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화석에너지를 대체할 미래에너지는 무엇일까? 인류의 미래를 책임질 신재생에너지, 그 한계와 극복방안은? 『에너지 위기, 어떻게 해결할까?』는 미래를 살아가는 청소년이 꼭 알아두어야 할 과학 이슈들을 모아 전문가가 심층적이면서도 알기 쉽게 집필한 <청소년들이 꼭 읽어야 할 과학교양> 시리즈 첫 권이다. 청소년들에게 다양한 신재생에너지의 장단점을 살펴보고 그 미래와 과제를 생각해 보게 하기 위해 기획되었다.

만일 가장 중요하고 대표적인 에너지 전기가 없다면 우리가 살고 있는 사회는 어떻게 될까? 그야말로 우리 주변의 모든 것이 멈추게 될 것이다. 교통과 통신 등 문명의 일상은 물론, 밥 짓고 씻는 것도 불가능하다. 전기용품을 사용할 수 없는 것은 물론 인터넷이 끊기면서 상황 대처를 위한 정보 공유도 불가능하다. 물론 휴대전화도 무용지물이 된다. 수돗물 공급도 끊겨 양치질과 씻는 일이 불가능하고 변기도 사용하지 못하게 될 것이다. 심지어 밥 지을 물도 없게 된다. 이렇듯 에너지는 우리 생존에 필수적인 것이다.

그런데 화석연료 사용으로 대변되어 오던 에너지가 고갈되어 가고 지구 대기오염이 심각해지면서 전 세계적으로 대체 에너지의 필요성이 점차 대두되고 중요한 문제로 떠올랐다. 따라서 우리는 미래 에너지를 책임질 신재생에너지에 대해 알고 대책을 마련해야만 한다. 『에너지 위기, 어떻게 해결할까?』는 지속가능한 에너지로 인류의 미래를 책임질 신재생에너지의 장점 및 문제점을 파악함으로써 장점을 극대화하고 단점을 최소화하여 미래의 대체에너지로서 현재 에너지 문제를 극복할 수 있는 대안을 모색한다. 또한 미래를 살아가야 하는 청소년들에게 신재생에너지의 특징을 파악하여 미래 에너지 시대를 준비할 수 있도록 정보를 제공한다.

청소년이 꼭 읽어야 할 과학교양 시리즈 첫 권!

미래를 살아가는 청소년이 꼭 알아두어야 할 과학 이슈들을 모아 각 분야 전문가들이 심층적이면서도 알기 쉽게 집필한 <청소년이 읽어야 할 과학교양> 시리즈는 대체 에너지, 전염병, 과학수사, 환경호르몬, 지구온난화 등 미래를 살아갈 청소년이 진지하게 생각해 볼 만한 문제들을 화두로 던지고 전문 집필진이 체계적으로 설명해 준다.
사진과 일러스트, 그래픽 자료들이 내용의 이해를 도우며 보다 시각적인 독서를 도와준다. 또한 책 중간중간에 깊이 생각해 보고 탐구할 문제들을 제시해 청소년들이 다시 한 번 생각을 정리하고 서로 토론하거나 발표해 볼 수 있게 하였으며 책 말미에는 어려운 용어들을 쉽게 풀이해 정리해 놓았다.

지구 온난화 불러일으킨 화석연료, 대체에너지 필요

지난 세기 말부터 지구온난화 문제가 심각하게 거론되기 시작하였다. 북극의 빙하가 녹아 해수면이 높아지고, 머지않아 많은 섬들이 물에 잠길 것을 걱정하고 있다. 세계는 기후변화협약을 통해 온난화를 늦추기 위해 노력하고 있지만, 그것만으로는 불충분하다. 지구의 위기를 거론하는 것이 결코 먼 훗날의 얘기만은 아니다.
이 모든 것이 지나친 화석연료의 사용으로 대기 중에 포함된 이산화탄소 농도를 증가시킨 탓으로 보인다. 화석연료 사용을 억제하고 이를 대신할 수 있는 에너지원을 개발하여야 한다. 막대한 에너지를 대체할 후보로 신재생에너지가 유력하지만, 아직 기대에 못 미치고 있는 실정이라 새로운 대체에너지를 찾기 위해 온 세계가 노력하고 있다.

신성장동력으로 떠오르고 있는 신재생에너지!

