미래 에너지 전략과 전망 - '기후변화' 해결로 인류와 지구 존속'

[요약]

○ 미래 에너지 전략의 대전제 및 목표

‘인류와 지구 존속’ 위해 기후변화’란 현안 해결 →온실가스 감축

○ 세계는 지금 미래 위한 에너지 혁명을 장ㆍ단기적으로 크게 두 방향으로 진행 중

-기존 화석연료의 에너지 효율을 극대화 하면서 오염물질의 배출을 극소화하는 정책과 수소와 같은 새로운 청정 에너지원으로 대체하는 비전

○ 미래 에너지 전망(미래학자 예측)

-수소연료전지는 미래 사회에서 차량뿐 아니라 일반주택 등에서도 보편화할 것이라는 관측

-태양광과 풍력발전도 기술 발전으로 대량 생산 공급 및 비용 절감 예상

-작고 안전한 분산형 원자로로 안전하고 값싼 무공해 전력 생산

○ 온실가스 문제를 가장 긴급한 사안으로 인식한다면 석탄과 석유를 기저부하로 사용하는 정책에서 탈피 원전 같은 에너지 정책으로 가야 함.

○ 지속가능한 새로운 청정 에너지원을 찾는 것이 인류가 함께 풀어가야 할 가장 큰 당면과제임.

[본문]

1. 미래 에너지 전략의 대전제 및 목표

‘인류와 지구 존속’ 위해 기후변화’란 현안 해결 →온실가스 감축

2. 세계는 지금 미래 위한 에너지 혁명을 크게 장ㆍ단기적 두 방향으로 진행 중

가. 하나는 과도기적으로 석유나 석탄 등 기존 화석연료의 에너지 효율을 극대화 하면서 오염물질의 배출을 극소화하는 정책

‣LED조명, 단열재, 그린빌딩 등 절전효과나 에너지효율을 제고하는 기술 개발

‣재생 가능한 자원을 사용하는 제조업자나 소비자에게 각종 보조금과 보상금 등을 지급하는 정책

‣석유와 천연가스 등에서 추출한 수소를 연료로 사용하는 콘셉트카나 휘발유 엔진과 전동기를 탑재한 하이브리드 차량의 시장 점유율 확대

나. 다른 하나는 궁극적으로 화석연료 자체를 수소와 같은 새로운 청정 에너지원으로 대체하는 비전을 단계적으로 현실화 하는 것

‣직접 물의 전기분해로 생산된 수소를 연료로 사용할 수 있는 기술혁신

‣태양광, 풍력, 수력, 바이오매스, 방사능에서 자유로운 제4세대 원자로 등을 발전의 동력원으로 개발

3. 미래 에너지 전망(미래학자 예측)

가. 수소를 주입해서 전기를 발생시키는 연료전지는 크기와 상관없이 모든 기계장치에 전력을 공급할 수 있기 때문에 미래사회에서 크게 주목받을 것이라고 전망

나. 수소가 양성자와 전자로 분리되는 데 사용되는 고가의 백금 촉매제라든지 특수물질인 멤브레인 원료 등이 안정적이고 저렴하게 공급될 수만 있다면 연료전지는 차량뿐만 아니라 일반주택 등에서도 보편화할 것이라는 관측이 유력

다. 태양광 기술 역시 전력생산의 효율성을 극대화할 수 있는 태양광전지판의 대량생산이 가능해지면 그에 따라 비용도 저렴해질 것으로 예측

라. 풍력발전기도 초창기에는 날개가 짧고 속도가 빨라 소음이 심했지만, 요즘은 더 높은 탑과 더 길어진 날개로 상당히 천천히 회전하면서도 더 많은 전기를 생산할 수 있도록 개선되고 있음. 유럽에서는 오는 2020년이면 풍력만으로 모든 주거용 전력 공급을 해결할 수 있을 것이

란 계산도 나옴

마. 아울러 태양광전지판이나 풍력발전기에서 생산된 전기로 배터리를 충전하거나 열을 발생시켜 나중에 사용할 수 있게 하는 기술도 속속 개발되고 있음.

