그린에너지 종류 2탄 - 해양, 폐기물, 지열, 수소 에너지

그린에너지 종류 2탄

해양에너지

인류는 화석연료의 사용으로 오랜 기간 동안 사회, 문화, 경제 등의 분야에서 지속적인 발전을 누려왔지만, 한편으로는 환경오염과 자원고갈이라는 문제와 당면하게 되었다. 이를 극복하기 위한 방법으로 고갈되지 않으며 재생 가능한 에너지를 자연으로부터 추출할 수 있는 기술개발이 시작되었다. 특히 지구 표면의 75%를 차지하는 해양은 다양한 형태의 에너지를 가진 집합체로서 환경오염 및 자원고갈 문제를 극복할 수 있는 유망한 에너지원으로 기대되고 있다. 

그러나 부식이나 압력, 예측할 수 없는 해황 등, 해양 특유의 가혹한 환경으로 해양에너지는 타 신․재생에너지 분야에 비해 상대적으로 기술개발의 진행이 더딘 편이다. 해양은 방대한 해양에너지 자원이 존재하며, 전 세계의 해양에너지 발전 잠재량은 총 82,950TWh로 추정하고 있다. 2050년까지 세계적으로 최대 748MW에 이르는 해양에너지 발전시설이 건설될 것으로 예상하였는데, 이는 현재 세계 발전시설용량의 약 19%에 해당하는 규모이다. 이에 따른 이산화탄소 배출 절감량은 520억 톤에 이를 것으로 추정된다. 

조석에너지는 주기적인 해수면의 상승과 하강에 따르는 위치에너지인 조력에너지와 해 수면 높이의 국부적인 차이에 기인하는 해수의 수평흐름 운동에너지인 조류에너지로 구분 되며, 천해 연안역에 집중되어 상대적으로 밀도가 높다. 반면에 파랑에너지는 외해로 나갈수록 밀도가 높아지므로 보다 대규모 자원 개발이 가능한 외해로 점차 적용이 확장되고 있으며, 깊은 수심에 따른 기술적 어려움의 극복이 관건이나 천해 연안역에 비해 약 10배에 달하는 파랑 에너지 자원이 외해 연안역에 부존되어 있다. 

전문가들은 궁극적으로 연간 2,000TWh의 전력이 파력발전으로 생산될 것으로 예측하고 있으며, 이는 전세계 전기 소비량의 약 10%에 해당하는 막대한 양이다. 해양에너지 기술개발이 가장 활발한 영국의 경 우 궁극적으로 전체 전력 수요의 20%를 해양에너지로부터 공급할 수 있을 것으로 전망하고 있으며, 이 중 5% 정도를 조류에너지, 나머지 15%를 파력에너지 그 중에서도 심해 파력에너지에서 얻을 것으로 예측하고 있다.

폐기물에너지

폐기물 에너지는 일상생활이나 산업 활동으로 인하여 필연적으로 발생되는 폐기물로부터 에너지 함량이 높은 폐기물을 산업생산 활동에 필요한 에너지로 활용하기 위하여 가연성 폐기물을 대상으로 고형연료화 기술, 열분해에 의한 액체 연료화 기술, 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 등의 가공ㆍ처리 방법을 적용하여 얻어지는 고체․액체․기체 형태의 연료와 이를 연소 또는 변환시켜서 발생되는 에너지를 의미하며, 소각 시 발생하는 폐열로부터의 회 수 에너지 또한 포함된다. 2013년 기준 폐기물에너지는 국내 신․재생에너지 공급량의 약 53.9%를 차지하고 있고 있으며,( 에너지관리공단 신․재생에너지센터, 2013년 신․재생에너지통계, 2014 ) 2020년 이후에도 국내 신․재생에너지 공급량의 50% 이 상을 차지할 것으로 예상되는 중요한 신․재생에너지원이다.

