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에너지에 대하여

  • 2015.02.27.
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에너지에 대하여

 

◆ 에너지는 곧 문명이다.

러시아의 천문학자 니콜라이 카르다세프는 문명의 기술 발전을 에너지 이용 정도에 따라 구분할 것을 제안했습니다.

그는 외계에서 날아오는 라디오 신호들을 분석하면서 얻은 자료를 바탕으로 1964년에 처음으로 문명을 구분하는 척도를 제안했죠.

이것이 바로 카르다세프 척도입니다.
이 척도는 후에 천문학자, 물리학자들의 연구를 통해 보다 세밀하고 구체적으로 구분되어 ‘타입 문명설’로도 불리는 이론으로 정리되었습니다.

 

◆ 카르다세프 척도

이 이론에 따르면 1단계는 행성 에너지를 이용하는 문명입니다.
행성 내에, 그리고 행성으로 오는 에너지를 이용하는 단계이며 약 10페타와트의 에너지를 활용하는 수준이죠.
이 수준에서는 날씨를 제어하여 허리케인의 방향을 바꾸거나 바다 위에 안전한 도시를 건설할 수 있는 수준입니다.

2단계는 가까운 별의 에너지를 가져다 쓰는 문명입니다.
이 수준에서는 다른 별의 핵융합 반응을 제어할 수 있게 되죠.
지구를 기준으로 하면 태양의 핵융합 반응을 인간들이 제어하고 그 에너지를 활용할 수 있는 단계입니다.

마지막 3단계는 가까운 별의 에너지까지 소진해서 그들이 속해있는 은하의 별을 식민지화해서 이용하는 단계입니다.

이때 이용할 수 있는 에너지의 양은 약 1간와트이며, 이 정도의 에너지를 제어할 수 있다면 아인슈타인의 중력이론이 무시되거나 시공간을 비틀거나 찢어 다른 우주로 통하는 입구를 만들 수 있는 단계입니다.

이렇게 각 단계는 바로 앞의 문명보다 100억 배나 많은 에너지를 사용할 수 있죠.
이런 문명들은 각 단계별로 반드시 유명한 열역학 제2법칙에 따라 엔트로피가 열 형태로, 즉 복사 에너지 형태로 방출하게 됩니다.

따라서 각 단계의 문명이 우주 어딘가에 있다면 이 복사 에너지를 관측함으로써 그 문명을 찾아낼 수 있다는 이론이죠.

이렇게 들으면 SF에서나 나오는 황당무계한 소리 같죠? 당연히 그럴 겁니다.
우리의 문명은 아직 1단계조차 완료하지 못했으니까요.

하지만 에너지의 활용이 문명에 어떠한 영향을 끼칠 수 있는지는 느끼실 수 있을 겁니다.

 

인류발전과 에너지

 

◆ 인류의 발전과 에너지

칼 세이건은 위에서 설명한 카르다세프 척도를 보다 자세하게 분류해야 한다고 하면서 인류의 역사는 보다 양질의 에너지를 만들어내기 위한 노력으로 설명했습니다.

고대에 나무를 연료해서 불을 만들어 내어 중세 문명을 만들어 내었고, 이 단계가 화석 에너지 시대로 접어들어 산업화를 이루어냈으며, 앞으로 새로운 에너지원의 출현을 예견했죠.

즉, 인류는 보다 많은 에너지를 통제하고 소모하는 기술을 획득함으로써 새로운 문명의 발전을 이루어왔다는 말입니다.
하지만 지금까지 문명을 발전시켜온 에너지원들이 가진 문제점과 한계 또한 지적을 했습니다.

예를 들어 과거의 나무 연료는 화석 연료에 비해 환경파괴가 심하지 않았습니다.
하지만 그만큼 출력이 낮아 현대의 에너지 사용량을 생각하면 나무 연료는 너무나 비효율적일 뿐 아니라 충분한 에너지를 공급할 수도 없습니다.

그리고 지금은 서서히 사용량이 줄어들고 있는 석탄연료 또한 마찬가지이죠.
게다가 석탄 연료는 많은 환경적 문제를 만들어내죠.

물론 아직도 사용하고 있는 석유 또한 마찬가지이죠.

 

따라서 인류는 보다 청정하고 고출력을 낼 수 있는 에너지원을 찾기 시작했고, 그 결과 중 하나가 바로 원자력입니다.
원자력은 적은 양으로 많은 에너지를 생산하며 이산화탄소 문제도 없습니다.

인류는 계속해서 보다 청정하고 안전하며 안정적인 에너지원을 끊임없이 찾고 있습니다.
하지만 새로운 에너지원을 찾는다는 것이 말처럼 쉬운 일은 아닙니다.

나무에서 화석연료로 넘어오기까지 걸린 시간만 봐도 충분히 알 수 있죠.
하지만 그렇다고 문명의 발전을 포기할 수도 없지 않을까요?

그런데 이미 사용할 수 있는 에너지원은 거의 포화상태에 이르러 있는 상황에서 어떻게 더 많은 에너지를 확보할 수 있을까요?

그 해답은 바로 자투리의 활용입니다.

 

신재생에너지, 재생에너지

 

◆ 신재생 에너지, 혹은 재생 가능 에너지

신재생 에너지라고 하면 정확하게 무슨 뜻인지 이해하지 못할 수도 있습니다.
하지만 재생 가능 에너지라고 하면 조금은 더 이해할 수 있죠.

