지속 가능한 에너지 원 및 채택률

전 세계 인구 증가와 환경 의식 고양은 우리 집(지구)을 보다 친절하게 대하려는 필요와 욕구를 촉진하고 있습니다. 다행히도, 충분히 자세히 보면 무한한 에너지가 우리 주변 어디에나 존재합니다. 움직이고 있거나 열을 발생시키거나 빛을 내는 모든 물체는 잠재적인 에너지 원입니다.

에너지원을 식별하는 것은 쉬운 일입니다. 신뢰할 수 있고 일관된 방식으로 이러한 자원을 활용하는 것이 어려운 장벽입니다. 다행히도, 재료 과학의 발전으로 과거에는 상상도 못했던 효율성을 달성할 수 있게 되었습니다.

지속 가능한 에너지

청정 에너지의 몇 가지 예와 이를 활용하는 기업들을 살펴보기 전에, 지속 가능한 에너지와 재생 가능한 에너지의 차이를 이해하는 것이 중요합니다.

간단히 말해, 재생 에너지는 우리가 사용하는 속도보다 더 빨리 자연스럽게 보충되는 공급원에서 나옵니다. 그러나 이러한 공급원이 반드시 청정 에너지를 제공한다는 의미는 아니며, 현재 수요로는 공급이 고갈되지 않는다는 것만을 의미합니다.

반면 지속 가능한 에너지는 자체적으로 보충될 뿐만 아니라 시간이 지나도 지구에 부정적인 영향을 미치지 않는 공급원을 의미합니다. 이러한 공급원은 미래 세대를 고려하여 석탄, 석유, 메탄 및 기타 오염된 에너지 형태에 지속적으로 시달리는 것이 아니라 녹색 지구를 물려줄 것을 목표로 합니다.

지속 가능한 에너지와 재생 가능한 에너지 사이에 차이가 존재하지만, 대부분의 경우 두 라벨이 모두 적용된다는 점에 유의해야 합니다. 자연스럽게, 두 가지 조건을 모두 만족하는 경우가 가장 흥미롭습니다.

일반적으로 지속 가능한 에너지로 인정받기 위해서는 세 가지 장벽을 넘어야 합니다.

• 환경적으로 지속 가능함
• 재정적으로 지속 가능함
• 사회적으로 지속 가능함

지속 가능한 에너지 공급원의 일반적인 예는 수력발전입니다. 달이 조수를 만들고, 파도와 기후 순환이 일어나는 한 지구에는 항상 흐르는 물이 존재합니다. 흐르는 물의 운동 에너지를 활용하는 것은 자연스럽게 재생되는 과정일 뿐만 아니라, 앞으로도 지구에 부정적인 영향을 주지 않으며 이미 경제적·사회적으로 실현 가능한 지속 가능한 방법입니다.

재생 가능하지만 일반적으로 지속 가능하다고 보지 않는 에너지 공급원의 일반적인 예는 바이오매스입니다. 가장 명백한 활용 방법은 목재를 연료로 태워 열을 얻는 것입니다. 바이오매스 공급은 우리가 사용하는 속도보다 빠르게 보충될 수 있지만, 사용 과정에서 발생하는 온실가스 때문에 지속 가능하지 않습니다.

비재생·비지속 가능한 에너지 공급원의 일반적인 예는 화석 연료입니다. 내연기관의 보급으로 인해 화석 연료 공급은 이미 고갈 위기에 처해 있습니다. 수백만 년에 걸쳐 형성된 이 자원은 본질적으로 재생 불가능하고 환경에 매우 해롭으며 앞으로 지속 가능한 공급원이라고 할 수 없습니다.

주요 후보

재생 가능 에너지와 지속 가능한 에너지의 차이를 이해했으니, 가장 큰 잠재력을 가진 몇 가지 예시를 소개합니다. 이들 각각은 이미 전 세계에서 사용되고 있으며, 유망한 채택 수준을 보이고 있습니다.

한 에너지가 반드시 다른 에너지보다 우수한 것은 아니라는 점을 기억해야 합니다. 가장 좋은 에너지원은 지역 환경에서 쉽게 이용할 수 있는 것입니다.

수력

물을 전력원으로 활용하는 것은 새로운 것이 아닙니다—우리는 수세기 동안 댐과 물레방아를 이용해 왔습니다. 현재 수력은 전 세계에서 가장 큰 저탄소 전력 공급원으로, 전체 공급량의 15%를 차지합니다. 일반적인 사용 사례는 흐르는 물의 운동 에너지를 이용해 터빈을 회전시켜 전기를 생산하는 것입니다.

조류 에너지 활용 능력과 지역 생태계에 미치는 영향을 향상시키려는 조직의 예로는 Fundy Ocean Research Centre for Energy (FORCE)가 있습니다. 이 정부 지원 기관은 캐나다 노바스코샤에 위치해 있으며, 세계에서 가장 큰 조류가 있는 펀디 만이 있습니다.

