대체에너지가 화석에너지를 대체할 수 있을까?

대체에너지가 화석에너지를 대체할 수 있을까?

왜 대체에너지에 왜 열광하는가?

 

고유가·환경규제·신기술 개발로 지속적인 성장, 2050년쯤 대체에너지 비율 50%까지 이를듯
차세대 성장동력으로 신재생에너지 분야 키워야, 초기에는 경제성 낮기 때문에 정부 역할이 중요

 

 

 

 

정형지 ADL(아서디리틀) 아시아·태평양지역 총괄대표

 

 

'대체에너지는 화석에너지를 대체할 수 없다.'

이 전망은 어느 정도의 시점을 두고 얘기를 하는 것이냐에 따라 달라지지만, 앞으로 20~30년을 두고 하는 얘기라면 맞다. 그렇다면 최근 들어 왜 대체에너지 혹은 신재생에너지에 대한 관심이 증폭되고 있는 것인가.


대체에너지는 지속적인 성장이 불가능한가?

대체에너지가 화석에너지를 대체할 정도로 성장하기 위해서는 몇 가지 요인이 전제되어야 한다. 첫째, 지속적인 고유가다. 이는 우선 원유의 수급에 달려있다. 원유에 대한 수요는 지속적으로 늘어나고 있지만, 공급의 측면에서는 최근 30 여년간 ‘자이언트(giant)’라고 불릴 만한 대형 유전이 개발된 사례가 없었다. 원유 정제시설의 용량도 필요한 만큼만 증가하고 있다. 수요 공급을 떠나서 화석에너지는 언젠가는 고갈될 것이 확실하다. 이에 미리 대비해야 한다는 절박함이 있다.

둘째, ‘탄소’라는 키워드를 앞세운 환경규제를 들 수 있다. 세계 이산화탄소 배출량 9위인 우리나라도 2013년부터 교토 의정서에 따라 의무적으로 온실가스의 배출을 줄여 나가야 한다. 우리나라가 부담해야 하는 의무 감축 규모는 전체 발전량의 30%, 정유·철강·시멘트 등 산업자재 생산량의 50%까지 줄여야 하는 수준이다. 이런 최악의 시나리오에 대한 우려로 탄소배출량이 적은 신재생에너지 분야에 대한 투자와 관심이 높아지고 있고, 공공 및 민간 부문의 투자가 본격화되고 있다.

마지막으로 새로운 기술의 등장을 꼽을 수 있다. 예를 들어, 태양광 발전의 효율성은 지속적으로 증가하고 있고, 동시에 설치에 필요한 비용 또한 계속 감소하고 있다. 대략 10~15년 뒤에는 자체적인 경쟁력을 갖춘 발전 시스템을 가동할 수 있을 것으로 보인다. 또 석탄을 고온·고압 상태에서 가스화시켜 전기를 생산하는 친환경 발전 기술인 IGCC(석탄복합가스화발전·Integrated Gasification Combined Cycle)는 가용도가 이미 설계 목표의 80%선을 상회하는 선까지 이르렀다. 기존 화력 발전 방식에 비해 발전 효율 및 오염물질 배출 절감에서도 우수한 것으로 알려져 있다.

이런 세 가지 요인들로만 보더라도 신재생에너지는 지속적으로 성장할 것으로 보인다. 물론 정부의 보조금 지급 등 직접적인 인센티브가 없다면 성장 속도가 훨씬 더딜 테지만, 이런 인센티브를 제공하지 않는 선진국은 별로 많지 않을 것이다.

 

지속적인 성장이 가능하다면 화석에너지를 대체할 수도 있지 않은가?

현재까지의 자료를 보면 대략 2050년에 이르러 전체 에너지부문에서 대체에너지(신재생에너지)가 차지하는 비중이 50%에 이를 것으로 전망된다.

이미 국내에서도 여러 지역에 큰 백색의 바람개비들이 산언덕이나 바닷가에서 돌아가고 있는 것을 볼 수 있다. 이 바람개비를 가까이서 보면, 날개 하나가 대략 40m 안팎에 이르는 거대한 금속구조물이다. 이를 움직여서 전기를 얻으려면 일정한 방향과 속도와 밀도를 지닌 바람이 부는 지역을 확보해야 한다. 내륙에 없다면 해안(offshore)까지 진출해서 원하는 바람을 얻기 위해 노력하고 있다. 이 경우 개발 및 설치에 드는 비용이 만만치 않다. 대체에너지의 경제성을 판단하는 기준은 화석에너지와의 상대적인 가격 수준이다. 예를 들어, 부지만 놓고 보았을 때, 1Mw 생산시 연료전지는 660㎡,태양광 3만3000㎡, 풍력은 16만5000~33만㎡가 필요한 것으로 알려져 있다.

