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‘국제유가가 큰 폭으로 오르면서 국내 휘발유값도 상승세를 보이고 있습니다. 지난 주 리터당 1543.3원에 판매되던 휘발유값은 이번 주 1544.4원을 기록해 2주 연속 최고치를 보였습니다…’요즘 부쩍 기름값이 많이 올랐다는 뉴스가 자주 들린다. 뉴스를 듣는 엄마, 아빠의 한숨 소리도 더 잦아지는 것 같은데, 석유 말고 다른 에너지 자원을 쓰면 안 될까?

우리가 자동차를 타고, 겨울철 난방을 하고, 전기를 사용하여 생활을 유지할 수 있는 것은 에너지가 있기 때문이다. 그 중에서 석유 에너지가 차지하는 비율은 절대적이다. 매년 그 비율이 줄고 있기는 하지만 지난 해 우리나라의 석유 에너지 비율은 44.3%에달했다. 그러나 석유자원은 약 50년 정도면 바닥이 날 것이라는 예측과 석유가 발생시키는 공해 때문에 과학자들은 석유를 대신할 에너지를 개발하기 위해 노력해 왔다. 공해를 만들지 않고 고갈될 염려 없는 풍부한 에너지, 그것은 태양, 바람, 바다, 생물과 같은 자연에 있다.

모든 에너지의 근원 태양

과학자들이 석유를 대신할 에너지로 가장 눈길을 주고 있는 것은 태양이다. 태양은 핵융합반응으로 막대한 에너지를 방출하고 있는데, 고갈될 염려도 없고 환경 오염 물질을 배출하지 않는다. 사실 태양은 지구 탄생 순간부터 지금까지 거의 모든 에너지의 근원이었다. 태양 에너지가 없었다면 식물이나 동물은 아예 출현조차 하지 못했을 테고, 그 사체가 썩어 만들어진 화석 에너지(석유, 석탄)도 없었을 것이다. 또한 기상 현상도 발생하지 않아 지구는 죽은 별과 다름없었을 것이다. 이제 과학자들이 주목하는 것은 태양 에
너지를 직접 이용하는 것이다. 방법은 두 가지인데, 하나는 태양열을 이용하는 것이고 다른 하나는 태양빛을 이용하는 것이다.

진공관형 집열기

광주서구문화센터 옥상에 설치되어 있는 진공관형집열기. 진공으로 밀봉된 유리관 안에 티타늄합금 파이프가 들어 있다. 티타늄합금은 구리에 비해 열전도율이 뛰어나고 진공관은 대기로 방출되는 열을 막아
준다.
 
태양열을 직접 이용하기 위해서는 열을 한 곳으로 모아 잘 흡수할 수 있어야 하며, 저장하거나 다른 에너
지로 바꿀 수 있어야 한다. 이를 위해 과학자들은 값이 싼 태양열 흡수막을 개발하거나, 열을 효율적으로
모을 수 있는 접시형 반사장치, 진공관형 온수장치 등을 만들었다. 그리하여 건물의 냉•난방에 사용하거나 발전기를 돌려 전기를 얻을 수 있게 되었다.
태양빛을 전기로 바꾸는 발전기로 태양전지가 있다. 1954년 미국의 피어슨 등이 처음 발명했다. 지금은
전자계산기, 손목시계, 소형 라디오, 무인등대나 가로등, 인공위성에 없어서는 안 될 주요 에너지원이 됐
다.
태양전지는 환경 오염이 발생하지 않고, 에너지원이 무궁무진하다. 그러나 아직 태양전지의 원료가 비싸
고, 날씨 때문에 사막과 같은 곳이 아니면 설치할 수 없는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해 과학자들이 연구하고 있는 것이 바로 우주태양광발전소다. 우주태양광발전소는 1968년 미국 아서디리틀이라는 회사의 물리학자 피터 글레이저 박사가 처음으로 제안했다. 지구
궤도에 태양전지판을 단 위성을 띄우거나 달표면에 태양광 발전소를 건설하자는 것이다. 우주에서는 태
양빛이 지상보다 훨씬 강하고 날씨와 밤낮에 구애받지 않아 더 많은 전기를 생산할 수 있다. 우주에서 발전한 전기 에너지는 마이크로파로 변환해 무선으로 지상에 전송된다.

