친환경에너지

친환경에너지(Eco Friendly Energy)는 그린에너지라고도 불리며, 에너지를 개발하고 이용하는 과정에 오염 물질이 생성되지 않거나 거의 생성되지 않는 에너지를 말한다. 세부적으로는 수소에너지, 수력에너지, 풍력에너지, 태양광에너지 등이 있다.

개요

친환경에너지는 석탄, 석유, 원자력 등과 다르게 환경을 오염하지 않는 자연적인 에너지이다. 친환경 에너지는 고갈될 염려가 없고 무해하다는 장점이 있다. 화석연료와 같은 환경에 좋지 않은 에너지들을 대신하여 새롭게 떠오르는 청정에너지를 통칭하는 신에너지가 있고 태양에너지 및 지열에너지, 수력에너지 등 새롭게 계속 공급되는 재생에너지가 있다.

특징

지금까지 사용하던 석탄, 석유 등의 화석연료는 앞으로 고갈될 위험이 있다. 또한 화석연료의 생산, 소비 과정에서 나오는 이산화탄소로 인한 지구온난화는 지구를 파괴하여, 연료가 고갈될 염려와 환경오염의 위험성이 적은 친환경에너지를 사용하면 지구온난화로 인한 기후위기를 막을 수 있다. 또한 탄소배출이 거의 없고 재생 가능하여 환경을 파괴하지 않고 에너지를 생산할 수 있다. 10년간 우리나라의 에너지 소비는 매년 10%라는 세계 최고의 증가율을 기록하고 있으며, 온실가스 배출량 증가율 역시 세계 1위를 기록하고 있다. 다행히 세계 기후협약 이행이 늦추어지고는 있지만 머지않아 참여하지 않을 수 없는 형편이어서 신재생에너지 개발의 필요성은 더욱 무게 중심을 더해가고 있는 실정이다. 선진 각국에서 활발히 기술 개발이 진행되어 실용화 단계에 접어든 신재생에너지로는 태양에너지, 풍력에너지가 주종을 이루며, 바이오매스, 지열, 파력, 조력 등을 이용한 신재생에너지 개발이 활발히 진행되고 있다. 신재생에너지는 친환경에너지로 신에너지와 재생에너지를 합친 것을 의미한다. 1998년 미국 조지 워싱턴대에서 발표한 미국의 미래기술에 의하면 미국은 2010년쯤 에너지 소비량의 10%를 신재생에너지로 충당하며, 유럽연합이 1997년 발간한 에너지 백서는 2010년까지 신재생에너지 비중을 현재의 2배인 12%까지 끌어올리려는 계획을 갖고 있다. 풍력 발전의 메카라 할 수 있는 덴마크의 경우 4,900개의 풍력터빈에서 1,135MW의 전기를 생산 전기 소비량의 7%를 충당하고 있으며, 에너지 21 계획에 의하면 2000년에 10%, 2030년까지 50%를 풍력으로 신재생하는 목표아래 신재생에너지 개발과 활성화에 노력하고 있다. 더불어 우리나라는 2020년까지 세계 7대, 2025년까지 세계 5대 녹색강국 진입을 비전으로 채택하여, 2015년까지 민관 합동으로 정부 7조, 민간 33조를 투자했다.

우리나라의 친환경에너지 정책 동향

구분	2009년	2012년	2015년	2030년
매출(조원)	4	20	50	163
수출(억불)	20	107	362	1,786
고용(민영, 누적)	0.9	2.7	11	50
민간투자(조원)	3.1	5.7	8.6	-

종류

신에너지

신에너지는 기존의 화석연료를 변화시켜 이용하거나 수소, 산소 등의 화학 반응을 통해 전기 또는 열을 이용하는 에너지이다. 재생 가능하지 않은 에너지원인 화석연료를 변환한 에너지가 포함된다.

연료전지

연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다. 이러한 연료 전지는 작동 온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형, 인산염형, 용융 탄산염형, 고체 전해질형, 고분자 전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다. 연료전지 발전시스템의 구성은 화석연료로부터 수소를 발생시키는 장치인 개질기, 원하는 전기출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올린 본체인 스택, 연료전지에서 나오는 직류전기를 교류로 변환시키는 전력변환기, 연료, 공기, 열회수 등을 위한 펌프류, 센서 등을 말하며 연료전지에 특정에 맞는 기술이 아직 미비한 주변보조기기 등으로 구성되어 있다.

