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지구 멸망이 20년 남았다고?

인류는 화석연료를 에너지원으로 삼아 경제활동을 하고 풍요로운 삶을 영위하게 되었지만 기후위기, 환경오염 등의 문제에 직면하게 되었다. 현재 인류가 사용하고 있는 에너지의 85%는 석유, 석탄, 천연가스와 같은 화석연료로 이는 기후위기, 미세먼지와 같은 환경 공해, 자원 고갈 등의 문제를 일으켜 인류의 생존을 위협한다. 이에 국제 사회 여러 나라들은 화석연료 중심의 에너지 시스템에서 친환경, 신재생에너지 시스템으로 전환하기 위해 분투 중이다.

“미국 하와이에는 북반구 대표 기후변화 감시소가 있습니다. 수십 년째 대기 중 이산화탄소 농도를 측정하는데 산업혁명 직후에는 280ppm이었던 것이 2021년에는 417ppm, 올해는 420ppm을 기록했어요. 연구 결과에 따르면 벌이 사라지고 식량 문제가 불거져 지구가 공멸하는 한계는 450ppm입니다. 지금과 같은 속도라면 2043년경 인류가 큰 위험에 처하게 됩니다.”

윤여일, 한치환 박사가 근무하는 한국에너지기술원에서는 기후위기 극복을 위한 2050 탄소중립 기술을 개발하고 정책 수립에 도움을 준다. 크게 화석연료를 청정하게 사용하는 기술, 미래 신재생에너지를 경제적으로 활용하는 기술, 에너지 사용량을 최소화하는 고효율 기술을 개발하고 이를 보급하는 역할을 한다. 각각의 범주에서 어떤 기술들이 개발되고 활용되고 있는지 알아보자.

이산화탄소 배출량을 줄이자

기후위기의 핵심적인 원인은 화석연료 사용으로 인한 온실가스 배출량 증가다. 인간 활동에 의해 발생하는 온실가스 중 가장 많은 양을 차지하는 것이 이산화탄소. 이산화탄소는 화력발전소, 제철소, 시멘트 생산 시설, 석유화학 공장 등 화석연료를 사용하는 플랜트에서 대량 배출된다. 그렇다면 이산화탄소가 공장 굴뚝으로 빠져나가기 전에 없애면 온실가스 배출량을 줄일 수 있지 않을까? 이것을 가능케 하는 기술이 바로 ‘이산화탄소 포집, 저장 기술(CCS:Carbon Capture and Storage)’이다.

한국은 2000년대 초반부터 본격적으로 이산화탄소 포집 기술 연구를 시작했다. 윤여일 박사도 그중 한 명이었다. 윤여일 박사팀에서 수년간 연구해 2012년 처음 세상에 선보인 것이 바로 ‘이산화탄소 포집용 액상 흡수제 및 공정 기술 KIERSOL’ 이다. 화석연료가 연소될 때 배출되는 가스를 냉각, 반응시킴으로써 이산화탄소만 분리해낼 수 있는 액상 흡수제를 개발했고, 흡수제를 재사용해 경제성을 높이고 생산 시설에 바로 적용할 수 있는 공정 설계까지 구축해냈다. 그 공로를 인정받아 2019년에는 CCS 기술 분야 최초로 녹색기술인증을 받았다.

이렇게 포집한 이산화탄소는 합성가스, 바이오디젤, 플라스틱 원료, 식품 외 약품의 원료로 활용하거나 땅에 묻어 처리한다. 아직 포집한 이산화탄소를 처리하고 활용하는 데는 경제성, 공간 등의 한계가 있지만, 이산화탄소 배출량을 줄이는 기술적 토대는 마련했다고 볼 수 있다.

신재생에너지 활용 비율을 높여라

기후위기를 극복하기 위해서는 화석연료에서 배출되는 이산화탄소 양을 줄이는 데서 나아가 에너지 생산 단계에서 이산화탄소를 발생시키지 않는 신재생에너지 시스템으로의 전환이 필요하다. 태양광 발전과 풍력 발전은 가장 대표적인 재생에너지. 풍력 발전 분야에서 가장 앞선 덴마크는 전체 에너지 중 재생에너지 비중이 67%에 이른다. 독일은 2021년 기준 전체 전력 수요의 46%를 재생에너지로 생산했으며 미국은 20% 정도를 재생에너지로 충당하고 있다.