지열에너지

일반적으로 지열에너지를 직접이용(direct use)과 간접이용(indirect use) 기술로 구분 한다. 이는 인간이 이용할 수 있는 최종 생산물의 관점에서 분류한 것으로, 열(heat)을 생산 하면 직접이용이고, 전기(electricity)를 생산하면 간접이용이 된다. 기준이 다소 모호한 깊이나 온도로 지열에너지를 분류하는 방법보다 명확하기 때문에 현재 전 세계적으로 널리 통 용되는 구분법이다. 지열에너지의 직접이용은 가장 오래된 기술로서 온천․건물난방․시설원예 난방․지역난방 등이 대표적인 기술이다. 땅에서 중 온수(30~150℃)를 추출하여 사용자에게 직접 공급 할 수 있으며, 또한 열펌프나 냉동기와 같은 에너지 변환기기의 열원으로 활용할 수 있다. 

지열 열펌프 시스템을 제외한 나머지 기술들은 중온수가 풍부한 지역에서 가능하기 때문에 지리적 제약이 다소 있다. 직접이용 기술 중 가장 큰 부분을 차지하는 기술이 지열 열펌프 시스템(geothermal source heat pump system, GSHP)이다. 이 시스템은 저온(10~30℃)의 지열에너지를 효율적으로 활용하는 지열분야의 대표 기술이라고 할 수 있다. 

상대적으로 저온의 에너지를 활용하지만, 연중 일정한 온도를 유지하기 때문에 항온성이 우수하며 지리적 제약이 없는 것이 큰 장점이다. 반면 간접 이용 기술은 땅에서 추출한 고온수나 증기(120~350℃)로 플랜트를 구동하여 전기를 생산하는 발전(geothermal power plant)을 일컫는다. 최종 생산물은 전기이며 화산지대에서 유리하기 때문에 지리적 제약이 매우 크다. 이러한 지리적 제약을 극복하기 위한 연구개발이 지열분야 선진국을 중심으로 진행중이다.

수소에너지

수소는 우주에서는 가장 많은 원소이지만, 지구상에서는 수소 단독으로는 거의 존재하지 않고, 화합물의 형태로 존재하기 때문에 이러한 물질에서 추출 해내야 한다. 수소 자체로는 무독성, 무색, 무취의 가스이며, 전기와 마찬가지로 에너지원이 아니라 에너지 캐리어이다. 기존 화석연료 일변도에서 벗어나 재생에너지를 비롯한 다양한 원료를 이용하여 청정한 에너지매체인 수소를 만들어냄으로써 환경 오염문제와 에너지자원의 지역적인 편중으로 인 한 수급불안 문제와 에너지자원의 고갈을 동시에 해결할 수 있다는 가능성 때문에, 1973년 1차 석유위기를 겪은 이후 ʻ지속가능한 수소경제사회ʼ에 대한 논의가 시작되었다. 

1974년 국제에너지기구(IEA)가 탄생되었고, 1977년 수소이행협정 (IEA-HIA)을 출범시켜 탈석유시대를 추구하기 위한 수소의 잠재력을 점검하는 계기를 만들었다. 역사적으로 보면, 이미 1세기 넘게 수소에너지기술이 이용되어 왔고 지금도 세계적으로 매년 5천만 톤의 산업용 수소를 사용하고 있지만, 천연가스, 나프타 등의 화석연료로부터 생산되는 것이 대부분이다. 

따라서 이러한 방식으로는 기존의 화석연료가 가지고 있는 문제점을 그대로 내재하고 있어, 재생에너지 기반의 수소생산 기술의 필요성이 강조되어 왔다. 하지만, 전체적인 수소생산-이용 경로를 볼 때, 화석연료로부터 수소를 생산해도 전기에너지 의 고효율로 전체적으로는 환경보전과 화석연료 절감 효과를 기대할 수 있다. 궁극적으로는 수소를 지속가능한 방법으로 제조하고, 저장, 수송 및 효율적 이용기술을 연계시켜 수소 사 회로 진입하자는 것은 인류가 가진 목표이자 꿈이다.

2020/08/09 - [교육] - 그린에너지 종류 1탄 - 태양광, 태양열, 바이오에너지

배용열. "초등학교 교육과정에 나타나는 에너지 및 그린에너지 교육내용 분석에 관한 연구." 국내석사학위논문 대구교육대학교 교육대학원