기획·칼럼

저탄소 및 재생 에너지로의 전환 과정은 얼마나 진행되고 있을까?

[지구를 지켜라] 석탄, 가스 등 에너지에서 저탄소 및 지속가능한 재생 에너지로의 전환

2022년 11월, 사이언스타임즈에서는 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP27) 개최에 따라 ‘기후변화’에 대한 기획 시리즈를 연재한다. 인류의 미래를 위한 ‘지구를 지켜라’ 시리즈를 통해 독자들이 기후변화에 대한 궁금증 해소와 경각심을 갖길 바란다.

2050년까지 탄소 배출량이 순 제로에 도달해야 한다

2015년 파리협정에 따르면 전 세계 거의 모든 국가가 이번 세기말까지 지구 온난화로 인한 지구 평균 상승 온도를 1.5도로 제한하겠다고 약속했다. 7년 후 각 국가 정상 및 기후 대사들은 이집트에 모여서 COP27에 참석하며 이에 대한 효율적인 대책을 마련하기 시작했다. 1.5도라는 약속을 지키려면 인류가 매년 대기 중으로 내보내는 온실가스의 비율을 급격히 줄여야 한다.

최근 국제 에너지 기구(International Energy Agency)에 따르면 화석 연료가 10년 안에 정점에 이른다고 한다. ‘1.5도’의 협약을 성공적으로 완성 시키려면 선진국 등에서는 이산화탄소로 대표되는 온실가스 및 탄소 배출의 양이 2035년 정도까지는 순 제로에 도달해야 하며 나머지 국가들에서도 최소 2040년까지는 순 제로에 도달해야 가능해질 전망이다.

2019년 기준 전 세계의 탄소 배출량 비교, 중국이 1/3을 차지하고 있다. © DNV Energy Transition Outlook 2022

 

저탄소 에너지 vs. 재생 에너지

대부분의 전기(약 60%)는 가장 처리가 어려운 에너지원인 석탄(coal)이나 천연가스등으로 대표되는 화석 연료(fossil fuel)를 통해 생산된다. 이러한 연료를 태울 시 상당량의 온실가스가 방출되며 이를 통해서 불볕더위 등 기후 변화로 이어진다. 반면, 전 세계 전기의 40% 미만이 태양광, 풍력, 원자력 그리고 수력 발전과 같은 저탄소 공급원에서 생산된다.

저탄소 에너지는 말 그대로 연료를 태우거나 소비할 때 탄소 배출량이 적게 나오는 에너지인 풍력, 원자력, 태양광, 수력 발전 등을 말한다. 1.5도 협약을 성공적으로 지키기 위해서는 저탄소 에너지로의 변환이 절대적으로 필요하다. 반면 수력 발전소의 경우 저탄소 에너지원인지 의견이 분분하다. 수력발전소가 안정적으로 운영되면 상대적으로 적은 양의 탄소량의 배출이 가능하지만, 댐의 건설을 위해서는 저탄소 배출을 도와주는 산림의 파괴로 인한 막대한 환경 파괴가 불가피하며 초기 수력 발전소 댐을 운영할 때 많은 양의 메탄이 발생하기 때문이다.

재생 에너지는 우리가 에너지를 소비하더라도 다시 재생되는 태양광, 풍력, 수력, 생물 유기체 에너지 등을 변환시켜 이용하는 에너지를 뜻한다. 태양광 에너지는 우리 태양계의 에너지 공급 원천인 태양으로부터 받는 에너지이다. 지역마다 다르지만 매해 거의 일정량이 도달하고 있으며 비 오거나 구름이 동반되지 않는 이상 낮 시간에 정상적으로 그리고 꾸준히 지구에 공급되는 에너지이다.

풍력 에너지는 바람이 가진 운동에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전시스템을 뜻하며 육상과 해상 풍력 에너지로 나뉜다. 풍력 에너지는 지구의 대류 현상을 이용하여 3~4m/s 이상의 바람만 불어온다면 다른 연료의 소비 없이 발전이 가능(최소 전력이 불필요)하여 원활한 전력 공급이 가능하다. 또한, 다른 발전 방식과 다르게 폐기물이 적고 설치 비용이 저렴하다는 장점이 있으며 탄소 배출이 매우 적어서 유럽이나 미국에서는 지구 온난화의 해결책으로 주목받고 있다.