-특히 주목할 만한 것은 이 두 가지 전력을 발전소에서 물로부터 많은 양의 수소를 추출하는데 사용하거나 연료전지 차량의 수소를 충전하는데 쓸 수 있을 것이란 전망

바. 작고 안전한 분산 형 원자로로 안전하고 값싼 무공해 전력 생산

-이로 얻은 이윤을 신재생에너지 및 미래 청정에너지 개발에 투입

이처럼 화석연료에서 완전히 벗어나 지속가능한 새로운 에너지원을 찾는 것이야말로 21세기 인류가 함께 풀어가야 할 가장 큰 당면과제 중 하나라는 인식이 널리 확산되고 있음.

4. 미래 에너지 전략 및 정책 목표 달성 방안

국가와 개인의 행동변화와 기술(발전기술, 수송기술, 에너지변환기술 등) 변화, 연료변화 등 통합적인 변화를 기반으로 에너지 안보 확보와 효율성 개선으로 기후변화에 대응

가. 에너지소비 절감을 위해 에너지 절약문화를 정착

-조명설비 대체, 냉방시스템 기술 혁신, 전동기 기술의 고효율화, 산업군 별 에너지 다소비 설비운용의 최적화 및 효율화 솔루션 개발 등 에너지 소비절감 기술 및 인프라 개발을 통해

-고통 없이 자연스럽게 절약할 수 있는 방안을 모색

나. 온실가스 배출저감 전력생산을 위한 전략 추진

-신재생에너지와 원자력 간 대체 혹은 경쟁 구도가 아닌, 공생체제로 감으로써 작고 안전한 분산형 원자로에서 생산되는 값싼 전력으로 얻은 이윤을 신재생에너지 개발에 투입하는 방안

-고효율 청정기술 개발에 대한 재정 지원과 민간 투자 촉진 활성화, 금융지원 개선이 요구되며 수소 기반 연료전지는 인프라 구축과 생산 인프라와의 연계 추진

다. 미래형 에너지시스템으로의 변화와 새로운 전력 사용시스템에 대한 홍보와 분쟁 해결을 위한 제도적 장치

-스마트 그리드와 마이크로 그리드의 본격적인 도입 및 연계활용을 통한 고효율 에너지 변환

-저장기술, ICT기반 에너지 수요관리 시장, 에너지 ‘네가와트 시스템’* 의 활성화 * 네가와트 시스템: 부정을 뜻하는 네거티브(Negative)와 전력의 단위인 ‘메가와트(Megawatt)가 합쳐진 용어로 전기를 절약한 만큼 이윤을 보상해주는 시스템

라. 화석연료 수송수단의 전기에너지 기반 수송시스템으로의 방향 전환

-예를 들어 KAIST가 개발한 무선전력기반 전기자동차 인프라 구축

-연료전지 자동차의 기술개발

-기존 내연기관 기반 자동차업계의 혁신 및 변환

-타산업의 혁신 기술을 발전 산업과 에너지 변환 및 저장 분야에 접목

-에너지 수급과 전달, 안전성 혁신에 사물인터넷(IoT)과 빅데이터 분석을 결합한다면 품질 제고와 공정의 효율화가 가능

마. 에너지 안보를 위한 해외사업에 주목

-우리나라가 리드해서 남북한 전력망 연계사업 및 가스공급 프로젝트를 추진해서 북한 문제 해결

-특히 한미 원자력협력 증대를 통해 핵연료의 장기적 안정적 공급전략을 확보 *현재 우리나라는 2035년 이후 핵연료 전략 부재 상태

바. 에너지 사용과 관련된 사회적 갈등 해소를 위한 제도적 장치를 구축

-에너지 관련 사회적 이슈나 소송 문제 해결을 전담하는 기구 확보

-환경문제 관련 국제적인 갈등 해결 및 보상을 위한 대책도 수립

-예:.중국이 2030년까지 130개의 원전을 주로 동해안(우리나라 서해)에 건설할 계획임,

그러나 지역문제 해결을 위한 국제기구에 한국과 중국은 미가입 상태이므로 사고 발생 시 피해 및 보상 문제 해결을 위한 제대로 된 방책이 현재 없음.

5. 결언

가. 지구환경의 미래는 각 국가의 에너지정책에 의??크게 영향 받고 회복 불가능한 변화가 일어날 수도 있음.

