신 재생에너지 이야기

재생가능 에너지(renewable energy)는 태양열, 태양광, 풍력, 조력, 지열처럼 자연 상태에서 만들어진 에너지를 일컫는 말이다.

재생가능 에너지의 기술적 범위는 태양 에너지, 풍력, 수력 발전, 바이오 연료로 매우 범위가 넓다. 기후변화 문제의 심화와 화석연료의 고갈 등으로 재생가능 에너지의 중요성과 비중은 점차 증가하고 있다.

재생가능 에너지 시스템은 다양한 기술을 포함하고 있으며 현재에 이르러 상당히 다양해졌다. 일부 기술은 이미 성숙 상태에 이르러 경제적으로 경쟁적이며^[3], 다른 기술들은 추가적인 개발이 필요하다.

태양 에너지

이 부분의 본문은 태양 에너지입니다.

태양 에너지는 지구의 모든 에너지의 근원이 되는 에너지이다. 인류는 오래전부터 태양에너지를 생활에 이용하여 왔으며 그 방식 중 가장 오래된 것은 바로 집을 남향으로 짓는 것을 들 수 있다. 집을 남향으로 지음으로써 겨울에는 태양빛을 잘 받아 따뜻하게 지낼 수 있으며 여름에는 빛을 적게 받아 시원하게 지낼 수 있다. 이러한 방식은 건축의 가장 기본으로 오늘날에도 건물을 지을 때 가장 먼저 고려해야 하는 사항이다. 그 후 보다 직접적으로 태양에너지를 사용할 수 있는 방법을 찾아내었다. 바로 태양열 가열 장치이다. 이 장치는 태양열 가열기를 통해 물을 가열하여 온수를 만들어내는 장치로, 온수 생산뿐만 아니라 난방에까지 활용이 가능하다. 이 기술이 발전하여 태양열을 이용하여 물을 끓이고 이때 발생하는 증기를 통해 전기를 생산하기에 이르렀다. 이는 태양에너지를 활용하여 직접적으로 화석에너지를 대체할 수 있는 방법이다.

태양에너지를 직접 전기에너지로 전환하는 방법도 사용되고 있다. 이른바 태양 전지라고 불리는 실리콘 셀을 이용하는 방식인데, 태양에너지가 실리콘 셀에 부딪히면 셀 내부에서 전자가 생성되어 전류를 만들어 낸다. 이 직류 에너지를 인버터를 통과시켜 교류로 바꾸어 줌으로써 우리가 실생활에 활용할 수 있는 교류 전기를 생산해 낸다. 최근에는 전기 사용량이 많은 기업에서부터 일반 가정, 우주에 쏘아 보내는 인공위성에 이르기 까지 그 활용이 점점 늘어나고 있는 추세이다.

이러한 태양에너지를 활용한 장비들은 한번 시설을 마련하면 유지 보수비용이 거의 들지 않으며, 공해가 없고, 시설의 수명이 매우 길다는 장점이 있다. 물론 단점도 존재한다. 초기 시설비용이 기존전기 생산 시설에 비해 월등히 비싸다는 단점으로 지금까지 그 활용이 제한되어왔다. 하지만 계속된 기술개발로 시설비용을 낮추려는 노력이 계속되고 있으며, 실제 시설비용이 점점 감소하고 있기 때문에 점차 화석연료를 대체하는 주력 에너지 자원으로써의 위치를 획득해 나갈 것이다.

바람 에너지

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현재 사용되고 있는 바람 에너지를 활용하여 전력을 생산하는 풍력 발전의 원리는, 바람의 운동에너지가 프로펠러에 닿을 때 그 양력이 발생시키는 회전력으로 발전기를 가동시켜 전기를 만들어 내는 원리를 사용한다. 과거에도 풍력을 이용한 풍차라는 기구를 사용하였는데, 이는 바람의 운동에너지를 회전력으로 바꾸어 이를 곡물의 제분에 이용하였다. 이러한 풍력발전은 태양 발전과 마찬가지로 유지 보수가 쉽고 그 비용이 저렴하며 매우 친환경적이라는 장점이 있다. 물론 풍력발전에도 단점이 존재하는데, 바람이란 존재가 항상 일정하게 부는 것이 아니며 언제, 어디서, 얼마만큼 불어올지 예측하기 힘들다는 점이다. 그러나 이러한 단점은 점점 기술로 보완되고 있다. 발전기 컨트롤 기술의 발전으로, 일정한 바람을 가지고 만들어 낼 수 있는 전기 에너지의 양이 점점 많아지고 있는 것이다. 때문에 총 전기 생산 중 풍력 발전이 차지하는 비중을 높이려는 시도가 여러 나라에서 진행되고 있다.