우리나라의 태양전지 기술은 미국과 함께 세계 최고 수준이지만 우리나라의 현 재생에너지 비중은 6.6%로 매우 낮다. 국토가 넓지 않은 데다 70%가 산이기 때문에 태양전지나 풍력 발전기를 설치할 수 있는 곳이 많지 않기 때문이다. 이런 한계에도 불구하고 ‘2030 탄소중립 시나리오(2021)’에서 재생에너지 비중 30%를 목표로 삼은 만큼 재생에너지 관련 기술을 고도화하고 보급 여건을 개선하려 노력 중이다. 태양광 발전 분야에서는 건물이나 자동차에 적용할 수 있는, 얇고 가벼우면서 휘어지는 태양전지와 같은 차세대 모듈 원천기술 연구 개발이 진행 중이고 풍력 발전 분야에서는 해상풍력발전 시스템을 중심으로 연구를 수행하고 있다.

미래 청정 에너지원으로 주목받는 또 다른 축은 바로 신에너지, 수소다. 아직은 수소 제조 기술이 값싸게 대량 생산할 만큼 발달하지 못해 이용률은 낮지만 이를 해결하기 위해 한국에너지기술연구원에서도 생산기술 공정과 저장기술 등에 대한 연구를 수행하고 있다. 이외에도 신재생에너지 자원 빅데이터 플랫폼 구축, 신재생에너지 자원 지도 개발, 신재생에너지 보급 사업을 지원하기 위한 핵심기술 개발에도 매진하고 있다.

신재생에너지 산업의 미래는 매우 맑음

신재생에너지는 이산화탄소 배출량이 적을뿐만 아니라 최근 생산 단가도 지속적으로 하락하고 있어 앞으로 꾸준히 성장할 미래 유망 산업이 될 것으로 예상된다. 화석연료는 한정된 매장량으로 자원 보유국이 세계 경제를 쥐락펴락해왔지만, 신재생에너지는 과학기술에 따라 생산량과 활용도가 달라지는 만큼 우리나라처럼 천연자원이 없는 나라도 에너지 강국이 될 수 있다는 특징이 있다.

“독일은 체르노빌 원전 사고 이후 원자력 의존도를 줄이기 위해 1990년대부터 태양전지를 깔기 시작했어요. 그런데 기후위기 문제가 심각해지면서 국가 전체의 에너지 시스템을 신재생에너지로 전환하기로 했죠. 덕분에 독일은 현재 세계적으로 신재생에너지, 가상 발전소(VPP) 같은 기술에서 굉장히 앞서 있습니다.”

차세대 에너지기술 전문가를
꿈꾸는 청소년들에게

윤여일 박사와 한치환 박사 모두 청소년 시절 화학을 좋아했다고 한다. 윤여일 박사는 대학에서 화학공학을, 한치환 박사는 전기화학을 전공하면서 에너지 산업과 관련한 기술 연구를 시작했다. 그러나 미래 에너지 분야 전문가를 꿈꾸는 청소년들에게 과학기술에 대한 관심만 강조하지 않았다. 미래 에너지 산업이 필요로 하는 인재는 과학기술 분야에만 국한되어 있지 않다는 것. 기술 개발 초기 단계에서는 과학기술적 자질이 중요하지만, 기술 수준이 올라가 상용화에 근접해갈수록 경제, 경영, 안보, 외교 등의 문제를 함께 해결해야 하기 때문이다. 이 같은 이유로 윤여일 박사는 청소년들이 역사에 관심을 가지길 바랐다.

“인류의 문명 발달 과정을 공부하면 현재 세계 정세를 파악하는 데 도움이 됩니다. 기후위기 문제는 우리나라뿐만 아니라 전 세계 여러 나라들이 힘을 모아 해결해 나가야 하는데, 역사를 잘 알고 있으면 각국의 첨예한 이해관계를 파악하고 미래를 예측할 수 있거든요.”

한치환 박사는 “청소년 시기에는 다양한 분야의 독서, 경험, 놀이 등을 통해 자신이 잘하고 좋아하는 일을 찾는 것이 중요하다”라고 말하며 어떤 분야의 진로를 선택하든 각자의 자리에서 기후위기를 극복하기 위한 노력을 게을리하지 않길 당부했다.