수소에너지

수소에너지는 미래의 청정에너지원으로 수소가 미래의 궁극적인 대체에너지원 또는 에너지매체로 꼽히고 있는 것은 화석연료나 원자력등이 따를 수 없는 장점을 갖고 있기 때문이다. 또한 수소는 연소시 극소량의 질소가 생성되는 것을 제외하고는 공해물질이 배출되지 않으며, 직접 연소를 위한 연료 또는 연료전지등의 연료로 사용이 간편하다. 수소에너지 기술은 물, 유기물, 화석연료 등의 화합물 형태로 존재하는 수소를 분리, 생산해서 이용하는 기술로 수소는 물의 전기분해로 가장 쉽게 제조할 수 있으나 입력에너지에 비해 수소에너지의 경제성이 매우 낮으므로 대체전원 또는 촉매를 이용한 제조기술 연구가 진행되고 있다. 또한 수소는 기체상태로 저장하고 있으나 단위 부피당 수소저장밀도가 너무 낮아 경제성과 안정성이 부족하여 액체 및 고체저장법을 연구 중이다.

기술별 기술개발 내용

대분류	중분류	기술개발내용
제조	물로부터 수소 제조	전기분해(SPE, 태양광, 풍력 등 대체 전원 이용 등)
		저온 열분해(산화물, 유황 화합물, 염화물, 불화물, 요드화물 등)
		광촉매(금속산화물, 폐롭스카으트, 제올라이트 등)
		바이오(광합성 직·간접, 협기발효, 광합성 발효 등)
	물로부터 수소 제조	수증기 개질(상용화되어 있음)
		플라즈마 개질(반응기, 플랜트 건설) → 미국 상용화
		고온열분해(이론 정립, 촉매, 반응기) → 미국 개발단계
	수소정제	고순도 수소 제조(PSA, MH이용 등) → 선진국 기술 확립
저장	물리적 저장	기체저장(상용화되어 있음)
		액체저장(저장 용기, 극저온 연구 등) → 독일 상용화
		고체저장(재료, 고용량저장, 무게 등) → 일부 상용화
		CNT(재료, 합성, 공정기술 등) → 선진국 기술 확립
	화학적 저장	이산화탄소 이용 메탄올, 에톤올 합성(상용화되어 있음)
이용	이용	가정(전기, 열), 산업(반도체, 전자, 철강 등), 수송(자동차, 배, 비행기) → 수소의 제조, 저장기술이 확립되지 않아 실용화된 사례가 없음
	안전대책	역화방지 등

재생에너지

재생에너지는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 이용하는 에너지로, 자연 과정에 의해 사용한 만큼의 양이 재생되는 에너지이다. 재생에너지는 재생가능에너지로도 불리며 정부에서 정의하는 재생에너지의 범위에는 국제에너지기구나 다른 나라에서 인정하지 않는 에너지 자원도 포함되어 있다. 정부가 밝힌 신재생에너지 발전 비율 약 7% 중 국제적으로도 인정되는 태양광, 풍력 등의 실제 재생가능에너지 비율만을 계산하면 약 1% 정도에 불과하다.

태양열발전

태양열발전 시스템의 종류는 크게 세 가지로 중앙 집중형 시스템과 분산형 시스템과 독립형 시스템으로 구분된다. 중앙 집중형 시스템은 태양 추적 장치라고 불리는 거대한 태양 추적 반사경에서 반사된 태양광을 중앙에 위치한 탑의 한 점에 모아 고열을 얻고, 이 고열로 열교환기 등을 이용하여 고압 수증기를 발생시켜 전기를 얻는 방식이다. 태양열 이용기술은 태양광선의 파동성질을 이용하는 태양에너지 광열학적 이용분야로 태양열의 흡수/저장/열변환 등을 통하여 건물의 냉난방 및 급탕 등에 활용하는 기술이다. 태양열의 시스템 구성 및 집열기의 종류는 태양열 집열이 이루어지는 부분으로 집열온도는 집열기의 열손실율과 집광장 치의 유무에 따라 결정되는 집열부와 열 시점과 집열량이 이용시점과 부하량에 일치하지 않기 때문에 필요한 일종의 버퍼 역할을 할 수 있는 열저장 탱크의 축열부, 태양열 축열조에 저장된 태양열을 효과적으로 공급하고 부족할 경우 보조열원에 의해 공급하는 이용부, 태양열 축열조에 저장된 태양열을 효과적으로 공급하고 부족할 경우 보조열원에 의해 공급하는 제어장치로 구성되어 있다.