지열 에너지

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지열에너지를 이용한 발전은 지구가 내부에 지니고 있는 열에너지를 이용하여 온수와 전기를 생성해 내는 발전을 말한다. 지하 1800m이상 깊이의 시추공에서 분출되는 증기를 이용하여 터빈을 돌려 전기를 생산하고, 동시에 분출되는 온수의 열을 이용하여 물을 데우거나 도로의 물을 녹이고 온천을 개발한다. 또한 발전과정에서 여분으로 얻는 수소도 에너지원으로 활용 가능하여, 다양한 방식으로 활용이 가능한 재생에너지이다. 그러나 단점도 존재하는데, 각 지역마다 지열의 편차가 크기 때문에 이러한 직접적인 지열에너지의 활용이 가능한 지역이 한정되어 있다는 점이다.

이러한 점을 보완하여 어느 지역에서나 지열 에너지를 활용 가능한 방법이 고안되었다. 이 방식은 지하 열교환기를 사용한 방식으로, 일반적으로 지표면보다 지하의 열이 온도 변화가 적기 때문에 여름에는 더 차고, 겨울에는 따뜻한 것을 이용한 것이다. 지하 열교환기가 토양과 가정 내의 열을 교환하여 겨울에는 따뜻하고, 여름에는 시원할 수 있도록 도와준다.

바이오매스

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화석 연료, 특히 석유 자원은 그 양이 한정되어 있다. 그러나 현재 석유는 다른 어떠한 에너지원보다 사용되는 범위가 넓고 사용 비중도 높다. 따라서 이 석유를 대체할 수 있는 자원 개발은 필수 불가결하다. 그리고 이러한 석유 자원의 대안으로 제시되어 연구되고 있는 것이 바로 바이오매스이다. 이는 식물을 활용한 새로운 에너지원으로 식물의 지방성분을 이용하거나 당 성분을 이용한다. 석유 엔진을 개조하여 폐식용유 등의 식물성 기름을 연료로 사용하거나, 식물의 섬유소를 당으로 만들어 여기서 에탄올을 뽑아내어 연료로 활용한다. 이는 석유 자원에 비해 매우 친환경적이며, 다만 문제가 되는 것은 그 생산 비용이 높다는 것이다. 만약 곡물의 줄기나 잎 등 버려지는 부분까지 활용할 수 있는 기술 개발을 통하여 보다 적은 비용으로 많은 양의 바이오매스 연료를 생산하는 것이 가능해진다면 현재의 석유 자원을 대체하기에 충분할 것이다.

또한 이러한 대체 자원 개발뿐만 아니라 한정되어 있는 석유 자원을 최대한 아끼기 위한 노력 또한 계속되고 있는데 가장 대표적인 것이 하이브리드 자동차이다. 석유를 사용하는 가솔린 엔진과 배터리를 이용하는 모터를 모두 지닌 이 자동차는 가솔린과 전기를 사용하여 에너지 소비 효율을 높여 석유를 아낄 수 있다.

조수 에너지

수력 발전, 조력 발전 문서를 참고하십시오.

수력 에너지는 20세기 최고의 재생에너지로 꼽힌다. 현재의 수력 발전은 강에 댐을 건설하여 물의 낙차를 이용한 발전이 주를 이루고 있다. 그러나 이미 수력 발전이 가능할만한 강에서는 대부분 댐이 건설되어 수력발전이 이루어지고 있으며, 앞으로 수력 발전을 더욱 확대시키기 위하여 바다에서의 수력 발전을 위한 여러 방법들이 고안되고 있다.

그중 조수댐은 현재의 전통적인 수력발전과 유사하다. 밀물때 물을 댐에 가둔 후 썰물때 그 낙차를 이용하여 발전하는 방식이다. 그리고 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 수면위에 다관절의 발전 유닛을 띄워놓아 발전을 하는 방식이다. 파도의 움직임이 유닛 관절부의 수압모터를 회전시켜 그 힘으로 전력을 생산하는 방식이다.