펀디 만에서는 하루에 두 번, 매일 1,600억 톤 이상의 물이 흐르고 – 시계처럼 정확합니다. 이 움직이는 물의 힘은 어마어마하며, 달이 뜨는 것만큼 신뢰할 수 있는 거대한 에너지 생산 가능성을 제공합니다. 이 프로젝트는 조류 터빈이 해양 식물 및 동물에 미칠 잠재적 위험에 대한 장기 연구 중에 있습니다.

현재 수력은 전체 지속 가능한 전력 공급의 70% 이상을 차지하고 있으며, 중국과 미국이 선두를 달리고 있습니다. 앞으로 파도와 조류 시장만 해도 2021년 0.59억 달러에서 2028년 4.41억 달러로 성장할 것으로 예상됩니다.

풍력

수력과 마찬가지로, 풍력으로 전기를 생산하는 것은 새로운 것이 아닙니다. 움직이는 물의 운동 에너지를 이용해 터빈을 회전시키는 대신, 바람이 터빈에 연결된 팬 블레이드를 회전시켜 동일한 과정을 구현합니다.

풍력은 전 세계 거의 어디서든 전기를 생산할 수 있지만, 이 역시 자체적인 도전 과제가 있습니다. 거대한 풍력 단지를 설치하려면 넓은 토지가 필요할 뿐만 아니라, 풍력은 조류만큼 신뢰할 수 없습니다. 어느 날은 바람이 강하고, 다음 날은 잔잔할 수 있습니다.

이러한 도전에도 불구하고 풍력은 인기를 끌며 전 세계 전력 생산의 7.6% 이상을 차지하고 있습니다. 미국 내에서는 풍력이 이미 재생 에너지 중 가장 큰 공급원으로, 전체 전력 생산의 약 10%를 차지하고 있습니다.

풍력 채택을 촉진하는 기업의 예로는 Siemens AG (SIE.SW ) (SIE.DE ) (SIEGY)가 있습니다. 이 대기업은 2022년에 719.8억 달러의 매출을 기록했으며, 현재 시점에서 Siemens AG (SIEGY) 주식은 여러 분석가에 의해 ‘상승’으로 평가되고 있습니다. 1847년부터 존재해 온 이 기업은 시대에 맞게 적응하는 방법을 알고 있습니다. 이를 바탕으로 Siemens는 화석 연료에서 지속 가능한 에너지로 전환할 수 있는 기술 개발에 전념하는 전 부서를 보유하고 있습니다.

태양광

수력이나 풍력과 같은 공급원을 이용할 때는 터빈이 전기 생산에 핵심이지만, 광전지를 활용하면 터빈이 필요하지 않습니다. 광전 효과는 광자가 기판을 여기 상태로 만들게 함으로써 가능해지며, 이는 태양광 발전의 근본 기술입니다. 태양은 우리 태양계에서 가장 풍부한 에너지 원일 가능성이 높으므로, 그 모든 에너지를 활용하지 않을 이유가 없습니다.

태양광은 개인용 배터리 뱅크와 같은 작은 응용부터 도시 전체에 전력을 공급하는 대규모 응용까지 사용할 수 있는 독특한 능력을 가지고 있습니다. 모든 에너지 원과 마찬가지로 제한점도 있습니다. 현대 기술은 태양광 패널의 효율성과 비용 효율성을 크게 향상시켰지만, 여전히 햇빛이 풍부한 지역에 가장 적합합니다. 극지방에 가까워지면, 몇 달 동안 일출이 없는 지역도 존재합니다.

현재, 최근 태양광 기술의 발전으로 전 세계 전력 생산의 4.8% 이상이 이 지속 가능한 공급원에서 나오고 있으며, 이 비율은 계속 상승하고 있습니다. 미국은 풍력 기반 에너지 생산에서 앞서 있지만, 태양광에서는 약 3% 정도만 태양 광선을 활용하고 있어 다소 뒤처져 있습니다.

태양광 기술 분야에서 가장 저명한 기업이자 혁신가 중 하나는 전기차(EV) 제조업체인 Tesla (TSLA ) (TSLA)입니다. 수년간 이 회사는 기존 태양광 패널을 대체하고 주택 소유자가 광전 지붕 타일을 사용할 수 있게 하는 태양광 지붕을 개발·설치해 왔습니다. 2022년 동안 Tesla는 814.6억 달러의 매출을 기록했으며, 현재 시점에서 여러 금융 분석가에 의해 ‘상승’으로 평가되고 있습니다.

지열

오래 전 지구는 완전히 용융된 물질로 이루어져 있었으며, 마그마 바다로 뒤덮여 있었다고 여겨집니다. 수십억 년이 흐른 지금은 식어 인간이 거주할 수 있는 표면이 되었습니다. 그러나 핵은 여전히 격렬하게 움직이며 주변 여러 층을 가열하고 있습니다. 이 지구 표면 아래에 존재하는 에너지를 우리는 현재 활용하고 있으며, 이를 지열이라고 부릅니다.