태양광발전

태양광발전은 무한정, 무공해의 태양 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 기술이다. 기본 원리는 반도체 pn 접합으로 구성된 태양전지에 태양광이 조사되면 빛에너지에 의한 전자 양공 쌍이 생겨나고, 전자와 양공이 이동하여 n층과 p층을 가로질러 전류가 흐르게 되는 광기전력 효과)에 의해 기전력이 발생하여 외부에 접속된 부하에 전류가 흐르게 된다. 이러한 태양전지는 필요한 단위 용량으로 직렬, 병렬 연결하여 기후에 견디고 단단한 재료와 구조의 만들어진 태양전지 모듈로 상품화 된다. 태양광발전은 태양의 빛에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전 기술로, 햇빛을 받으면 광전효과에 의해 전기를 발생하는 태양전지를 이용한 발전방식이다. 태양광 발전 시스템은 태양전지로 구성된 모듈과 축전지 및 전력변환장치로 구성되있다.

• 태양전지에 의한 발전원리 : 태양전지는 태양에너지를 전기에너지로 변환할 목적으로 제작된 광전지로서 금속과 반도체의 접촉면 또는 반도체의 pn접합에 빛을 조사하면 광전효과에 의해 광기전력이 일어나는 것을 이용한다. 금속과 반도체의 접촉을 이용한 것으로는 셀렌광전지, 아황산 구리 광전지가 있고, 반도체 pn접합을 사용한 것으로는 태양전지로 이용되고 있는 실리콘 광전지가 있다.
• PN접합에 의한 발전원리 : 태양전지는 실리콘으로 대표되는 반도체이며 반도체 기술의 발달과 반도체 특성에 의해 자연스럽게 개발되었다. 태양전지는 전기적 성질이 다른 N형의 반도체와 P형의 반도체를 접합시킨 구조를 하고 있으며 2개의 반도체 경계 부분을 PN접합이라 부른다. 이러한 태양전지에 태양빛이 닿으면 태양빛은 태양전지 속으로 흡수되며, 흡수된 태양빛이 가지고 있는 에너지에 의해 반도체 내에서 정공과 전자의 전기를 갖는 입자가 발생하여 각각 자유롭게 태양전지 속을 움직이지만, 전자는 N형 반도체쪽으로, 정공은 P형 반도체쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하게 되며 이 때문에 앞면과 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는 데, 이것이 태양전지의 PN접합에 의한 태양광발전의 원리이다.

바이오매스

바이오매스는 원래 생태학의 용어로서 생물량 또는 생체량으로, 살아 있는 동물 · 식물 · 미생물의 유기물량 즉 보통 건조중량 또는 탄소량으로 표시을 의미한다. 따라서 생태학의 용어법에서는 나무의 줄기 뿌리, 잎 등이 대표적인 바이오매스이며 죽은 유기물인 유기계 폐기물의 폐재, 가축의분뇨 등은 바이오매스가 아니지만, 이와 같은 생태학의 용어법과는 달라서 산업계에서는 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함시키는 것이 보통이다. 바이오에너지 이용기술이란 바이오매스를 직접 또는 생/화학적, 물리적 변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기에너지, 열에너지 형태로 화학, 생물, 연소공학 등의 기술을 뜻한다.

