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‘탄소 제로=에너지 제로?’
에너지 절벽에서 바라본 우리들의 ‘불편한 미래’

『에너지의 불편한 미래 - 문명의 혈관 전기』는 객관적인 지표를 통해 현재의 ‘재생 에너지’ 생산이 가진 문제점을 조명하는 에너지 과학 전문 서적이다. 에너지 경제 전문가인 라스 쉐르니카우와 지구 환경 및 기후 전문가인 윌리엄 헤이든 스미스는 우선 ‘그린’ 에너지와 ‘재생’ 에너지라는 표현이 숨기고 있는 불편한 이면에 주목하고, 나아가 화석 연료 에너지와 ‘재생’ 에너지의 생산량 차이에서부터 실질적인 비용의 차이에 이르기까지 그 효율성을 비교하여 현대 ‘에너지 위기’의 초석을 마련한 것이 ‘전면적인 화석 연료로부터의 탈피’라는 사실을 짚어낸다. 『에너지의 불편한 미래 - 문명의 혈관 전기』는 이렇듯 우리가 간과하고 있었던 ‘재생’ 에너지 전환 프로젝트의 문제점들을 차례로 시사하고 있으며, 이를 통해 우리는 현재의 인구 상승률과 이로 인한 에너지 수요 증가를 ‘재생’ 에너지만으로 충당하겠다는 것이 얼마나 ‘위험한 도전’인가를 재고해볼 수 있다.

지구 온난화가 전 세계적인 문제로 대두되면서부터, ‘이산화탄소 배출로부터의 탈피’는 전 인류적 과제가 되었다. ‘탄소 중립’은 현재 대부분의 선진국이 내세우고 있는 주요 정책 중 하나이며, 이를 증명하듯 2019년 설립된 ‘2050 탄소 중립 목표 기후동맹’에는 121개국이 가입했다. 한국 정부 역시 2020년 ‘2050 탄소 중립을 위한 추진 전략’을 발표(2020년)하는 등 적극적으로 ‘탄소 제로’에 동참하겠다는 입장이다. 이러한 탄소 중립 프로젝트의 주요 사업 중 하나가 바로 ‘화석 연료로부터의 탈피’이다. 탄소 배출량이 많을 뿐만 아니라 채집 한계 또한 명백한 화석 연료 대신, ‘무한’히 공급되는 ‘친환경 재생 에너지’를 주 에너지원으로 삼자는 것이다. 한국의 경우, 현대차그룹이 2045년까지 ‘전면적인 재생 에너지로의 전환’을 달성하겠다는 계획을 마련했고 삼성전자 역시 ‘신환경 경영 전략’을 내세우며 사업장에서 자체 태양광 발전 시스템을 설치하는 등 에너지원 전환에 적극적으로 투자하고 있다. 2022년 우크라이나를 침공한 러시아의 천연가스 수입 및 수출 중단 등으로 ‘에너지 위기’에 직면했던 유럽의 경우, ‘에너지 안보’ 차원에서라도 화석 연료 의존 비율을 대폭 줄이고 ‘재생 에너지’ 확보를 통해 새 활로를 찾겠다는 방침이다.

‘탄소 제로=에너지 제로?’
에너지 절벽에서 바라본 우리들의 ‘불편한 미래’

2022년 판교 데이터센터 화재로 인한 ‘카카오톡’ 마비 현상은 며칠 간이나 국민 다수의 입에 오르내릴 정도로 다방면적 불편을 초래했다. 그보다 몇 년 앞선 2018년 KT 아현지사 화재로 인한 KT망 통신 장애 현상 역시 지역 일대 수많은 회사들을 ‘일시 정지’시킬 정도의 대규모 혼란을 야기했다. 이러한 ‘일시적인 통신 마비’ 현상들은 언제나 ‘만약, 전국의 통신망이 한순간에 정지된다면?’이라는 가정을 견인했다. 통화나 메일 같은 연락 수단은 고사하고, 각종 가게 및 기업, 심지어 응급 환자들이 가득할 병원의 전산망까지 동시다발적 에러를 일으킨다면 그야말로 세상은 ‘아비규환’이 될 것이다. 이 가정의 범위를 조금만 더 확대시켜 보면 어떨까? 가령, ‘전 세계의 전력 공급 시스템이 한순간에 중지된다면?’ 그것이 바로 에너지 공급이 수요를 충당할 수 없게 된다면 일어날 최악의 사태다. 그리고 지금, ‘신재생 에너지’로의 전환을 꿈꾸는 세계는 ‘에너지 고갈’의 위기 앞에 놓여 있다.

그렇다면 ‘재생’ 에너지 전환 프로젝트와 ‘에너지 고갈’은 어떤 부분에서 연결되는가? 『에너지의 불편한 미래 - 문명의 혈관 전기』는 바로 이 연결 고리를 포착하고, 현재 ‘탈탄소’를 향해 전진해 나가는 우리의 항로 앞에 있을 ‘에너지 절벽’으로부터 벗어날 방법을 고민하는 논의를 담고 있는 책이다. 이 책의 공저자인 라스 쉐르니카우와 윌리엄 헤이든 스미스에 의하면, 현재의 ‘재생’ 에너지 발전 기술 및 설비 수준은 70억을 돌파한 인류의 에너지 수요를 감당하기에는 턱없이 모자라다. 실제로 2022년 한국 전체 전력 생산 중 태양광 및 풍력 등의 ‘재생’ 에너지가 차지하는 비중은 8.5%에 불과했고, 이를 혁신적으로 증량시키기 위해서는 전문 설비의 대폭적인 확대가 불가피하다. 중국의 뒤를 이어 항상 세계 에너지 소비국 상위 순위를 차지하고 있으며 명실상부 ‘세계의 중심축’인 미국조차 에너지 공급난으로 인한 ‘대규모 정전’을 대비하지 않으면 안 되는 현실이다.

