신재생 에너지 ‘태양광’ 개발이 필요한 이유는?

지구에 사는 꽃 중에 그 수가 매일 두 배씩 늘어나는 꽃이 있다고 생각해봅니다.
오늘의 한 송이가 내일 두 송이, 모레 네 송이, 글피 여덟 송이, 그리고 다음 날은 열여섯 송이 식으로 불어나겠죠.

그리고 그 꽃이 자랄 수 있는 대만의 넓이와 비슷한 연못이 있다고 해볼까요. 그 연못의 반이 꽃으로 가득 차는데 364일이 걸린다면, 나머지 절반이 꽃으로 가득 차는 데에는 단 하루면 됩니다. 즉, 365일 째가 되면 연못은 온통 꽃으로 가득찰테죠. 그렇다면 그 다음 날 꽃들이 정상 적으로 자라기 위해서는 원래 크기의 연못이 더 있어야 할 것입니다.

결국 기하급수적으로 늘어나는 꽃의 속도만큼 연못의 수가 늘어날 수는 없고, 성장은 반드시 한계에 부딪히게 마련입니다.

그런데, 현재 지구가 364일째를 맞이한 연못이라면 …?

위 이야기는 지구환경에 대한 위기의식을 일깨우기 위해, 로마클럽이 1972년에 발간한 「성장의 한계」라는 보고서의 ‘우물속의 꽃’이라는 에피소드입니다. 이 이야기를 통해서 기하급수적으로 성장하는 산업에 비해 자원을 제공하는 자연 환경은 유한하다는 것을 지적하여 환경이 파괴되고 나면 경제성장은 전혀 의미가 없음을 비유적으로 설명 하였죠. (참조 : 기후변화협약과 우리의 대응, 2005년, 산업자원부/에너지관리공단)

더 나은 세상 만들어준 '화석연료', 애물단지가 된 이유는?

인류의 화석 연료 발견과 그를 이용한 산업 개발은 우리 삶을 윤택하게 해줄 뿐만 아니라 보다 낳은 세상을 만드는 초석이 되었습니다. 더욱이 원유를 포함한 화석 연료는 지난 몇 년과 동안 인도, 중국, 중동, 동남 아시아 지역의 여러 나라에 급격한 경제 성장을 이루는 발판이 되기도 했죠.

이러한 화석 연료는 우리 사회를 더욱 더 윤택하게 만들어 줄 수 있지만 다음과 같은 두 가지 문제로 인하여 화석 연료를 대체할 수 있는 대체에너지의 개발이 필요한 시점입니다.

첫째는 석유는 더 이상 값싼 에너지원이 될 수 없습니다. 2003년~2004년 배럴당 30 불 정도였던 원유가가 2006~2007년에는 배럴당 60불 수준, 요즘 100불 초반으로 원유가격이 해마다 무서운 속도로 증가하고 있고, 또한, 그 가격의 변동의 폭이 크고, 예측 또한 쉽지 않아서, 기업이나 국가의 경제를 설계하고, 정책을 수립하는데 많은 어려움이 있습니다.  또한, 매장량의 한계로 인하여 석유 생산이 지속적으로 감소한다면 배럴당 150불 수준도 가까운 장래에 현실화 될 수 있죠.

둘째는 유가 상승의 문제와 함께, 화석연료는 연소할 때 이산화탄소, 아황산가스, 질소산화물 등등 같은 대기오염 물질을 배출하여 지구 환경을 오염시킬 수 있습니다. 특히 이산화탄소는 대기 중에 축적될 경우 온실효과에 의한 지구 온난화를 초래하여 평균 온도 상승, 해수면의 상승 등 자연 재앙을 야기하여 인류 미래에 심각한 문제를 일으킬 수 있습니다.

이산화탄소를 제어하는 방법은 크게 두 가지로 (1) 자연 식물을 이용하는 방법과 (2) 화석 연료 자체의 사용을 줄여서 이산화탄소 배출량을 감소시키는 방법이 있습니다. 식물의 광합성 작용을 이용한 이산화탄소를 제어할 수 있는 방법은 가장 이상적이고 친환경적인 방법이지만 현재수준의 방대한 이산화탄소 배출량을 조절하기는 어렵죠.  따라서 화석연료 사용을 줄여서 이산화탄소 배출량을 감소시켜야 하며, 태양에너지, 풍력, 수력과 같은 재생 가능한 에너지원으로 대체하는 노력을 기울여야 합니다.

우리나라는 경우, 신재생 에너지의 중요성을 인식해 21세기 대한민국을 이끌어갈 차세대 국가발전을 위한 10대 성장동력산업으로 선정되어 있는데요. 이것은 우리나라가 에너지 해외의존도를 낮춰 에너지 안보를 확보할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있습니다.

‘태양’ 활용한 효율적인 대체에너지 개발 시급

나노기술의 선구자로 지난 1996년 노벨화학상을 수상한 리차드 스몰리 교수는 미래에 인류가 직면하게 되는 10가지 문제 중, 첫 번째로 에너지, 네 번째로 환경 문제가 크게 부각되리라고 예측을 하였습니다. 또한, 현재 우리가 사용하는 에너지의 대부분은 석유와 석탄 그리고 천연가스 등에 의존하고 있지만 2050년에는 약 30에서 60 테라와트 규모의 에너지 중 절반 이상이 태양광, 풍력, 지열 등과 같은 신재생 에너지로 대체될 것이라고 예측하였죠.

따라서, 인류가 해결해야 하는 가장 큰 문제인 에너지 문제를 심각하게 받아들이고 다가올 미래의 수십 테라와트 규모의 에너지를 공급할 수 있는 방법으로서 태양전지와 같은 효율적인 대체에너지 기술개발이 절실히 필요한 상황입니다.

다행스럽게도, 그동안 대한민국 경제를 이끌었던 대기업들이 태양광 산업을 차세대 성장 동력사업으로 선정하고 과감한 투자와 개발을 통해 미래의 먹거리 창출을 위해 노력하고 있습니다. 특히 태양광 분야에서 선두를 달리고 있는 한화의 경우에는 수직계열화 완성에 따라 국내 태양광 산업 발전에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 기대되고 있죠.

태양광 산업은 세계 최고 기술력을 이미 확보하고 있는 반도체, LCD 등의 기술과 인프라를 이용할 수 있으므로, 차별화 된 기술개발을 위한 시간과 비용의 절감이 가능합니다. 따라서 새로운 시장 창출과 세계 시장 선점이 가능하리라고 기대할 수 있습니다.


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고민재 ㅣ KIST 태양전지연구센터 선임연구원 현재 한국과학기술연구원(KIST) 태양전지연구센터 선임연구원으로 활동하고 있습니다. 태양광 및 신생에너지와 관련된 자세한 문의는 mjko@kist.re.kr로 해주세요.