대통령을 위한 에너지 강의 by 리처드 뮬러

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21세기 우리가 맞닥트리고 있는 가장 중요한 에너지 관련 문제는 17세기 이후 400여 년간 지속되어온 중심에너지(17~19세기의 석탄, 19~20세기의 석유와 같이 50% 이상의 점유율을 가지면서 중심에 선 에너지원이 있던 시대)가 끝나가고 다양한 에너지원을 함께 사용해야 하는 새로운 시대로 접어들고 있다는 사실이다.

 

다음 3가지로로 요약할 수 있다.

(1) 화석에너지라고 통칭되는 석유, 석탄, 천연가스는 그 부존량이 막대하고 기술 및 가격 경쟁력이 우수하여 비록 19~20세기의 중심적 위치는 아닐지라도 상당한 위치를 지속적으로 점할 것이며, 특히 천연가스는 셰일가스의 발견으로 미국의 중심 에너지원이 될 것이다.

 

(2) 태양광, 풍력, 바이오연료 등 재생에너지로 배포되는 신규 에너지원이나 수소, 전기차 등 자동차신기술은 잠재력은 크나 아직도 기술적 한계가 크며, 따라서 주요 경쟁상대인 천연가스를 이기고 경쟁력을 가지기 쉽지 않을 것이나 원자력은 그 반면 일반인의 생각보다 안전하고 활용가치가 높다.

 

(3) 지구온난화는 실제로 일어나고 있고 그 대부분이 인간 활동에 기인하지만 실제로 효과를 볼 수 있는 대처법은 아직 공개적으로 발표된 적이 없다.

 

원자력의 지속적 사용, 화석연료의 친환경화 기술, 셰일가스의 사용 등이 가장 효과적인 방안일 것이라는 입장...

 

LED 등의 발견은 조명 부분의 에너지 효율을 크게 개선하여 에디슨이 발명한 백열등을 150년 만에 사라지게 하였으며, 자동차 내연기관, 가전제품 등 에너지 사용기구의 효율 역시 20세기 초반에 비하여 크게 개선되었다.

 

"사람의 문제는 무식함이 아니라 잘못된 것을 너무나도 많이 알고 있다는 것이다."

- 조시 빌링스(Josh Billings), 19세기 코미디언

 

(제1부) 에너지 재난

 

지구 온난화는 실제로 존재하고 위험하며 확산을 막기 위하여 신중하게 노력할 만한 가치가 있다.

 

 

(제2부) 에너지 전망

 

많은 사람들의 믿음에도 불구하오 미국의 화석연료는 고갈되지 않았다. 고갈된 것은 기존의 석유뿐이다.

 

동일하게 에너지를 공급한다고 했을 때, 휘발유는 천연가수 소매가의 대략 2.5배 비용이 들며, 도매가의 대략 7배다.

지난 100년 동안 자동차를 둘러싼 기간시설(공장, 주유소, 공급 체계)이 휘발류를 공급하기 위하여 개발되었기 때문이며, 석유 가격이 갑자기 상승한다고 해서 그전에 지어진 광범위한 기간시설을 급속도로 바꿀 수 없기 때문이다.

석탄은 채굴, 가공, 그리고 공급에 비용이 든다. 태양 역시 비슷한 비용이 든다. 

태양전지를 사용하는 '채광'은 인버터와 변압기로 처리하며, 고압 전력망으로 공급된다.

현재 이 비용을 합친 값은 동일한 에너지를 공급할 때 석탄에 비해 태양열발전이 더 높다.

 

에너지 전망에서 가장 중요한 새로운 개발은, 퇴적암의 일종인 셰일에 채굴 가능한 천연가스가 어마어마하게 매장되어 있음을 알아챈 것이다.......이 가스가 존재한다는 사실은 오래전부터 알려져 있었지만, 경제적인 채굴 수단이 최근에야 개발되었다. 

 

맥킨지 도표

왼쪽은 하향 막대그대프로 수익성의 효과다. 에너지 사용량과 탄소 배출을 줄이면서 돈을 벌수 있는 접근법이다.

도표가 가리키는 것은 에너지를 절약하고 효율을 높임으로써 많은 돈을 절약할 수 있다는 것이다. 

