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오로라는 어떻게 나타날까?

오로라는 라틴어로 '새벽'이라는 뜻을 지닌 새벽의 신 아우로라에서 그 이름이 유래되었습니다. 많은 이들의 버킷 리스트에 오르는 이 신비로운 현상은 태양에서 방출된 플라스마 입자가 지구 자기장을 따라 대기로 진입하며 공기 분자와 충돌할 때 발생합니다. 이때 발생하는 빛은 고도와 기체 종류에 따라 다채로운 색을 띠게 됩니다. 가장 흔한 녹색은 낮은 고도의 산소 원자와 만날 때 나타나며, 고도가 높아지면 적색으로 변하고 질소와 충돌하면 청색이나 분홍색의 빛을 발산하며 밤하늘을 수놓습니다. 오로라를 제대로 관찰하기 위해서는 강력한 태양풍과 맑은 날씨라는 두 가지 핵심 조건이 충족되어야 합니다. 태양풍은 태양 흑점 폭발이 일어날 때 더욱 강해지는데, 흑점은 주변보다 온도는 낮지만 자기 활동은 매우 강력한 영역입니다. 약 11년을 주기로 반복되는 이러한 태양 활동은 지구의 통신 장비나 GPS 시스템에 영향을 주기도 하지만, 동시에 장엄한 오로라를 만들어내는 원천이 되기도 합니다. 따라서 오로라는 단순한 시각적 아름다움을 넘어 태양 에너지를 생생하게 보여주는 지표라고 할 수 있습니다. 태양은 오로라뿐만 아니라 지구 생명체 유지를 위한 근본적인 에너지를 공급합니다. 매 순간 막대한 양의 태양 복사 에너지가 지구로 전달되며, 이는 대기와 해류의 순환을 돕고 생태계의 기원이 됩니다. 현대 인류는 이러한 태양 에너지를 단순히 수용하는 것을 넘어, 태양광과 태양열은 물론 풍력과 수력 등 다양한 재생 가능 에너지원으로 활용하고 있습니다. 자연이 그려내는 오로라의 경이로움을 과학적 원리와 함께 이해한다면, 태양이라는 거대한 에너지원이 우리 삶과 지구 환경에 얼마나 깊숙이 관여하고 있는지 더욱 깊이 체감하게 될 것입니다.

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[모두의 무탄소마블 - ⓶] 미래 도시의 전기는 이렇게 움직입니다⚡ 전력망과 에너지 저장 기술

탄소 중립을 위한 에너지 관리의 핵심은 지능형 전력망(스마트 그리드)에 있습니다. 이 기술은 전력의 수요와 공급을 실시간으로 파악하고 최적화하며, 전력망 곳곳에 설치된 센서와 스마트 미터를 활용해 전압과 주파수 같은 상태를 정밀하게 모니터링합니다. 만약 전력 수요가 급증하거나 예상치 못한 고장이 발생하더라도 지능형 전력망이 스스로 전력 경로를 변경하거나 발전소 출력을 조절하여 계통의 안정성을 확보합니다. 이는 전력망을 보다 유연하고 안전하게 운영할 수 있도록 돕는 디지털 교통경찰과 같은 역할을 수행합니다. 불규칙한 재생 에너지의 한계를 극복하기 위해서는 에너지를 저장했다가 필요할 때 꺼내 쓰는 에너지 저장 시스템(ESS)이 필수적입니다. 리튬 이온 전지나 슈퍼 커패시터를 활용한 단주기 저장 장치는 순간적인 전력 변화를 잡아내며, 4시간 이상의 대용량 저장이 가능한 장주기 장치는 장기적인 에너지 변동성에 대응합니다. 또한 전기차에서 사용된 후 수명이 다한 사용 후 배터리를 폐기하지 않고 재사용하거나 재제조하는 기술도 주목받고 있습니다. 현재 주요 기관과 기업들은 이러한 사용 후 배터리의 성능 및 안전성을 평가하는 실증 사업을 통해 자원 순환 체계를 구축하고 있습니다. 앞으로는 전기를 열이나 가스 등 다른 형태의 에너지로 변환하여 사용하는 섹터 커플링 기술이 더욱 중요해질 전망입니다. 잉여 전기로 물을 데워 난방에 쓰는 P2H, 물을 분해해 청정 수소를 만드는 P2G, 그리고 주차된 전기차를 배터리로 활용해 전력망에 공급하는 V2G 기술이 대표적인 사례입니다. 이외에도 콘크리트를 가열해 열을 저장했다가 다시 전력을 생산하는 열에너지 저장 시스템(TES)처럼 에너지를 관리하는 방법은 점차 다양해지고 있습니다. 이러한 혁신적인 에너지 통합 시스템은 탄소 중립 사회로 나아가는 시계를 더욱 빠르게 앞당기는 핵심 동력이 될 것입니다.