태양광은 일정 수준의 일조량을 지닌 지역을 확보하여야 하고, 내구성과 효율이 검증된 태양전지(solar cell)를 설치해야 한다. 태양광발전은 대지에 커다란 검은 거울 같은 모양의 태양전지를 설치하는 것이다. 발전용량을 늘리려면 그만큼 많은 수의 태양전지를 설치해야 한다. 그러려면 원활하게 태양전지를 공급받을 수 있어야 한다. 태양전지의 원재료는 폴리실리콘(polysilicon)인데, 한정된 기업만이 이 재료를 생산할 수 있다. 물론 발전 시설을 설치하기 위한 부지도 확보되어야 한다.

햇볕과 바람이 무한하다고 해서 무한하게 재생되는 것은 아니다. 최적의 부지를 확보하기도 쉽지가 않지만 확장하는 데에도 분명 한계가 있다. 이전까지 소요된 것보다 훨씬 더 많은 시간과 비용을 투입해야 하기 때문에 성장은 둔화될 것이다.

종합해 보면, 대체에너지는 분명 지속적으로 성장하겠지만 그 성장에는 한계가 있을 것이라는 예상이 가능하다.

 

 

대체에너지의 성장을 앞당기는 방안은 없는가?

대체에너지(신재생에너지)를 보는 시각에 따라 다르겠지만, 크게 세 가지 방향으로 요약할 수 있다.

우선, 대체에너지산업이 화석에너지의 대체재가 아니라, 독립된 산업으로 육성되어야 한다. 이는 국가의 차세대 신성장 동력으로서 신재생에너지분야의 산업화가 의미가 있다는 얘기이다. 우리나라는 과거 중화학?조선?정보통신?디스플레이 등을 국가 주력 산업군으로 육성하면서 성장해왔다. 신재생에너지는 다음 세대의 성장동력이 될 만한 가능성을 지니고 있는 산업군이다.

현재까지는 신재생에너지의 경제성이 낮기 때문에 정부의 선도적 역할이 매우 중요하다. 세계 각국 정부는 과감한 산업화 지원 정책을 수립하고 있다. 독일은 신재생에너지 정책을 자국의 실정에 맞추어 효과적으로 운영하는 대표적인 국가로 평가된다. 독일은 1980년대에는 기술개발 촉진 프로그램 중심의 정책을 추진하였고, 1990년대에는 발전차액지원제도를 통해 산업을 육성했다. 2000년에 발표한 ‘재생에너지법(Renewable Energy Act)’은 산업 육성에 초점을 맞추어 신재생에너지 기준 가격을 고정가격으로 설정, 20년간 보장함으로써 민간기업의 투자를 촉진했다. 해당 기업들이 자체적인 경쟁력을 갖추는 시점까지 기준가격이 점진적으로 감소하도록 하되, 생산량이 감소하는 기간에는 운전유지비를 보조해 계절적인 영향을 받는 태양광 및 풍력과 같은 분야에 민간투자를 유도했다. 독일의 신재생에너지 관련 산업 매출액은 연 80억 유로, 고용효과는 12만명으로 추산된다. 2010년까지 신재생에너지 보급률 목표인 12%를 조기 달성할 것으로 예상된다.

 

 

다른 나라의 경우, 국가별로 중점적으로 육성하는 분야가 상이하며, 미국과 독일을 제외하고는 현재 신재생에너지분야에 전반적으로 강점을 갖추고 있는 나라는 드문 상태다. 각국은 해당 국가의 내·외부 환경을 종합적으로 고려하여 차별화된 정책을 수립하는 전략을 펴고 있다.

둘째, 선진국 대비 현저하게 낮은 투자규모를 확대할 필요가 있고, 기술이 아닌 시장의 관점에서 핵심 에너지원을 선정하여 집중 육성하는 것이 바람직하다. 다시 말해 연료전지, 태양광, 바이오, 풍력 등 11개 신재생에너지원 중에서 산업화 관점에서 핵심분야를 선정하고 이에 대해 집중적인 투자를 하는 전형적인 선택과 집중의 모델을 택할 필요가 있다.

덴마크의 경우, 1990년대부터 적극적인 지원정책을 추진해온 결과, 현재 세계 10대 풍력설비 업체 중 상위 3개업체를 보유하고 있다. 1979년부터 재생에너지 친화정책을 추진하였으며, 1990년대 초반부터 발전회사들로 하여금 재생에너지를 의무적으로 구입하도록 하는 정책을 시행했다. 1990년대 중반에는 원자력 발전을 중단시켰으며, 1997년에 화력발전소의 추가건설을 금지하는 정책을 도입했다. 이는 자국 산업이 시장을 선점하기 위한 기반을 정부주도로 성공적으로 구축한 사례로 평가된다. 현재 1990년대 대비 정부지원은 축소되었으나 기업들의 자체 경쟁력 확보에 따라 관련 산업은 지속적으로 성장하고 있다. 2010년까지 총 전력소비량의 30%를 신재생에너지에서 확보하겠다는 목표를 설정하고 있다. 현재 한국의 신재생에너지 보급률 및 관련 산업화 수준은 선진국 대비 현격히 낮은 수준이다.