하지만 태양광이나 풍력 발전소는 상시 이용이 불가능하다는 단점이 있다. 특히나 태양 에너지는 계절, 지역, 시간에 따라 매우 달라지며, 매년 적절한 수준의 바람이 보장되는 곳도 생각만큼 많지 않으므로 풍력 발전소의 적당한 장소를 찾기 힘들다. 또한, 다시 사용할 수 있는 재생 에너지라고 해서 탄소가 배출되지 않는 것은 아니다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC)가 2018년 내놓은 보고서에 따르면 오히려 어떤 재생 에너지들은 탄소 배출 비율이 원자력보다 많다. 1킬로와트시(kWh) 전력당 탄소 배출량은 태양광 27g, 해양 풍력 24g, 육상 풍력 11g인 반면, 원자력의 경우 14g을 배출한다.

 

전 세계의 핫 이슈 – 원자력 발전

전문가들은 원전의 탄소 배출량이 매우 적기 때문에 탄소 중립이나 저탄소 배출의 목적을 위해서 원자력에너지 비중을 줄이거나 늘리는 것은 크게 관련성이 없다는 의견을 내놓고 있다. 올해 초 2월 유럽연합(EU) 집행위원회에서도 ‘그린 택소노미’ 최종안을 발표했는데, 원자력 발전을 친환경 에너지로 인정하며 재생 에너지로의 전환을 앞당기기 위해서 원자력의 중요성을 강조한 바 있다. 미국 역시 에너지 시장 흐름 등으로 인해서 조기 폐쇄되고 있는 원전의 폐쇄 취소를 추진하며 최소 10년 이상 운영 지원을 약속했다. 바이든 미국 대통령 역시 기후 목표 달성을 위해서 원자력 발전소는 필수적이라고 강조하며 재생 에너지로의 완전 추진을 위해서 원자력 발전소가 반드시 필요함을 명시했다.

풍력이나 태양광 등은 건설 비용이나 유지 비용이 크기 때문에 자본이 있는 국가가 아닌 이상 추진하기 힘든 재생 에너지라는 단점이 있다. 물론 탄소 배출뿐 아니라 에너지 효율 측면에서도 원자력은 매우 유리한 고지를 점령하고 있다. 예를 들어서 날씨가 흐리지만 바람이 거의 없는 날은 재생 에너지의 저장 자체가 불가능하기 때문이다. 위 경우 탄소중립을 구현하기 위해서 원자력에너지가 효율적이라는 미국 카네기 과학연구소의 최근 연구 결과(Duan et al. 2022, Nature)가 발표되었는데, 이들은 미국, 호주, 브라질, 그리고 한국 등 42개국의 에너지 자원을 분석하고 탄소 배출량에 따른 에너지 최적 비용과 전력 생산량을 계산하였다.

그 결과 호주나 미국과 같이 풍력발전에 유리한 국가는 원자력의 도움 필요 없이도 최적 비용으로 탄소 중립을 이룰 수 있는 반면, 브라질이나 한국과 같이 재생 에너지의 저장이 불리해 풍력발전에 불리한 조건을 갖춘 국가들은 원자력의 역할이 필요하다는 결론이 도출되었다. 이는 무조건 재생 에너지로의 변환을 추구할 것이 아니라 보다 상황에 맞추어서 효율적인 방법을 강구해야 한다는 것을 암시해주는 결과이다.

하지만 세계 최고의 원전 기술을 보유하고 있는 우리 나라에도 원자력 발전소의 성공적인 운영은 결코 쉬운 일이 아니다. 사고 저항성 핵연료의 상용화가 준비되어야 하며 사용 후 핵연료인 고준위 방사성 폐기물의 안전한 처분 계획도 반드시 확보되어야 한다. 위 조건이 확보되지 않는다면 원자력을 운영하는 의미가 없어지며 오히려 지구를 파괴하는 주범이 될 수 있음을 기억해야 한다.

 

재생 에너지의 비율이 급격히 증가하고 있다

먼저 전세계의 총 전력 수요는 지난 30년간 거의 세 배나 증가했다.

전세계의 총 전력 수요 변화와 미래 예측, 단위 [PWh/yr] © IEA WEB 2022, Global data 2022, DNV Energy Transition Outlook 2022

중국이나 인도 등으로 대표되는 강대국형 개발도상국들은 수십 년 사이에 생활 수준이 급격히 상승하고 있으며 국가에서는 시골 마을과 거대한 거대 도시들을 전력망으로 연결하며 더 많은 사람이 연료를 때우기 시작했기 때문이다. 이들은 주로 석탄을 사용하기 때문에 석탄의 사용량도 지난 30년간 거의 두 배로 증가했다. 반면, 미국이나 유럽 일부 등 일찍부터 부를 유지하고 있던 나라에서는 주요 전기 공급원을 석탄에서 천연가스로 바꾸기 시작했으므로 가스의 사용량도 지난 30년간 두 배 이상 증가했다.