태양과 바람, 조류 등 자연 자원으로부터 생성되는 에너지를 통칭하는 신재생에너지가 이처럼 관심을 끄는 이유는 공해물질을 배출하지 않는 청정에너지일 뿐만 아니라 안전하다는 점 때문이다. 신재생에너지는 모든 에너지원 가운데 수요가 가장 빠르게 늘어나고 있을 만큼 급성장하고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 의하면 신재생에너지를 이용한 전력 생산은 전 세계적으로 풍력이 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 그다음으로는 지열, 태양에너지, 조력 등의 순이다.
신재생에너지의 장점은 매장량이 한정적인 화석연료에 비해 기본적인 에너지 원천이 영구적이라는 점이다. 일례로 한 시간 동안 지구에 쏟아 붓는 태양에너지의 양은 지구 전체 일 년 전력 사용량과 맞먹는다고 한다. 또한 신재생에너지는 화석연료를 대체하면서 이산화탄소 배출을 줄이는 등 부가적인 효과들도 자연스럽게 창출한다.

신재생에너지의 한계와 극복

아직까지 대부분의 국가에서 신재생에너지 비중은 높지 않다. 또 기술 발전이 획기적으로 이뤄져 지금보다 에너지 효율이 2~3배 높게 나온다고 해도 화석에너지와 원자력에너지를 대체하기에는 에너지 생산 규모가 제한적이라는 점이 걸림돌이다. 신재생에너지가 대안이 되기 위해서는 그만큼 극복해야 할 난제가 많다.
하지만 분명한 것은 신재생에너지가 고갈되어 가는 석유자원과 방사성폐기물 등 해결하기 어려운 기존 에너지의 사용을 줄이고 환경재앙의 가능성을 근본적으로 줄이면서 자연환경과 인류가 공존하는 지속가능한 발전이라는 목표에 다가갈 수 있다는 점이다.
이 책에서는 지속가능한 에너지로 신재생에너지가 내포하고 있는 문제점들을 파악함으로써 장점을 극대화하고 단점을 최소화하여 미래의 대체에너지로서 현재 에너지 문제를 극복할 수 있는지 검토한다. 또한 미래를 살아가야 하는 청소년들에게 신재생에너지의 문제점을 파악하여 미래 에너지 시대를 준비할 수 있도록 정보를 제공한다.

Chapter 01 지속가능한 에너지
1 대체에너지 개발은 왜 필요한가?
2 신재생에너지란?
3 기후변화협약

Chapter 02 재생에너지
1 태양에너지
2 바이오에너지
3 풍력에너지
4 수력에너지
5 해양에너지
6 폐기물에너지
7 지열에너지

Chapter 03 신에너지
1 수소에너지
2 연료전지
3 석탄 및 중질잔사유 가스화·액화

Chapter 04 원자력에너지
1 원자력발전
2 원자핵이란?
3 핵분열의 원리
4 원자력발전의 장단점
5 원자력발전의 안전성
6 방사성쓰레기는 위험할까?

Chapter 05 핵융합에너지
1 핵융합에너지의 원리
2 지구에서 핵융합 반응이 가능할까?
3 플라즈마를 어떻게 가둘 수 있을까?
4 핵융합 연구 어디까지 왔나?
5 국제 열핵융합 실험로(ITER)
6 우리나라 핵융합 기술 수준은?
7 앞으로의 과제

용어 해설 / 깊이 생각하고 탐구해 봐요 도움글 / 참고 문헌

화력발전을 줄이고 원자력발전을 현 수준으로 유지한다면 부족한 에너지원을 대체할 새로운 에너지원이 필요해진다. 정부는 신재생에너지가 이 역할을 대신할 것으로 예측하고 있으며, 2030년까지 국내 총 에너지 생산의 11%로 확대할 계획을 세웠다. 현재 폐기물에너지를 포함하여 4%에도 못 미치는 신재생에너지를 늘리기 위해 정책적으로 신재생에너지 개발 전략을 구체화하고, 연구개발 투자를 확대하고 있다.
지속가능한 발전은 지속가능한 에너지 체제를 기반으로 한다. ‘지속가능한 에너지’ 체제는 화석연료와 원자력 중심으로 되어 있던 현재의 에너지 공급 전략을 신재생에너지의 사용 확대, 에너지 효율성 향상, 에너지 절약을 주로 하는 지속가능한 에너지 체제로 전환하는 것을 의미하며, 이에 따른 새로운 에너지 정책을 세우고자 하는 것이다.
신재생에너지를 정의하는 것은 공통된 기준이 있는 것이 아니라 각 나라별로 부존자원, 산업 발전의 형태 등 여러 가지 환경과 사정에 따라 약간씩 다르다. 하지만 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로서 태양에너지, 풍력·수력·해양에너지, 지열에너지, 생물자원을 변환시켜 이용하는 바이오에너지, 폐기물에너지 등이 포함된다. 태양에너지는 이용 방법에 따라 태양광과 태양열로 구분되며 세부적으로 8개 분야로 나뉘어 있다.
- Chapter 01 지속가능한 에너지 중에서