‘무한히’ 제공되는 ‘공짜’ 태양열 에너지?
고高비용 저低효율의 ‘비-친환경’ 에너지?

『에너지의 불편한 미래 - 문명의 혈관 전기』는 객관적인 지표를 통해 현재의 ‘재생 에너지’ 생산이 가진 문제점을 조명하는 에너지 과학 전문 서적이다. 그들은 우선 ‘그린’ 에너지와 ‘재생’ 에너지라는 표현이 숨기고 있는 불편한 이면에 주목하고, 나아가 화석 연료 에너지와 ‘재생’ 에너지의 생산량 차이에서부터 실질적인 비용의 차이에 이르기까지 그 효율성을 재고하여 현대 ‘에너지 위기’의 초석을 마련한 것이 ‘전면적인 화석 연료로부터의 탈피’라는 사실을 짚어낸다. 또한 그들은 ‘무한히’ 제공되는 것처럼 보이는 태양, 바람, 물조차도 ‘한시적이고 특정한 조건’하에서만 에너지를 공급해 줄 뿐임을 지적한다. 이들의 분석을 종합하면, 우리는 전 세계의 일사량이 동일하지 않으며 모든 국가가 충분한 면적의 바다나 강을 이용할 수 있는 것이 아니므로 ‘자연’에서 채취되는 에너지조차 균등할 수 없다는 사실을 알 수 있다. 아울러 그들은 ‘공짜’처럼 묘사되고는 하는 태양열과 바람(풍력), 물(수력)을 ‘에너지’로 변환하기 위해서는 특수한 발전 과정을 거쳐야 하며, 이 장비를 운용하는 비용은 결코 ‘공짜’가 아니라는 핵심을 전제한다. 결과적으로 ‘재생’ 에너지로의 전환은 필연적으로 새로운 설비의 설치 및 증설, 신기술 개발 등의 비용 소모를 동반한다. 당연하게도, 신기술 및 시설 개발과 설비 설치에도 막대한 ‘에너지(전기)’가 필요하고 이 과정에서 다시 탄소 배출과 자원 소모, 산업 폐기물 발생 등의 부차적인 문제가 파생된다는 사실도 그냥 지나칠 수는 없다.

『에너지의 불편한 미래 - 문명의 혈관 전기』는 이렇듯 우리가 간과하고 있었던 ‘재생’ 에너지 전환 프로젝트의 문제점들을 차례로 짚어나가며, 현재의 인구 상승률과 이로 인한 에너지 수요 증가를 ‘재생’ 에너지만으로 충당하겠다는 것이 얼마나 ‘위험한 도전’인가를 시사한다. 물론 탄소 중립이란 효율성이 아닌 장기적인 지구-환경의 안전을 위해 고안된 것이며 아직 초기 단계이므로, 단지 손익만으로 평가할 수 없고 오히려 신사업의 추진 단계에서 어느 정도의 손실을 고려한 투자는 자연스러운 일이라고도 말할 수 있을 것이다. 이는 에너지 경제 전문가인 라스 쉐르니카우와 지구 환경 및 기후 전문가 윌리엄 헤이든 스미스 역시 감안하고 인정하는 부분이기도 하다. 즉, 이들이 ‘불편한 미래’를 고발하는 것은 ‘재생’ 에너지를 악惡으로 간주하기 때문이 아니다. 다만 이 책은 말하고 있을 뿐이다. “지구의 위기를 구제하는 과정에서 인류와 인류 문명이 낭떠러지에 선 지금, 우리는 우리 스스로를 구제하는 것을 우선 과제로 삼아야 하는 게 아닐까?”

브루스 에버렛의 서문 4
라스 쉐르니카우의 서문 7
핵심 용어 및 해설 14

제1장
전기 에너지와 그 경제적 의미 - 현재 상황 20

제2장
가변성 ‘재생’ 에너지 및 저장 32
2.1. 태양광과 풍력 - 설비 용량과 생성된 전력 사이의 불일치 33
2.2. 자연 용량 계수 39
2.3. 송전, 배전, 전력 조절 및 블랙 스타트 49
2.4. 에너지 저장 58
2.5. 수소와 탄화수소와의 비교 69
2.6. 재료 투입과 내재 에너지 80
2.7. 1차 에너지 및 열 펌프 92

제3장
전기 가격과 에너지 투자 수익률 106
3.1. 실제적인 전체 전기 비용 - FCOE 111
3.2. 에너지 투자 대비 에너지 수익률 - eROI 124
3.3. 열역학 제2법칙이 에너지 시스템에 미치는 영향 133

제4장
에너지와 ‘탈탄소화’의 미래 예측 140
4.1. 2050년까지 1차 에너지(PE) 성장 143
4.2. 에너지 부족과 가격 및 경제 활동에 미치는 영향 148
4.3. 탈탄소화 및 ‘넷-제로’ 158

제5장
현실적인 에너지의 미래와 지속 가능성 172

요약 및 부록 182
참고 문헌 및 그림 목록 196