오른쪽은 상향 막대그래프로, 비용이 드는 이산화탄소 감축방안이다..

수익성 측면(왼쪽)은 고가격 측면(오른쪽)에 자금을 투자하기에 거의 충분하다. 이것을 실제로 순비용 없이 탄소 배출을 축소할 수 있다는 것을 의미한다...

(제3부) 대안 에너지

 

우리는 회의 주의자의 편견에 주의를 기울여야 한다. 예를 들면, 마음에 들지 않는 에너지원의 잠재성에 대해서는 지나치게 비관적이지만, 선호하는 해결방안에 대해서는 유달리 낙관적인 사람들 말이다.

천연가스는 저렴하고 매장량이 풍부할 뿐 아니라 또 다른 이점이 있는데, 같은 양의 에너지를 생산할 때 이산화탄소 배출량이 석탄의 절반에 지나지 않는다는 것이다... 천연가스는 주로 화학식이 CH4인 메탄으로 구성되어 있기 때문이다. 

 

자본 비용이 킬로와트시당 25.9센트로 매우 높고, 이 비용이 내려갈 거란 전망이 매우 불투명하기 때문에, 개인적으로 태양열은 경쟁력을 확보하기 어려울 것으로 전망한다. 그러나 태양열은 여전히 가정용 온수기 예열 목적의 개별 난방 시스템과 배낭여행용 태양 온수 샤워에는 실제로 쓸 만하다. 

 

비용이 몹시 빨리 낮아지고 있기 때문에 어떤 것이 승리할지는 태양전지의 가격보다는 설치비, 유지비, 가정용 전압 변환기 비용, 수명 및 효율성을 포함하는 여러 기준에 의해 결정될 것이다.

 

내연 엔진은 단지 20~25%의 효율이라 (전기 엔진은 80~90%다) 유용한 에너지가 단지 1메가와트의 비율로 전환되는 것을 의미한다. 

 

모든 전기자동차의 경우 전기에너지는 중요한 비용이 아니다. 휠씬 더 중요한 것은 500번 충전한 후 배터리를 교체할 때 드는 비용이다.

 

모든 전기차가 미국에서 널리 사용되려면 3가지 근본적인 문제(에너지 밀도, 비용, 재충전 시간)가 해결되어야 만 한다.

에너지 밀도의 문제는 전기 배터리가 휘발유에 비해 무게당 저장할 수 있는 에너지가 1%밖에 되지 않는다는 점이다.

이 단점을 약간 보상하는 것은 전기 엔진이 휘발유 자동차에서 사용되는 내부 연소 엔진보다 약 4배가량 효율적으로 작동할 수 있다는 사실이다. 따라서 사용가능한 에너지 밀도로 따지면 배터리의 에너지 밀도는 휘발유의 4%정도다. 단거리만 운전하는 게 아니라면 배터리가 많이 필요하다는 말이다.

 

가격....전기자동차를 위한 주요 비용은 배터리에 있다. 조심하라. 전기자동차에 대한 수많은 기사들이 전기 비용만 보고 배터리 교체 비용은 간과해서 실제 운용 비용을 대단히 과소평가하고 있다.

 

일부 배터리 제작자들은 배터리를 1,000번 이상 재충전할 수 있다고 주장하긴 하지만 경계하자. 

나의 계산에 따르면 산 배터리는 파운드당 40달러가 들고, 500번 재충전할 수 있다....

배터리가 차 무게의 44%를 차지한다. 

차를 운행하기 위한 마일당 주요 비용은 전기 비용이 아니라 배터리 교체를 위해 할당된 비용이다. 배터리 비용 4만 4,000달러를 6만 2,500마일로 나누면 마일당 70센트에 이른다..

 

배터리가 더 많이 좋아진다면 전기 전용자동차에도 희망이 있다....해결해야 할 과제들..

- 파운드당 에너지는 휘발유의 에너지보다 25배 나쁘다.

- 마일당 비용은 휘발유보다 5~8배 더 높다. (전기 및 배터리 교체 비용 포함)

- 저장 탱크는 10배 더 공간을 차지한다. (동일한 주행거리)

- 재충전 시간은 충전소에서 몇 분이 아니라 몇 시간이고 가정에서는 휠씬 더 길다.

