스가 주요 에너지 공급원이다. 풍부한 장작 자원은 말리의 에너지 수요에서 무려 69%를 차지하며, 부족한 에너지원은 원유 수입으로 충당하고 있다. 가장 큰 특징은 말리의 전체 에너지 중 전기가 차지하는 비중이 3.8%밖에 되지 않는다는 점이며, 이 수치는 주변국으로부터 전기를 사들인 것을 포함한 수치이다. 따라서 기존 목재 자원이 과도한 벌목으로 인해 사라진다면, 자체적인 에너지원 수급 방법이 존재하지 않는 것으로 볼 수 있다. 또한 바이오매스 가격이 타 에너지원보다 저렴하기에 가정에서 LPG 가스로 요리를 하는 집은 2~3%밖에 되지 않는다. 아프리카 내에서도 말리의 LPG 사용량은 꼴찌 수준이며, 2009년 사용량과 비교해도 상승 폭을 보이지 못했다. 이에 따라 연간 나무와 숯 사용량은 500만 톤 정도로 아주 높다. 이는 계속해서 증가하는 추세로 10년 이내에 700만 톤 이상으로 증가할 것으로 예상된다. 늘어나는 수요량은 자원 고갈 문제를 야기할 수 있기에 안정적인 에너지 수급처가 필요한 상황이다.

아프리카의 비어 있는 땅만 활용하더라도 사탕수수를 통한 바이오 에탄올 및 전기 생산으로 풍족한 에너지를 얻을 수 있을 터인데, 왜 아직도 장작에 의존하는 추세가 강한 것일까? 결론적으로는 경제성과 기술적인 문제 때문이다. 말리의 재생에너지 현황을 살펴보도록 하자.

[자료4. 자트로파 열매]

출처: 식량 농업 기구 FAO

  말리의 바이오연료는 주로 사탕수수와 자트로파 오일을 통해 만들어진다. 문제는 이 양이 매우 적기에 국가적인 측면에서 눈에 띄는 수치와는 거리가 멀다는 점이다. 그 값 또한 크게 상승하는 모습을 보이고 있지 않다. 게다가 원유값의 지속적인 하락 때문에 가격 경쟁력을 더욱 크게 잃고 있다.

[자료5. 말리의 에탄올 및 바이오디젤의 점유율]

 출처: IRENA

표가 보여주는 바와 같이 가솔린과 디젤 사용량 중 에탄올과 바이오디젤의 점유율은 각각 11%와 4%일뿐이다.

 

  말리의 수력 발전은 전력 생산에 차지하는 비율이 높은 편이다. 연간 수력발전으로 생산할 수 있는 전력은 약 5000GWh이며 기술력 문제가 해결된다면 전력 생산 효율을 더 늘릴 수 있다. 하지만 말리는 수력 발전의 의존도를 낮추고 싶어 한다. 지구 온난화와 같은 기후 변화는 수자원 감소를 야기해 수력 발전의 안정성이 떨어지기 때문이다. NDE(National Directorate of Energy, 말리 에너지공단)에 의하면 물의 양이 1% 감소했을 때 수력 발전으로 손해 보는 전력은 총 130만Wh나 된다고 한다.

[자료6. 강수량에 따른 말리의 전력 생산량 비교]

 출처: IRENA

위 표는 말리의 3개 주요 도시에서 강수량이 적었을 때의 전력 생산량이다. 전후 연도와 비교했을 때 적게는 4%, 크게는 38%가량의 전력 생산의 감소를 보였다.

 

[자료7. 말리의 일조량 지도]

출처: IRENA

  숲이 많은 남부지역과 달리 말리의 북부 지역은 매우 건조한 사막이기에 사람이 살지 않는다. 하지만 강한 태양광이 있음에도 태양광 에너지를 활용할만한 수요가 부족하다. 반면 전력 수요와 인구 밀도가 높은 남부 지역은 북부 지역과 마찬가지로 태양광이 강한 편이다. 남부 지역의 태양광은 제곱미터(m2)당 5.5kWh의 전력을 생산할 수 있는 수치이다. 이는 충분히 높은 편으로 말리의 태양광 사업은 장래가 밝은 편이라고 볼 수 있다.

IRENA의 연구 결과에 의하면 말리의 태양광 및 태양열을 에너지원으로 잘 활용할 시에 각각 79.1TWh, 36.2TWh의 전력을 생산할 수 있을 것으로 예상했다. 따라서 말리의 지속 가능하고 안정적인 에너지원이 될 수 있을 것으로 보고 있다.

[자료8. 말리의 풍량 지도]

출처: IRENA

  그렇다면 사람이 많이 살지 않는 말리의 북부 지역은 에너지 생산에 도움이 되지 않는 것일까? 아쉽게도 그렇다. 위 그래프에서 볼 수 있는 것처럼 말리의 북부 지역은 남부에 비해 매우 강한 바람이 분다. 다만 문제는 인구 밀도가 매우 낮아 에너지 수요가 적다는 것이다. 이렇게 생산한 에너지를 남부 지역으로 끌어다 쓰는 것은 송전 기술이 부족한 말리 입장에서는 좋은 방식은 아니다. 게다가 북부 지역은 정치적으로나 치안 측면에서 불안정하기 때문에 풍력 발전 시설을 적극적으로 확충하는 것은 쉽지 않을 것으로 예상된다. 즉 풍력 발전에 있어 좋은 환경은 갖춰졌으나, 주변 인프라와 현실적인 문제를 해결해 나가야 할 것이다.

 

풍부한 잠재량이 버거운 아프리카

  아프리카는 신재생에너지를 통해 많은 양의 전력을 생산할 수 있다. 하지만 재정적, 기술적인 문제로 해당 분야에 투자를 하는데 어려움이 있었다. 이에 IRENA는 사업자와 지원자를 이어주고, 관련 역량을 길러주는 지원을 해왔다. 그러나 말리만 보더라도 재생에너지 잠재량이 높은 지역에 발전소를 설치해도 정작 해당 지역의 인구 밀도가 낮아 소비를 할 수 있는 방법이 없다. 아프리카의 신재생에너지 관점에서 가치를 발휘하기에는 자체적인 노력으로 한계가 있다. 앞으로도 사업의 이해관계를 이어주는 지원은 지속되어야 한다. 더불어 장작 등 바이오매스에 의존적인 아프리카에 잠재량을 활용할 수 있는 기술적인 지원이 보다 적극적으로 필요한 시점이다.

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참고문헌

[IRENA, 아프리카 신재생에너지 사업자와 지원자의 징검다리가 되어주다!]

1) IRENA, “Scaling Up Renewable Energy Deployment in Africa: Impact of IREANA's Engagement. International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi”, 2019

 

[사탕수수, 남아프리카의 바이오 에너지원이 될 수 있을까?]

1) IEA, “2019 World energy prices an overview”, 2019.05

2) IRENA, “Sugarcane Bioenergy in Southern Africa: Economic Potential for Sustainable Scale-up. International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi”, 2019

3) TRADING ECONOMICS, “가솔린 가격 - 데이터 - 경제지표”, https://ko.tradingeconomics.com/country-list/gasoline-prices

 

[그럼에도 말리는 장작에 의존한다.]

1) IRENA, “Renewables Readiness Assessment Mali. International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi”, 2019.09