태양전지판

태양전지판의 원료는 보통 실리콘을 사용한다. 그러나 비싼 가격과 전력생산의 한계 때문에, 싸고 효율 좋은 신소재 개발이 필요하다.
 
아낌없이 부는 바람

아무도 볼 수 없지만, 누구나 느낄 수 있는 바람.
바람은 예로부터 에너지원으로 직접 쓰였다. 풍차를 돌려 방아를 찧거나 낮은 곳의 물을 퍼 올렸고, 돛단
배의 돛을 힘차게 밀어 바다 여행을 가능하게 해 주었다. 이제 과학자들은 바람을 이용하여 전기를 얻는
풍력 발전에 눈을 돌리고 있다. 바람이 프로펠러를 돌리면 바람의 수평 운동 에너지가 프로펠러의 회전 운동 에너지로 바뀐다. 이렇게 바뀐 프로펠러의 운동 에너지를 이용해 발전기를 돌려 전기를 얻는 방법이 풍력 발전이다.

풍력 발전은 지구 위 어느 곳에나 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하기 때문에 환경에 미치는 악영향이 거의 없다. 만약 2005년도에 경유를 태워 만든 전력의 8분의 1만 풍력발전으로 대체하였다면, 330톤의 이산화유황, 130톤의 산화질소, 5만 1912톤의 이산화탄소, 약 8톤의 먼지와 41톤의 일산화탄소를 줄일 수 있었을 것이라는 보고도 있다.
게다가 풍력 발전은 국토를 효율적으로 관리할 수 있다는 장점이 있다. 풍력 발전 단지를 넓은 농장으로
함께 사용하거나 멋진 경치를 이용하여 관광지로도 활용할 수 있기 때문이다.
이런 장점을 가진 풍력 발전을 위해서는 센 바람이 같은 방향으로 꾸준하게 불어 주어야 한다. 우리나라
는 풍력 발전에 유리한 해안 지역과 산악 지역이 많아 풍력 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다. 이미 제주도 월령과 중문단지, 경북 영덕군, 강원도 대관령 등지에는 큰 규모의 풍력 발전기들이 꾸준히 전기를 생산하고 있으며, 전라북도 새만금 등 풍력 발전기설치를 준비하는 지역도 늘고 있다.
하지만 우리나라는 풍력발전시스템 전체를 설계하고 만드는 기술은 아직 많이 부족하다. 그래서 고장이
났을 때 외국 제작사의 기술자가 직접 와야 하는 등 점검과 보수에 걸리는 기간이 너무 길고, 수리비도 많이 든다. 천혜의 자연 조건에 걸 맞는 우리 기술을 가지기 위해 과학자들은 지금도 노력하고 있다.

포기할 수 없는 에너지의 보고 바다

지구 표면의 약 70%를 차지하는 바다. 바다는 생명과 에너지가 꿈틀대는 보물 창고이다. 달과 지구의 바닷물 줄다리기 싸움에서 나오는 조력 에너지, 강한 바람에 바닷물이 격정적으로 춤을 추며 만드는 파도 에너지, 깊은 바닷속과 표면 사이의 해양 온도차 에너지, 힘찬 바닷물의 이동에서 나오는 조류 에너지 등 그 크기만큼이나 활용할 수 있는 에너지는 무궁무진하다. 환경오염도 거의 없는 해양 에너지를 개발하기 위해 세계 각국은 열을 올리고 있다.
 