하지만 재생이 가능한 에너지가 뭔지는 여전히 애매모호하죠.
신재생, 혹은 재생이 가능한 에너지는 쉽게 말해서 바로 우리 주변에 있는, 평소에는 그냥 흘려보내는 에너지들을 활용하자는 의미입니다.

예를 들어 누구에게나 공평하게 내리쬐는 태양빛, 여름철 땀을 식혀주는 바람부터 시작해서 동물의 배설물이나 바다의 조수간만의 차나 파도가 치는 힘 등 생각할 수 있는 모든 것들을 말하는 것이죠.

걸으면 전기가 만들어지는 신발이나 도로, 혹은 소음을 이용한 발전기를 만들어내기도 합니다.
이 모든 것들이 신재생 에너지라고 할 수 있습니다. 에너지계의 재활용 운동이라고 할 수 있죠.

 

하지만 여러분들도 재활용을 해봐서 아시겠지만 모든 것들이 다 쓸모가 있는 것은 아닙니다.
들이는 비용에 비해서 생산되는 에너지가 너무 적거나 하는 경우도 있으니까요.

하지만 다양한 기술들이 끊임없이 개발되고 발전된다면 언젠가는 쓸모 있을 정도의 에너지를 생산해낼 수 있지 않을까요?

풍력 발전이나 태양열 발전처럼 말이죠.

그렇다면 과연 어떠한 것들이 지금 활용되고 있으며 또 앞으로 주목을 받는지 살펴보도록 하죠.

 

가장 주목을 받고 있는 것은 태양열 발전입니다.
지구 위의 모든 생명체는 태양의 무한한 에너지의 덕을 보고 있죠. 무한한 에너지원인 바로 이 태양을 이용한 것이 태양열 발전입니다.

그렇지만 아직까지 태양열 발전이 전체 에너지에서 차지하는 비중은 크지 않습니다.
하지만 생활 깊숙하게 파고들어있는 것 또한 바로 이 태양열 발전입니다.

예를 들어 전자계산기나 간단한 장난감, 혹은 전자 손목시계 등에 작은 태양열 전지가 붙어있는 것을 보신 적이 있으실 겁니다.
뿐만 아니라 아웃도어 용품 중에는 태양열 전지판으로 스마트폰이나 노트북 등을 이용할 수 있게 하는 제품들도 있죠.

그리고 멀리 화성에 있는 탐사로봇 스피릿과 오퍼튜니티도 바로 이 태양열 전지판을 통해 전기를 공급받고 있습니다.
여러모로 주목받고 있는 태양열 전지는 그동안 많은 발전을 이루어 면적당 전기 생산량도 꾸준히 늘어나고 있죠.
그리고 대만의 한 과학자는 투명한 태양열 전지판을 개발해서 앞으로 모든 유리가 이것으로 대체될 가능성까지 생겨났습니다.

그다음이 풍력, 조력, 지하 마그마의 열을 이용하는 지력 발전 등 자연현상을 이용한 발전들입니다.
이 방식들은 나름 좋은 효율을 내고 있기는 하지만 지형의 영향을 크게 받는다는 단점이 있습니다.
바람이 많이 부는 곳이나 조수간만의 차가 큰 곳, 혹은 화산활동이 활발한 곳 등이 아니면 불가능한 방식이죠.
따라서 보편적으로 사용되기는 힘든 것이 사실이죠.

다음은 동물의 배설물이 분해되는 과정에서 생기는 메탄가스를 이용하는 방식입니다.
이 방식은 아프리카 일부 지방에서 사용되고 있습니다. 하지만 배설물 저장탱크를 만들고 관리해야 하죠.
또 분해과정에 어느 정도의 열이 필요해서 추운 지방이나 겨울철에는 효율이 떨어지는 것 또한 사실이죠.

그래서 미생물을 이용하거나 혹은 전기를 이용해 물을 분해해 수소를 만들어내는 방식을 생각하는 사람들도 있습니다.
하지만 수소는 저장이 어려울 뿐 아니라 아직까지는 대량생산을 하기 어렵다는 단점이 있습니다.

 

◆ 전력 소비에서 전력 생산으로

위에서 살펴본 바와 같이 신재생 에너지는 그냥 흘려버리는 작은 에너지들을 재생하는 방식입니다.
이러한 방식을 이용하는 발전설비를 설치한다면 개인이 전력을 생산하는 생산자가 될 수 있죠.
하지만 가정 내에서 쓰고 남은 전기는 어떻게 해야 할까요?

애써 생산한 전기를 그냥 버릴 수는 없지요.
그래서 한전에서는 이렇게 가정에서 생산해서 쓰고 남은 전기를 사는 제도를 마련했답니다.

하지만 수많은 신재생 에너지를 이용한 발전 방식 중에서 어떠한 것을 선택해야 할까요.
위에서 살펴본 바와 같이 현재 가장 일반적인 방식은 역시 태양열 전지입니다.

게다가 태양열 전지는 국가에서 보조금을 지원받을 수 있기 때문에 현재 가장 많이 사용을 하고 있죠.
혹시 집이 주택이시라면 한번 고려해보시는 것은 어떨까요?

소비자에서 생산자가 되는 것을, 그리고 에너지 생산을 통해 문명의 발전에 기여자가 되는 것을 말이죠.
매력적이지 않나요?

 

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