날씨를 판매합니다.

다소 황당한 이야기겠지만 날씨를 수출입하는 프로젝트를 상상해 봤습니다.

지구의 에너지 대량소비는 그에 비례한 양의 오염을 불러일으켜 재생 가능한 대체 에너지를 찾는 것이 어느 때보다 더 중요해지고 있습니다. EU(유럽연합)가 2020년까지 전체 에너지 사용량 가운데 대체 에너지 비율을 20%까지 높이기로 한 가운데, 일조량이 많은 유럽 남부 국가들이 앞다투어 태양력 발전에 뛰어들고 있습니다. 포르투갈은 지난 2007년에 유럽에서 가장 일조량이 많은 세르파에 발전량이 11㎿(메가와트)에 이르는 세계적인 규모의 태양력 발전소를 열었는데, 세르파의 연간 일조량은 3300시간에 이르기 때문에 이 발전소는 8000가구에 전기를 공급할 수 있다고 합니다. 포르투갈 정부는 오는 2010년까지 전체 에너지 소비의 45%를 재생 에너지로 충당하겠다는 목표를 세우고 있습니다.

그러나 태양에너지를 비롯한 다른 많은 대체 에너지들은 화력발전소나 원자력 발전소에 비해 에너지를 전기로 바꾸는 효율이 그리 좋지 않습니다. 또 태양, 풍력 등은 적절한 기후조건을 갖춰야만 하는데 우리나라에는 막대한 에너지를 생산할 수 있는 조건을 갖춘 지역이 그리 많지 않습니다. 특히 태양발전의 경우는 사막같이 강우량이 적고 일조량이 많은 맑은 날이 이어지는 곳이 아니라면 그 효율성은 더욱 떨어질 수 밖에 없습니다.

이스라엘의 와이즈만 과학연구소(Weizmann Institute of Science) 에너지부문 센터의 책임자인 Jacob Karni 교수는 “지구상의 모든 강에 댐을 만들고 풍력발전기를 설치할 수 있는 모든 곳에 설치한다 해도 에너지 필요량에는 충분치 않을 것이다. 그러나 태양력으로는 미래의 에너지 수요를 충족시킬 수 있을 것이다”라며 미래는 태양에너지에 달려있다고 주장하고 있습니다. 실제로 Karni 교수는 지난 16년간 와이즈만 연구소에서 재생 가능한 대체 에너지원으로서 고출력 태양패널을 연구해오고 있는데 태양에너지의 큰 문제점 중 하나는 선탠을 할 수 있을 정도일 뿐 그것이 너무 희박하다고 지적하고 있습니다.

지금도 여러나라에서는 태양에너지를 이용하는 발전시설에 투자하고 연구하고 있지만 Karni 교수의 지적대로 그 효율성이 그리 높지 못한 상태입니다. 그리고 최근에는 사하라같은 사막에 태양발전소를 건설하는 계획이 활발하게 진행 중입니다. 최근  미국 에너지부는 부시대통령이 발표한 태양력발전 지원을 위한 ‘Solar America Initiative’의 후속조치 일환으로 ‘신재생에너지 재정지원 포럼’을 개최하고, 구체적 지원방안을 제시하고 있습니다. Solar America Initiative은 석유사용 감축 대책의 일환으로 태양력발전의 단가를 획기적으로 낮추고 2015년까지 관련 연구·기술개발에 1억 4,800만불을 지원하는 내용으로 뉴욕·보스턴·오스틴 등 13개 도시를 태양력발전 시범도시로 선정, 관련 설비 확충사업에 각각 250만불씩 지원한다는 내용입니다.

에너지부는 시범사업 결과를 토대로 ‘태양력발전 설비 확충 모델’을 도출, 여타 도시로 태양력발전 이용을 확대해 나가고, 산·학 연구기관에도 총 5,700만불을 지원하여, 솔라전지 모듈 등 태양력발전 핵심부품의 품질개선을 유도하고, AVA Solar·PrimeStar Solar사 등 10개 업체를 태양력발전 벤처기업으로 지정하여 향후 3년간 3,000만불을 지원할 예정이라고 합니다. 또한 미국 환경청도 신재생에너지 사용 확대를 통해 온실가스 배출을 감축해 나가기로 하고, 일반 가정 및 상업시설을 대상으로 태양력발전 설비 투자에 대한 재정지원을 강화해 나갈 계획인데, 현재 가정·상업용 태양력발전 설비 투자비용의 30%를 무상으로 지원하고 있습니다.

그러나 여기에도 역시 문제가 있습니다. 규모의 크기를 떠나 태양력을 열이나 전기로 전환하고 그걸 송전하거나 축전이나 온수형태로 모아두었다가 다시 사용하는 과정을 거친다는 것입니다. 그리고 그 과정의 효율성이 낮아 생산된 전력은 자체소비하기에도 부족하다는 문제가 있습니다. 우리나라에서도 예전에 태양광발전설비를 갖춘 주택을 시범적으로 지었지만 큰 효과를 거둘 수 없었던 것도 이 문제와 연관되는듯 보입니다.

이제 그런 문제를 최소로 줄이고 빛을 열이나 전기로 바꾸지 않고 그대로 사용하는 방법을 상상해 보겠습니다. 사하라 사막에 집광판을 만들어 그곳의 날씨를 가공하지 않는 그대로 가져다 쓰려고 합니다.