지열은 일반적으로 지구의 열 에너지를 활용해 고열용량의 액체 매체를 가열하고, 이를 이용해 터빈을 구동해 전기를 생산합니다. 최근 몇 년간 지열은 대규모 적용뿐 아니라 주거용 난방 형태에서도 가능해지면서 점점 인기를 얻고 있습니다.

지열 에너지는 충분히 깊이 파면 어디서든 활용할 수 있지만, 전 세계에는 화산과 같은 자연적인 열점이 있어 과정을 훨씬 용이하게 합니다. 엘살바도르와 같은 국가들은 이를 인식하고 풍부하고 신뢰할 수 있는 청정 에너지원을 활용하기 위해 적극적인 노력을 기울이고 있습니다.

현재, 그 잠재력에도 불구하고 지열 에너지는 전 세계 전력 공급의 약 0.4%를 차지하는 것으로 추정되며, 이는 미국의 생산량과도 비슷합니다. 화산 외에도 지열은 판구조와 단층선 근처에서 특히 접근하기 쉽습니다. 따라서 캘리포니아 해안 지역은 이 청정 전력을 활용하기에 최적의 지역입니다.

지열 에너지 산업에 투자하고자 하는 투자자들에게는 Ormat Technologies (ORA ) (ORA)가 선두에 서 있습니다. 이 회사는 현재 150개 이상의 지열 발전소를 보유하고 있으며, 1,300명 이상의 직원을 고용하고 있습니다. 지난 5년간 Ormat Technologies는 연간 6억 5천만 달러 이상의 매출을 꾸준히 기록했으며, 지열이 인기를 얻음에 따라 이를 활용할 좋은 위치에 있습니다.

미래를 바라보며

위에서 언급한 전력원들은 더 친환경적인 미래를 촉진할 거대한 잠재력을 가지고 있지만, 언젠가 모든 것을 압도할 수 있는 또 다른 두 가지 옵션이 있습니다.

핵융합

한때 공상 과학 소설에 등장하던 핵융합은 과학자들이 에너지 생산의 ‘성배’라 불리는 기술을 활용하기 위한 유망한 돌파구를 지속적으로 만들면서 언젠가 현실이 될 수 있습니다. 실제로, 진전이 크게 이루어져 정부는 2040년 이전에 작동 가능한 시제품 플랜트를 건설할 계획을 세우고 있습니다.

잘 모르는 사람들을 위해 설명하자면, 핵융합은 우리 태양 ‘솔’을 움직이는 동일한 과정이며, 현대 원자력 발전소에서 사용되는 핵분열과 혼동해서는 안 됩니다. 두 과정 모두 거대한 에너지를 방출하지만, 전자는 핵을 결합시키는 조건을 만들고, 후자는 우라늄과 같은 무거운 원소를 분열시킵니다.

핵융합은 핵분열보다 더 많은 에너지를 방출할 뿐만 아니라 훨씬 더 깨끗한 과정입니다. 현재 과학자들이 해결하려고 노력하고 있는 문제는 이 과정을 촉진하고 안전하게 활용할 수 있는 적절한 조건을 개발하는 것입니다.

압전 효과

우리는 최근 압전 효과를 살펴보았으며, 이것이 가장 흔히 사용되지만 잘 알려지지 않은 전원 중 하나임을 확인했습니다. 압전 효과는 인공이든 자연이든 물질이 외부 압력을 받으면 전기 방전을 일으키는 능력입니다.

마이크로폰, 라이터 등 일상적인 제품에 수십 년간 사용되어 온 압전 효과는 현대 재료 과학이 이 효과를 통해 대규모 응용에 충분한 전기를 활용할 수 있는 날을 향해 계속 발전하고 있습니다.

핵융합과 마찬가지로 압전 소재의 광범위한 사용 가능성은 과학 소설처럼 느껴졌습니다. 아직 수년이 남았지만, 압전 소재가 자체 전원을 공급하는 장치를 가능하게 함으로써 대형 배터리가 거의 필요 없게 되는 세상을 만들 수도 있습니다.

최종 말

비록 세계가 여전히 석유 제품, 석탄, 천연 가스와 같은 에너지 원에 의존하고 있을지라도, 이들이 미래가 아니라는 것은 명백합니다. 다행히도 에너지는 우리 주변 어디에나 존재하며, 현대 과학은 점점 더 많은 청정 에너지 목록을 활용할 기회를 제공하고 있습니다.

미래에 지구가 핵융합과 자체 전원 장치에 의존하게 될 수도 있지만, 수력, 풍력, 태양광, 지열의 지속적인 채택이 그 목표에 도달하게 할 것입니다.