바이오에너지 기술의 분류

대분류	중분류	내용
바이오액체연료 생산기술	연료용 바이오 에탄올 생산기술	당질계, 전분질계, 목질계
	연료용 바이오 에탄올 생산기술	바이오디젤 전환 및 엔진적용기술
	바이오매스 액화기술(열적전환)	바이오매스 액화, 연소, 엔진이용기술
바이오매스 가스화기술	혐기소화에 의한 메탄가스화 기술	유기성 폐수의 메탄가스화 기술 및 매립지 가스 이용 기술(LFG)
	바이오매스 가스화기술(열적전환)	바이오매스 열분해, 가스화, 가스화발전 기술
	바이오 수소 생산기술	생물학적 바이오 수소 생산기술
바이오매스 생산, 가공기술	에너지 작물 기술	에너지 작물 재배, 육종, 수집, 운반, 가공 기술
	생물학적 이산화탄소 고정화 기술	바이오매스 재배, 산림녹화, 미세조류 배양기술
	바이오 고형연료 생산, 이용기술	바이오 고형연료 생산 및 이용기술 (왕겨탄, 칩, RDF(폐기물연료) 등)

풍력발전

풍력발전이란 공기의 유동이 가진 운동 에너지의 공기역학적 특성을 이용하여 회전자를 회전시켜 기계적 에너지로 변환시키고 기계적 에너지로 전기를 얻는 기술이다. 풍력발전은 어느 곳에나 산재되어 있는 무공해, 무한정의 바람을 이용하므로 환경에 미치는 영향이 거의 없고, 국토를 효율적으로 이용할 수 있으며, 대규모 발전 단지의 경우에는 발전 단가도 기존의 발전 방식과 경쟁 가능한 수준의 친환경에너지 발전 기술이다. 풍력발전은 풍력이 가진 에너지를 흡수하고 변환하는 운동량 변환 장치, 동력 전달 장치, 동력 변환 장치, 제어장치 등으로 구성되어 있다. 풍력발전의 회전축 방향에 따라 구분하는데 수직축 발전기는 바람의 방향과 관계 없이 사막이나 평원에 많이 설치하여 이용이 가능하지만, 소재가 비싸고 수평축 풍차에 비해 효율이 떨어지는 단점이 있다. 수평축 발전기는 간단한 구조로 이루어져 있어서 설치하기 편리하지만, 바람의 방향에 영향을 받는다. 중대형급 이상은 수평축 발전기를 사용하고, 100kW급 이하 소형은 수직축 발전기를 사용가능하다.

조력발전

조력발전이란 해양에너지로도 불리며, 바다의 밀물과 썰물의 차이를 이용해 전기를 생산한다. 기본 원리는 조류가 밀려드는 동안 수문이 열려 저수지가 채워지고, 만조일 때는 수문이 닫힌다. 유입한 바닷물을 높은곳의 저수지에 가두어 두었다가, 간조와 같이 터빈을 작동시킬 만큼 충분한 낙차를 얻을 때 물을 방수하여 발전기를 회전시키는 원리이다. 해양에너지는 해양의 조수, 파도, 해류, 온도차 등을 변환시켜 전기 또는 열을 생산하는 기술로써 전기를 생산하는 방식이 다양하다.

• 조력발전 : 조석 간만의 차를 동력원으로 해수면의 상승 하강 운동을 이용하여 전기를 생산하는 기술이다.
• 파력발전 : 연안 또는 심해의 파랑에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술이다.
• 조류발전 : 해수의 유동에 의한 운동에너지를 이용하여 전기를 생산하는 발전기술이다.
• 온도차발전 : 해양 표면층의 온수와 심해 500~1000m 정도의 냉수와의 온도차를 이용하여 열에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 발전하는 기술이다.

참고자료

• 중원대학교, 〈친환경에너지란? 친환경 에너지의 종류와 장단점 - 중원대학교 신재생에너지자원학과〉, 《네이버 블로그》, 2014-06-19
• 초록지팡이, 〈친환경 에너지 A to Z〉, 《네이버 블로그》, 2021-04-19
• 녹색에너지연구원 공식 홈페이지 - http://www.gei.re.kr/
• 한국교통대학교 창의융합학부 공식 홈페이지 - https://www.ut.ac.kr/diss/sub03_04.do
• 이진선 그린피스 서울사무소 기후에너지 캠페이너, 〈신재생에너지와 재생가능에너지, 뭐가 다르지?〉, 《그린피스》, 2018-02-14

같이 보기

• 에너지
• 수소에너지

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