다행인점은 재생 에너지의 비율이 지난 10년 동안 급격히 증가했다는 점이다. 태양광, 풍력 및 수력 발전과 같은 재생 가능한 에너지원은 현재 세계 전력의 약 4분의 1을 이상을 차지하고 있으며 2050년경엔 대략 90%가량 차지할 예정이다. 가장 탄소량이 적은 에너지원 중 하나인 원자력은 과거와 비교해서 현재 비슷한 수준을 보이고 있으며 2050년에도 비슷한 수준을 유지할 전망이다. 화석연료나 가스의 사용량은 과거와 비교 시 2020년 현재 큰 증가를 보이지만, 2050년경에는 30년 전 수준과 비슷한 수준을 유지할 것으로 기대된다.

전세계의 비화석 에너지 공급량 분석 및 예측, 단위 [EJ/yr] © IEA WEB 2022, DNV Energy Transition Outlook 2022

재생 가능한 에너지의 사용은 미래에도 계속 증가될 전망

재생 가능한 에너지의 사용은 미래에도 계속 증가할 예정이다. 다행인 점은 현재는 다소 비싼 태양광 패널에 많은 제조업체가 뛰어들고 있으며 기술이 향상되고 있어서 더욱 저렴한 제작이 가능할 것으로 예측된다는 점이다. 풍력 발전을 위해서 필요한 터빈 역시 시간이 지날수록 저렴해지고 있다.

태양광 발전소나 풍력 발전소를 돌리는 비용(에너지 저장 비용 제외)은 화석 연료를 태우는 비용과 경쟁할 수 있을 정도로 저렴해진 상태이다. © IPCC AR6 2022, IRENA 2022, DW

또한, 태양광 발전소나 풍력 발전소를 돌리는 비용(에너지 저장 비용 제외)은 화석 연료를 태우는 비용과 경쟁할 수 있을 정도로 저렴해진 상태이다.

 

안정적인 자금확보도 큰 문제

대부분 부유한 국가의 에너지 장관들(한국의 경우 산업통상자원부 장관)이 참여하고 있는 프랑스 파리 기반 국제기구 국제 에너지 기구에 따르면 2022년 기준으로 청정에너지에 대한 지출은 1조 4,000억 달러(약 2,000조 원)에 이를 것으로 예상된다고 한다. 하지만 부유한 국가들이나 중국에서는 새로운 기반 시설에 대한 자금 조달 비용이 저렴한 편이며 중간 소득 국가들은 위 부채 상환에 쉽지 않은 상황이며 무려 6억 명의 사람들이 전기에 접근할 수 없는 사하라 사막 이남의 아프리카에서는 재정 확보 자체가 매우 어려운 수준이다. 이에 따라서 선진국들에서는 배출량을 줄이며 아프리카 등 어려운 국가들에 재정지원을 약속했다.

문제는 재정 지원받을 나라들의 기준이 일정하지 않다는 점이다. 아프리카 등 재정이 실제로 어려운 국가들도 있지만, 중국이나 인도처럼 강대국이지만 개발도상국으로 분류되는 나라도 있기 때문이다.

 

‘지구를 지켜라’ 시리즈 안내

1. 기후변화는 ‘인간’이 유발하는 것일까?
2. 2021 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP26)에서 다뤄진 내용들은?
3. [중간 점검] COP26에서 합의된 사항들은 잘 지켜지고 있을까?
4. 2022 유엔 기후변화협약 당사국총회(COP27)에서 다뤄질 내용들은?
5. 저탄소 및 재생 에너지로의 전환 과정은 얼마나 진행되고 있을까?
6. 아프리카는 화석 연료 식민주의의 시대를 넘어서야 한다

7. 2022 유엔 기후변화협약당사국총회(COP27)에서 합의된 사항들
8. 기후변화, 앞으로 나아갈 방향은?

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전체 댓글 (2)

  • 이창우 2022년 November 20일12:17 am

    태양광과 태양열은 다른데 혼동이 있는 것 같군요. 그래프에 전부 태양열로 표시되어 있는데 태양광이 맞을 것 같습니다.

    • 김민재 2022년 November 20일9:05 am

      안녕하세요 이창우님, 사이언스타임즈 김민재입니다. 말씀대로 이용하는 에너지/발전 방식이 다른데 제가 작성하던 중 착오를 일으켰습니다. 대단히 죄송하다는 말씀드리며 곧 수정하겠습니다. 관심과 댓글 진심으로 감사드립니다. 더불어서 곧 COP27이 끝나고 (이틀째 연장 중) 정리 기사가 업로드 될 예정입니다. 많은 관심 부탁드립니다. 감사합니다!

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