삼면이 바다인 우리나라는 원자력발전소 14기의 발전량에 해당하는 총 1400만kW 정도의 해양에너지가 있을 것으로 기대될 만큼 조력•조류 발전의 최적지다.
우리나라는 이미 경기도 시화호에 세계 최대 규모의 조력발전소를 건설 중에 있다. 조력 발전은 밀물과 썰물의 차를 이용해 바다에 댐을 건설하여 발전기를 돌린다. 2009년에 완성 되면 더 깨끗해진 시화호의
모습과 약 250만kW의 무공해 전력을 함께 얻을 수 있을 것으로 기대하고 있다.
풍력 발전처럼, 바다에서도‘바닷물 바람개비’를 돌려 전기를 만들 수 있다. 밀물과 썰물에 의해 바닷물이 일정한 방향으로 흐르는 것을 조류라고 한다. 조류 발전은 조력 발전과 달리 댐을 건설하지 않고 물의 흐름이 빠른 곳에 수차 발전기를 설치하여 전기를 얻는다. 댐을 건설하지 않기 때문에 돈이 적게 들고 환경에 해가 없지만, 조류 발전에 알맞은 곳을 찾기는 쉬운 일이 아니다.
다행히 전남 해남군과 진도군 사이 진도수해에 있는 울돌목은 세계적으로도 드문 조류발전의 최적 장소
다. 우리나라는 1000kW급 시험조류발전소를 오는 2007년 1월 완공 목표로 건설하고 있는데, 완성이 되면 우리나라는 세계 최대의 조류시험발전소를 가지게 된다.

친환경 에너지 강국을 향해!

우리나라를 비롯한 많은 선진국들이 친환경 에너지 개발에 열심인 까닭은 석유, 석탄, 원자력 및 천연가스 같은 에너지가 배출하는 공해 물질로부터 지구를 지키기 위해서다. 그래서 세계 각국은 강제로라도 무공해 에너지를 사용하게 하는 국제기후협약과 같은 약속을 하는 것이다.
하지만 그보다 더 큰 이유는 앞으로 20년 후면 에너지 부족을 피부로 느낄 것이고, 50년 후에는 거의 바닥이 날 것이라는 어두운 전망 때문이다. 새로운 에너지를 확보하지 못한 나라가 강대국이 될 수 없다는 사실은 불 보듯 뻔한 일이다. 그래서 세계 각국은 태양, 바람, 바다뿐만 아니라 땅에서 나오는 열이나 썩어가는 쓰레기에서도 에너지를 얻는 기술을 개발하기 위해 노력하고 있는 것이다.

한국에너지기술연구원의‘제로에너지 타운’

모든 전기와 난방을 태양과 풍력, 연료전지로 해결한다. 옥상에는 거대한 태양열 집열기를 설치하여 태양열로 난방을 하고, 건물 외벽을 덮고 있는 태양전지판 타일과 건물 뒤편에는 거대한 풍력 발전기가 전기를 생산한다. 건물 유지에소요되는 에너지 총량은 국내 총에너지 소비량에서 무려 24%에 달한다. 건물 자체에서 에너지를 생산하고 소비할 경우 엄청난 에너지 절약 효과를 거둘 수 있다.
 
우리나라는 2005년도 기준으로 석유 소비량 세계 7위, 에너지 소비량은 세계 10위를 차지할 정도로 석유 에너지를 많이 사용한다. 미래에 있을 석유 부족에 대비하여 우리나라정부는 11개 분야(태양열, 태양광 발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양 에너지, 폐기물 에너지, 연료전지, 석탄액화·가스화, 수소 에너지)를 신재생 에너지로 지정하였다. 그리고 2011년 총 에너지 중 5%를 신재생 에너지로 사용하겠다는 목표를 세웠다. 아직 선진국에 비해 부족한 상황이지만, 신재생 에너지에 적합한 자연 조건과 과학을 좋아하는‘어린이과학동아’독자들이 있는 우리나라라면 미래의 에너지 강국이 될 자격이 충분하지 않을까?