나. 국가가 에너지 환경 문제를 극복하지 못하면 성장의 한계에 도달함은 물론, 종국에는 인류와 지구의 존속이 어려울 것으로 예견

다. 에너지믹스(에너지원의 구성 비율)에 대한 국가정책은 경제성, 안전성, 환경영향, 지속가능성, 에너지 안보 등에 대한 고려가 중요한데, 실제로는 대중이 느끼는 편리성, 리스크, 관리주체에 대한 신뢰도와 정치적 입김 등에 의해 결정되는 경우가 많음.

라. 결국 사회적 공감대 형성과 올바른 인식의 공유가 필요함.

[참고자료]

1. 세계에서 소비되는 에너지의 총량 비교

‣에너지원별

석유 32.9%, 석탄 30.1%, 천연가스 23.7%, 수력 6.7%, 원자력 4.4%, 신재생 2.2%

‣에너지원별 전기생산량

석탄 41.3%, 천연가스 21.9%, 수력 15.8%, 원자력 11.7%, 석유 4.8%, 기타4.5%

*석탄이 여전히 가장 많이 쓰이고 있는 이유는 기저부하(주어진 기간 동안의 최저부하)를 유지하는 데 가장 값싸고 안정되게 공급할 수 있기 때문임.

‣에너지원별 이산화탄소 배출 순위

석탄과 석유가 이산화탄소를 가장 많이 배출하고 천연가스는 그 절반 수준이며 이어서 바이오매스, 태양열, 풍력, 원자력, 수력 순

*온실가스 문제를 가장 긴급한 사안으로 인식한다면 석탄과 석유를 기 저부하로 사용하는 정책에서 벗어나서 원전 같은 에너지 정책으로 가야 함.

2. 세계 미래의 에너지 수요 추세

‣유엔의 인간개발지수(HDI) 권고치에 부합하는 수준의 에너지를 사용하는 인구가 현재는 세계 인구의 20%가 채 안 됨.

‣그러나 앞으로 점점 증가해 80%의 인구가 미국 수준으로 간다면 에너지 생산량이 현재의 3배, 유럽 수준이라면 2배 이상 필요하다고 예상

‣특히 인도, 중국 등 인구대국의 에너지 수요 증가는 자명한 일이며 이러한 세계적인 흐름 속에서 우리나라 역시 과거에 비해 완만하나마 계속 에너지 수요가 증가할 것으로 내다 봄.

3. 우리나라의 미래 국가 총에너지 수요 추세 및 문제점

‣1980년대 8.5%, 1990년대 6.7%, 2000년대 3.1% 증가한데 비해

‣2011~2035년에는 연평균 1.3% 정도 늘고 인구 1인당 에너지 소비량 5.5TOE(Ton of Equivalent, 석유환산톤)에서 7.3TOE로 증가할 것으로 예측(제2차 국가에너지기본계획)

‣또 2029년까지 전원 구성 비율(제7차 전력수급기본계획)에 따르면 신재생에너지는 지금보다 높이고(1%⟶4.6%) 석탄은 낮추고(28%⟶ 26.7%) 원자력은 조금 낮춰서(28%⟶23.7%) 전력의 안정적 공급과 온실가스 기후변화에 대비할 계획

‣그러나 우리나라는 낮은 에너지 자급률(수입의존도 97%)과 취약한 에너지 안보(에너지 예비율 6%, 독일은 81%), 높은 에너지 수입 증가율(16.7%, 80년대 5.1%), 에너지 과소비(총소비량 1853억 달러어치 2012년, 세계 8위), 높은 전력소비 증가율(5.7%, OECD 0.9%), 온실가스 과배출(세계7위), 낮은 에너지소비 효율(63%) 등의 문제점 있음.

‣또 에너지원 중 화석에너지의 편재성(85%, 2011년), 높은 전력 에너지 비중(25%), 높은 산업체 전력 비중(53%, OECD 국가 1위), 높은 원자력 발전 비중(28%, 세계 평균 4.4%), 낮은 재생에너지 비중(1%, OECD 2.2%), 높은 에너지 폐기물처리비용(유럽의 100배 이상), 높은 사회적 갈등비용 약점

【자료】 KAIST 미래전략대학원-미래전략연구센터가 '에너지 전략' 을 주제로 국가미래전략 정기토론회(2015. 7. 31)에서 임만성 KAIST 원자력 및 양자공학과 교수가 제시한 에너지 관련 각종 자료/통계 및 네이버 등 인터넷 검색 자료 종합 분석

【정리】 과학상식 보급위원 양광남