- 배터리이 초기 자본은 수천, 수만 달러다.

 

배터리는 점점 나아지고 있지만 그 속도가 느리다. 문제는 배터리의 화학 반응에 의한 것이 아니다....

문제는 전극과 전해질의 나노 기술에 있다.

 

(제4부) 에너지는 무엇인가?

 

초콜릿 칩 쿠키가 같은 무게의 TNT보다 7.7배나 더 많은 에너지를 전달한다....

놀랍게도, 휘발유는 TNT보다 15배나 더 많은 에너지를 갖고 있다...

TNT는 에너지를 휠씬 더 빨리 방출할 수 있어서, 높은 동력(초당 에너지)를 전달한다. 높은 동력은 큰 힘을 만들어낼 수 있으며, 그러한 이유로 바위와 콘크리트를 깨뜨릴 수 있다.....

 

동력은 에너지 전달의 비율이다. 

 

열은 분자의 무작위 운동이다. 실온에서, 분자들은 평균적으로 약 시속 1,240Km의 순간 속도로 진동한다. 

 

초보자들에게 에너지란 일을 하는 능력으로 정의된다.

일 = 힘 * 거리. 힘이란 질량을 가속하는 어떤 것이다. 힘 = 질량 * 가속도, 즉 F=ma이다.

F=ma라는 등식은 실제로 법칙이 아니라 질량이라는 용어에 대한 정의라고 볼 수 있다.

 

에너지와 질량은 실재로 같은 것이다. 만일 에너지가 존재한다면, 이는 질량을 가질 뿐 아니라 실제로, 그 자체가 질량이다. 에너지와 질량은 단순히 동일한 것이 아니라, 등가다.  이것이 E=mc(제곱)의 실제 의미다.

 

(제5부) 미래 대통령을 위한 조언

 

에너지 위기는 대부분 두 가지 문제에서 비롯된다... 에너지 안보와 지구온난화

에너지 안보 문제는 에너지 고갈로 인해 야기되는 것이 아니라, 석유 고갈로 인해 야기된다....

정밀한 검증을 통과하고 경제적으로도 납득할 수 있는 유일하게 타당한 방법은 석탄에서 천연가스로 전환하는 것이다.

 

석탄 화력발전소에서 만든 전기로 충전하는 전기자동차는 휘발류 자동차보다 더 많은 이산화탄소를 배출한다는 사실을잊지 말자....

 

지구온난화....사람들이 뭔가를 하고 있다고 착각할 수 있는, 기분 좋게 해주는 조치(전기 자동차와 같은)을 조심하라...

 

'녹색' 또는 '재생가능한' 그리고 '청정' 등의 듣기 좋은 단어를 사용하는 에너지원에 대한 언급을 피하라. 

그보다는 '지속 가능한'이라는 용어를 사용하고, 이를 향후 20 ~40년에 걸쳐 지속할 수 있는'을 해석하라....

"진짜로 지속가능하려면, 수익이 나야 한다."

 

[ 자평] 시사성이 중요한 분야다. 정리하고 버린다 

 

2012년 번역된 책이다. 

회사에서 신재생에너지를 포함하여 에너지 사업이 미래 먹거리라고 난리여서 기본적인 상식을 얻고가 읽었다.

 

이런 책들은 현재와 미래를 언급하기 때문에 시사성이 중요하다.

이미 10년 정도가 지났기 때문에 문제 의식을 여전하나 해법에 대한 사항이 낡은 것들도 있다.

자신의 주장을 위한 연구 자료와 통계적 근거를 바탕으로 저자의 의견을 제시하기 때문에 연구 자료와 근거가 낡았으면 주장이 힘이 떨어 진다.

 

그렇기 때문에 문제가 여전하다면 새로운 자료와 근거를 가지고 주장한느 2020년에 맞는 책으로 다시 업데이트를 해 줘야 한다. 

 

이 책 이후에 에너지를 사업으로 보는 책은 거의 읽지는 않은 것 같다.

다만 에너지 자체에 대한 관심은 가끔 충전을 하고 있다.