마지막으로, 산업화를 촉진하기 위해서는 글로벌 시장 진출 역량을 보유한 민간기업, 특히 대기업의 참여를 유도하되, 대기업과 중소기업간 계열화를 타파하고 두 그룹이 공동으로 참여할 수 있는 국내 공급 체인 구축에 초점을 맞춰야 한다. 수많은 위원회와 의사결정 기구를 두어 신중한 결정을 유도하는 것도 중요하지만, 실험적인 프로그램(pilot program)을 만들어 눈에 보이는 성과를 먼저 만들어 내는 게 중요하다.

이런 맥락에서 독일의 에니 시티(Eny City)사례를 주목할 만하다. 에니 시티는 원래 ‘미래의 에너지 도시(Energy City of the Future)’에서 출발한 개념이다. 에니 시티는 독일 연방정부 차원에서 미래 독일의 경제 및 산업 성장을 장려하기 위한 혁신정책의 산물로, 독일의 대표적 발전사인 EnBW가 개발한 콘셉트이다. 이 개념의 핵심은 분산발전, 재생에너지 등 가장 진보적인 기술을 중심으로 에너지 인프라를 구성해 개별 도시의 에너지를 최적화하는 것이다. 에너지 이외에도 건축, 금융서비스, 건축물리학, 교통계획, 발전설비 설치 및 에너지 공급까지 총체적으로 고려한 신 산업도시계획을 포함하고 있다.

EnBW는 향후 전 세계 에너지 소비량 급증에서 에니 시티의 사업기회를 포착했다. 2030년 전세계 인구는 현재 60억명에서 80억명으로 3분의1 가량 증가가 예상되고, 도시 거주 비중은 현재의 약 45~50%에서 2030년에는 60%까지 증가될 전망이다. 특히, 중국의 경우 현저한 에너지 소비량 증가가 예상돼, 2030년의 에너지 소비량이 2500Mtoe로 현재 대비 2배 수준으로 추산된다.

이를 종합해 볼 때, 2030년 에너지 소비량은 현재 대비 약 3분의2 가량 증가될 전망이다. 이러한 폭발적 에너지 소비 증가를 한정된 에너지 공급량으로 감내하기 위해서는 발전 방식별 신뢰도 개선 및 에너지 효율성 제고 등을 통한 에너지 비용 감축이 불가피하다. 에니 시티가 매력적인 대안으로 부각되는 이유다.

현재 중국 상하이 인근 지역에 CO₂ 배출량을 25% 줄이고, 에너지 소비량을 15% 감축한다는 계산 하에 독일 뮌헨시 규모인 80만명 정도의 인구가 거주하고 근무하는 신 산업도시를 2020년 완공 목표로 추진중이다. EnBW가 중국에 대규모 에니 시티를 추진하게 된 데는 몇 가지 이유가 있다.

첫째, 중국은 2020년까지 GDP가 2배로 늘어나고, 이에 앞서 2015년까지 중국 인구 5억명이 도시로 유입될 것으로 추정된다. 둘째, 중국의 전체 도시 계획에 따르면, 2020년까지 상하이 인근 지역에 중간 규모의 11개 도시와 소규모의 22개 도시가 건설될 예정이다. 셋째, 2030년까지 중국 내 에너지 소비가 현재 대비 약 2배로 증가할 것으로 예상되나, 이미 전력 배급이 시행될 정도로 현재 에너지 인프라로는 향후 에너지 소비를 자급하는 게 불가능한 수준이다. 넷째, 중국은 인도와 더불어 대표적인 CO₂ 배출 국가로, 2030년까지 CO₂ 배출량이 매년 2.8%씩 증가할 전망이다.

중국의 에니 시티는 2008년까지 건물 구획과 에너지 절약기준을 마련할 예정이며, 향후 에너지 소비 규모 추정을 통해 중앙발전 및 분산발전별 에너지 생산 방식을 확정할 계획이다. 신재생에너지원 중에서는 연료전지, 풍력, 지열, 태양광, 바이오매스 및 청정석탄 등이 활용될 전망이다. 현재 중국 이외에도 아랍에미리트연합(UAE) 및 독일 등지에서 에니 시티 개념의 신도시 건설이 진행 중이다.