사하라사막(Sahara Desert)은 아프리카 대륙 북부에 있는 세계 최대의 사막으로 동서길이 약 5,600km, 남북길이 약 1,700km로 면적은 약 860만㎢에 달합니다. 현재 알제리(Algeria), 차드(Chad), 이집트(Egypt), 리비아(Libya), 말리(Mali), 모리타니아(Mauritania), 모로코(Morocco), 니제르(Niger), 수단(Sudan), 튀니지(Tunisia)등 10개 국가에 걸쳐 있는 사하라 사막은 연 강우량이 20mm 이하이며, 년 평균 일조량(日照量)이 4300시간으로 세계에서 햇볕이 비치는 양이 가장 많은 곳입니다.

이곳에 태양광을 수집하는 대규모의 공장을 만들고, 그곳에서 수집된 빛을 집광하여 광케이블을 통해 직접 우리나라에 전송한다면 전혀 공해가 없는 순수한 빛을 얻을 수 있습니다. 사하라 지역은 우리나라와 -7 ~ -9시간 정도의 시차가 있기때문에 우리가 밤이라도 그곳은 낮이므로 실시간 전송되는 빛을 사용할 수 있으리라고 생각됩니다.

사막 주변국에서 태양광을 이용하려면 동일 시간대이므로 전기에너지 형태의 가공이 필요하겠지만, 다른 시간대의 우리나라에서 사용한다면 굳이 전기에너지로 재가공하지 않고, 빛 상태 그대로 사용이 가능할 것입니다. 또한 전기로 가공을 한다고 해도 현지에서 전기로 가공후 전송할 경우, 먼거리를 송전하는 과정을 거치면 손실율이 높겠지만, 빛의 상태로 전송한다면 거의 손실없이 고순도의 태양광을 받아서 우리나라 공장에서 직접 전기로 가공할 수 있을 것입니다.

사하라 공장에서 돋보기의 원리처럼 렌즈를 통해 집광한 후에 광섬유의 코어 부분의 굴절률과 클래딩의 반사율을 잘 조절하여 전송한다면, 빛은 코어 부분에 집속되어 거의 빠져나가지 않고 손실없이 진행 될 수 있으리라 봅니다. 그리고 우리나라에서 다시 이 빛을 받아 송광하는 설비를 거쳐, 필요한 곳으로 적절히 분배하고, 사용되는 현장에서는 분광장치를 통해 백열전등보다 우수한 고광도의 태양광을 이용한 조명이나 난방도 가능할 것입니다.

태양광은 집광되었을때 소재만 버텨 준다면 무한에 가깝게 집광할 수 있기 때문에 전선보다 가늘어도 많은 양의 빛을 한꺼번에 전달할 수 있습니다. 코어의 투명도와 클래딩(cladding)의 반사율을 충분히 높힐 수 있다면 열변환으로 인한 손실도 없이 순수한 빛으로 전달이 이루어질 것이고, 우리는 위험성이 거의 없는 빛을 직접적인 에너지로 사용할 수 있게 되는 것입니다. 그리고 반대로 낮에는 순도는 떨어지겠지만 같은 시설을 통해 우리의 빛을 사하라 사막으로 전송할 수도 있을 것입니다.

다소 황당한 이야기였지만, 빛은 반드시 가공하지 않아도 사용할 수 있다는 생각이었으며, 만약 방치되고 있는 사하라 사막중에서 제주도 크기의 땅만 임대하여 전송설비에 투자한다면, 향후 50년이 가기 전에 본전을 모두 뽑아내리라고 봅니다. 그리고 이런 기술을 성공적으로 개발해서 기술선점과 더블어 국제특허라도 획득 할 수 있다면 무한동력에 가까운 효율성과 지속적인 인세수입으로 우리는 에너지 부국이 될 것입니다.

※참고

광섬유는 크게 코어(core)라고 부르는 중앙의 원통형 물질, 이를 둘러싸고 있는 클래딩(cladding), 그리고 이들을 덮고 있는 재킷(jacket)으로 구성돼 있는데, 코어는 빛을 전달하고, 클래딩은 빛이 바깥으로 새어나오지 않도록 막아주며, 재킷은 광섬유의 부식을 방지해줍니다.

태양광발전(太陽光發電, photovoltaic power generation system, photovolatics)은 태양전지를 부착한 패널을 대규모로 펼쳐 태양광 에너지를 이용, 전기를 대규모로 생산하는 발전시스템으로 ①반영구적으로 활용할 수 있고, ②태양전지를 사용해서 유지 보수가 간편하며, ③무공해ㆍ무진장의 태양에너지원을 사용하는 점 등으로 미래의 대체에너지원으로 각광받고 있으나, 패널값이 비싸 초기 투자비가 비싸다는 단점이 있습니다.

태양열 냉난방 기술 상세보기

신정철 지음 | 구민사 펴냄

본서는 태양열을 이용한 기술중에 특히 태양열주택 냉난방 및 급탕 분야에 대한 내용을 중점적으로 다르고 있으며, 태양열 냉난방기술에 대한 원리와 기초지식을 공급하고 차후에 태양열 냉난방기술 및 실험실습에 기반과 초석이 될 수 있는 내용을 엮어 보고자 노력하였다.

대체에너지 I(기술 및 시장 특허 분석보고서) 상세보기

편집부 지음 | 한국특허정보원 펴냄

특허 보고서. 이 보고서는 각 기술별로 최근 관심의 대상이 되는 주제를 선정하여 관련 기술에 대한 최근 트렌드와 특허 동향을 분석한 것이다. 《대체에너지 I》에서는 대체 에너지의 기술 개요와 시장동향 및 특허 동향에 관한 내용으로 구성되었다.