태양광발전의 장점은 공해가 없고 필요한 장소에 필요한 만큼만 발전할 수 있으며, 무한정·무공해의 태양에너지를 이용하므로 연료비가 들지 않고, 대기오염이나 폐기물 발생이 없다는 점이다. 또한 기계적인 진동과 소음이 없고, 수명이 20년 이상으로 길며, 유지보수도 용이한 편이다. 하지만 전력 생산량이 지역별 일사량에 의존한다는 점과 큰 설치 면적을 필요로 하는 점, 초기 투자비 및 발전단가가 높은 점 등이 한계로 지적된다.
풍력발전은 태양광과 함께 재생에너지 중 가장 많은 에너지를 공급하는 에너지원으로서 각광받고 있다. 일부 유럽 국가에서는 전체 공급 에너지 중 풍력이 차지하는 비율이 20%를 넘어서는 곳도 있을 정도이다. 중국은 전 세계적으로 가장 큰 풍력발전 시장으로 부상하고 있으며, 급증하는 에너지 수요를 충당하기 위해 원자력과 함께 중국 에너지 공급의 주축을 이룰 것으로 기대되고 있다.
우리나라에서도 신재생에너지 의무할당제로 인해 수력개발의 필요성이 부각되어 농업용 저수지, 하수처리장, 수도관로, 하수종말처리장, 화력발전소의 냉각수 등을 이용한 소수력발전 개발과 활용도 높은 수차들이 활발하게 개발되고 있다. 초기에는 물의 위치에너지와 유량만을 이용한 소수력발전이 대부분이었으나, 물의 유속까지 고려한 저낙차 초소형 수차가 개발되면서 하수처리장이나 양어장처럼 개발 조건에 맞지 않아 부적합하다고 생각되었던 곳에서도 소수력발전이 가능하게 되었다. 그러나 결국 경제성이 문제되므로 미래에는 국내 부존자원을 최대한 활용할 수 있는 소수력발전 기술, 수차발전기의 국산화 및 표준화, 소수력발전 분야 원천기술 등의 확보가 필수적이라고 할 수 있다.
-Chapter 02 재생에너지 중에서

수소는 단지 에너지원으로서의 활용뿐만 아니라 재생에너지를 변환시켜 쉽게 저장할 수 있는 에너지 운반체(energy carrier)로서의 역할로도 그 중요성이 커질 것으로 전망된다. 수소에너지 이용과 관련하여 각국은 세계 시장을 선점하기 위해 경쟁적으로 독자적 기술개발에 막대한 투자를 하고 있다. 그러나 대부분의 핵심기술은 유사한 원리에 기반하고 있기 때문에 수소의 생산, 저장 등 주로 산업적 이용 측면의 기술을 중심으로 경쟁이 이루어지고 있다.
-Chapter 03 신에너지 중에서

원자력발전의 가장 큰 장점은 역시 경제성이다. 소량의 연료에서 많은 에너지를 만들 수 있기 때문에, 어느 에너지원보다 싼 값에 전기를 생산할 수 있다. 화력발전 대비 초기 건설에 투자되는 비용은 훨씬 크지만, 운전할 때 소모되는 연료비 비중이 매우 낮아서 전체적으로는 원자력발전의 경제성이 큰 것으로 평가된다.
그러나 원자력발전에 대한 국민들의 시각은 부정적이다. 가장 큰 이유는 과거에 발생했던 몇 건의 큰 사고로 인해 원자력발전이 안전하지 않다는 의구심이다. 2011년 일본 후쿠시마 원자력발전소에서 발생한 사고는 이런 의구심에 더욱 불을 지폈으며, 한 번의 대형사고가 극심한 환경과 인명 피해를 일으킬 수 있다는 불안감으로 인해 안전성 확보 없이 원자력발전을 계속하면 안 된다는 견해가 강해지고 있다.
-Chapter 04 원자력에너지 중에서

인류가 추구하는 꿈의 에너지는 없을까? 지구온난화의 주범인 이산화탄소 등 온실가스도 배출하지 않고, 원자력처럼 방사성물질도 나오지 않으면서 자원이 고갈되는 것을 염려하지 않아도 되는 궁극적인 에너지는 없을까? 인류는