에너지 사용과 지속가능성

[항공우주 기술의 현주소와 미래] 환경을 생각하는 에너지 사용과 지속가능성을 고려한 해결책이 필요한 시대

맑은 하늘 높이 날아가는 여객기 뒤로 길게 이어지는 하얀 비행운. 어찌 보면 참 멋있지만 알고 보면 인류의 지속가능성을 위해 조심해야 할 대상이다. 눈에 보이는 비행운 자체는 대부분 수증기가 뭉친 물이지만 그 근원은 어디까지나 제트엔진의 연료가 연소되는 과정에 있으며 그 부산물로 물뿐만 아니라 지구 온난화의 주원인 중 하나로 꼽히는 이산화탄소 및 각종 공해 가스들이 나온다. 물 자체는 크게 문제될 것이 없지만 나머지 연소 부산물이 문제가 된다. (비행운이 너무 많으면 국지적 기상에 영향을 준다는 분석도 있기는 하다.)

엔트로피와 연관시키면 연소 자체가 문제인데 이는 청정에너지라 불리는 분야에서도 그 정도가 다를 뿐, 모든 형태의 에너지 소비가 지구 온난화를 일으키는 요인이 된다는 사실 자체는 변함이 없다. 그 어떠한 형태로든 에너지 소비는 물리적으로 불가피한 엔트로피 증가를 일으키며 이는 항상 지구를 덥히는 방향으로 움직이기 때문이다.

멋진 비행운 안에는 지구 온난화 문제도 들어 있다 https://pixabay.com/ko/

석유 계열 연료를 태우면 물(수증기)이 다량 나온다. 석유의 주 구성 원소는 탄소, 수소, 질소 등인데 수소가 불에 타면서 산소와 결합하여 화학식 H2O인 물이 나온다. 탄소가 불에 타면 이산화탄소나 일산화탄소, 그리고 질소가 불에 타면 NOX가 되니 수소를 제외하면 환경에 딱히 도움이되지 않는 연소 가스를 낸다.

산소와 반응해 타고나면 물을 만드는 수소. 이것만 놓고 보면 청정 연료다. 문제는 “수소를 어떻게 만들 것인가?”이다. 석탄에서 수소를 만드는 기술도 있고, 물을 전기분해하면 산소와 수소로 분리된다. 하지만 여기에는 에너지가 투입된다. 석탄을 분리하고 분해하여, 또는 물을 분해하여 수소를 얻어내는데 에너지가 필요하다.

그러면 그 분해 에너지는 어디서 얻을 것인가? 태양광, 풍력, 조력 등 여러 종류의 신재생 에너지가 청정에너지로 각광받고 있다. 하지만 기왕 청정과 지속가능성을 생각한다면 우리는 끝까지 엄밀하게 따져볼 필요가 있다.

풍력이나 조력은 자연에 존재하는 바람이나 파도 등 흐름 에너지를 이용하는 방식이다. 그러나 거대한 풍력 날개의 회전이 유발하는 저주파 소음과 새들의 충돌 등 문제가 나타나고 있고, 거대한 구조물의 대량 설치는 국지적인 흐름에 끼치는 영향으로 인해 장기적으로는 환경 및 기상 변화의 문제를 일으킬 수 있다.

태양이 주는 에너지는 인간의 관점으로는 무한할 듯하고 지구 대류권 내 입장에서는 아주 안전하고 깨끗해 보이지만 문제는 태양 에너지를 모으기 위한 집광판의 대량 설치가 그 아래의 생태계에 지대한 영향을 준다는 것이다. 원래 햇살이 비쳐야 할 자리 위에 거대한 차양이 설치되는 셈이니.

화석 연료는 지질학적인 시간에 걸쳐 축적된 태양 에너지를 빠른 속도로 해제하여 인류 문명을 위해 쓰인다. 태양광 발전은 원래는 우주로 반사되어 나갔어야 할 에너지를 모아서 지구로 쌓아 올린다. 정도의 차이는 있지만, 이 모두가 지구 온도를 높이는 방향으로 작동하며 이것은 물리 법칙이니 피할 수가 없다.

완벽하게 안전하고 깨끗한 것은 없다. 우리가 신경을 써야 할 것은 도대체 왜 완벽한 안전은 없는가에 관한 한탄이 아니라 그 불완전한 부분을 어떻게 조금이라도 메울 것인가이다.

풍력이나 조력이 국지적 순환에 문제를 일으키고 태양광이 하부 생태계를 어지럽힌다고 해서, 물을 분해해 전기 에너지 얻자고 화석 연료를 더 캐고 더 태울 수는 없는 노릇이니까. 에너지 사용과 그로 인한 지구 온난화를 막자고 모든 문명 활동을 최소화하자는 것은 더더욱 말이 안 된다.

쌓이는 열을 배출하는 방법을 고민해야 하는 시대 https://pixabay.com/ko/

풍력이라는 것이 꼭 돌아가야 하는가? 바람에 의해 그냥 좌우로 끄덕거림을 통해서도 에너지를 얻을 수 있다! (최소한 새들의 희생은 많이 줄일 수 있다.)

태양광 패널은 반드시 넓은 자연의 발판에 설치할 필요는 없다. 지붕이나 벽에 설치되는 태양광 패널은 점점 더 많이 보이고 있다.

그리고 아직 기업 활동 규모로 구체화된 사례가 뚜렷이 눈에 띄지는 않지만, 지속가능성을 위한 기술 중에는 지구에 쌓인 열을 우주로 내보내주는 것이 있을 수 있다. 지구의 밤이 보는 우주는 영하 270도에 이르는 사실상 무한한 크기의 냉각기이기 때문이다.

적외선 파장은 공기나 수증기를 잘 통과한다. 안개 너머 물체가 사람 눈으로는 보이지 않지만, 특정 파장대의 적외선 카메라를 통해서는 보이는 것이 그 예다.

투명하다는 것은 결국 에너지 전달을 잘 하지 않는다는 것이므로 지구에 쌓인 열을 우주로 내보낼 때 공기를 그리 덥히지 않고 보낼 수 있다.

좀 공상과학 같은 얘기지만, 적외선 레이저 같은 것을 쓴다면 인공위성이나 우주선 등에 에너지 또는 추진력을 제공할 수도 있을 것이다. 지구에 쌓이는 열을 우주로 내보내면서 이를 재활용하는 방식이니 일석이조랄까.

지금은 전기자동차나 전기추진 항공기가 친환경 기술로 많은 각광을 받는 시대지만, 이들 역시 완벽한 깨끗함은 아니라는 점을 같이 고민할 시대이기도 하다. 환경, 사회, 지배구조 즉, ESG를 고민해야 하는 세상이 되었기 때문이다.

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