국가녹색기술연구소모두의 무탄소 마블🗺️

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상상 그 이상의 기술, 우리의 미래를 책임질 태양에너지! 필수시청! [에너지FM #3]

태양광 발전은 친환경 에너지의 핵심으로 주목받고 있지만, 설치 환경에 따른 내구성에 대해 우려하는 목소리가 적지 않습니다. 특히 해안 지역에서는 염분으로 인한 부식이나 강력한 태풍에 의한 파손을 걱정하곤 합니다. 하지만 국내에 유통되는 태양광 패널은 엄격한 염수 분무 시험을 통과해야 하며, 건축법상 내풍 설계 기준을 적용해 초속 60m의 강풍에도 견딜 수 있도록 제작됩니다. 실제 해안가 설비들이 10년 이상 안정적으로 운영되고 있다는 점은 이러한 기술적 신뢰성을 뒷받침합니다. 태양광 설치의 가장 큰 동기는 경제적 이득인 전기요금 절감입니다. 일반적인 숙박 시설이나 가정에서는 사용 환경에 따라 전력 소비량의 약 70~80%를 절감할 수 있으며, 이는 가계 경제에 실질적인 도움이 됩니다. 더욱 흥미로운 점은 태양광 발전이 국가 전체의 전력 수급 구조에도 긍정적인 영향을 미친다는 것입니다. 낮 시간대 태양광 발전량이 증가하면서 과거 오후 2시경에 집중되던 전력 피크 시간이 뒤로 늦춰지는 효과가 나타나 전력망 운영의 유연성을 높여주고 있습니다. 많은 이들이 태양광 패널의 유지관리가 까다로울 것이라고 생각하지만, 사실 그 구조는 매우 단순하고 관리가 용이합니다. 우리나라는 비가 자주 내리는 편이라 자연적인 세척이 어느 정도 이루어지며, 필요에 따라 1년에 한두 번 정도 물 세척을 해주는 것만으로도 충분합니다. 최근에는 패널 청소 전용 로봇이나 드론을 활용한 원격 모니터링 기술이 발전하여 대규모 발전소도 효율적으로 관리할 수 있습니다. 25년 이상의 긴 보증 수명은 장기적인 에너지 자립을 가능하게 하는 든든한 밑바탕이 됩니다. 태양광과 태양열은 이름은 비슷하지만 에너지 활용 방식에서 확연한 차이를 보입니다. 태양광은 반도체 소자를 이용해 빛 에너지를 직접 전기로 변환하는 방식이며, 태양열은 태양의 열기를 모아 온수나 난방에 활용하거나 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 따라서 전기요금 절감이 목적이라면 태양광을 선택하는 것이 유리하고, 목욕탕이나 체육 센터처럼 온수 수요가 많은 곳에서는 태양열이 효율적입니다. 최근에는 두 기술의 장점을 결합한 하이브리드 시스템도 개발되어 환경에 최적화된 선택이 가능해졌습니다. 도심의 아파트나 고층 건물에서도 태양광은 미적인 요소와 결합하여 진화하고 있습니다. 과거의 투박한 파란색 패널에서 벗어나, 이제는 건물의 외벽과 조화를 이루는 흰색이나 무광 검정 등 다양한 색상의 건물 일체형 태양광(BIPV)이 등장했습니다. 이는 제로에너지 건축물 의무화 흐름에 발맞추어 옥상뿐만 아니라 창호나 벽면까지 발전 부지로 활용하게 해줍니다. 또한 표면 특수 처리를 통해 빛 반사로 인한 이웃의 불편을 최소화하는 등 도시 경관과 상생하는 기술적 배려가 돋보입니다. 우주는 태양광 기술이 가장 먼저 적용된 극한의 시험대이자 미래 에너지의 보고입니다. 대기가 없는 우주는 지구보다 발전 효율이 월등히 높으며, 인공위성이나 우주 정거장은 이미 태양광을 주 에너지원으로서 사용하고 있습니다. 우주에서 생산한 전기를 마이크로파나 레이저를 통해 지구로 전송하는 우주 태양광 발전 연구도 활발히 진행 중입니다. 비록 전송 효율과 안전성 문제가 남아있지만, 이는 인류가 달이나 화성에 진출하여 현지 자원을 활용하는 데 필수적인 기술이 될 것으로 전망됩니다. 향후 10년 뒤의 태양광 시장은 실리콘과 페로브스카이트를 결합한 탠덤 태양전지가 주도할 것으로 보입니다. 이 차세대 전지는 기존 실리콘 전지의 이론적 효율 한계인 30%를 뛰어넘어 35% 이상의 고출력을 목표로 합니다. 또한 유연하고 가벼운 박막 태양전지의 상용화로 굴곡진 표면이나 이동식 장비에도 자유롭게 설치할 수 있는 시대가 올 것입니다. 대한민국은 세계 최고 수준의 기술력을 보유하고 있는 만큼, 재생 에너지를 향한 선입견을 극복한다면 에너지 자립국으로 가는 길은 더욱 밝아질 것입니다.

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인류가 멸종하지 않고 살아남은 진짜 이유 | 플라즈마로 질소를 깨우다 ⚡| 과학수다회💬

인류 역사에서 식량 문제는 생존과 직결된 가장 거대한 도전 과제 중 하나였습니다. 18세기 맬서스는 인구 증가 속도를 식량 생산이 따라가지 못해 대기근이 닥칠 것이라 경고했지만, 프리츠 하버의 암모니아 합성 기술은 이 비극적인 예언을 보기 좋게 빗나가게 했습니다. 공기 중의 질소를 포집해 비료로 전환하는 이 혁신적인 기술 덕분에 현대 인류의 절반 이상이 굶주림에서 벗어나 생존할 수 있게 되었습니다. 이는 과학 기술이 단순히 지식의 영역을 넘어 인류의 삶과 문명을 지탱하는 근간이라는 사실을 명확히 보여주는 역사적인 사례로 평가받고 있습니다. 질소 고정 기술의 핵심 열쇠인 플라즈마는 고체, 액체, 기체를 넘어선 '제4의 물질 상태'라고 불립니다. 기체 상태에 강력한 에너지를 가하면 원자핵과 전자가 분리되는 현상이 발생하는데, 이처럼 고도로 활성화된 에너지를 활용하면 기존의 방식으로는 불가능했던 화학적 변화를 이끌어낼 수 있습니다. 자연 상태에서 번개가 치는 순간 공기 중의 질소 결합이 끊어져 땅으로 흡수되는 원리와 마찬가지로, 과학자들은 인공적인 번개인 플라즈마를 정교하게 제어하여 아주 강력한 결합력을 가진 질소 분자를 우리가 비료나 산업용 소재로 활용할 수 있는 형태로 변환하고 있습니다. 하지만 100년 넘게 이어져 온 기존의 암모니아 생산 방식에는 환경적인 측면에서 치명적인 약점이 존재합니다. 암모니아를 합성하기 위해 필요한 수소를 주로 천연가스 같은 화석 연료에서 추출하다 보니, 그 과정에서 막대한 양의 이산화탄소가 배출되는 것입니다. 통계에 따르면 전 세계 온실가스 배출량의 약 1~2%가 암모니아 공정에서 발생하고 있는데, 이는 탄소 중립 시대를 살아가는 인류에게 반드시 해결해야 할 새로운 과제가 되었습니다. 인류의 먹거리를 책임지는 식량 생산을 지속하면서도 지구 온난화를 막기 위해 혁신적인 질소 자원화 공정으로의 전환이 절실한 시점입니다. 이러한 환경적 문제를 근본적으로 해결하기 위해 최근 주목받는 방식이 바로 '일산화질소(NO)'를 기반으로 한 새로운 질소 고정 플랫폼입니다. 기존 방식이 암모니아를 거쳐 여러 단계를 복잡하게 통과해야 했다면, 새로운 기술은 공기 중의 질소를 직접 일산화질소로 변환하여 비료나 산업용 질산의 원료로 활용합니다. 이 방식의 가장 큰 장점은 화석 연료에서 유래한 수소를 별도로 투입할 필요가 없어 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있다는 점입니다. 모든 공정을 전기 에너지만으로 구동할 수 있어, 재생 에너지와 결합했을 때 진정한 의미의 탄소 중립 생산이 가능해집니다. 플라즈마 기술 중에서도 '아크' 방식은 전류의 직접적인 흐름을 이용해 초고온의 열원을 만들어내는 핵심적인 역할을 수행합니다. 화석 연료를 연소시켜 얻는 일반적인 열은 도달할 수 있는 온도의 한계가 명확하지만, 플라즈마는 3,000도 이상의 극도로 높은 온도를 구현할 수 있어 질소의 강한 이중·삼중 결합을 효율적으로 끊어내는 데 최적의 도구가 됩니다. 이처럼 강력한 전기 에너지를 열과 활성 화학 종으로 전환하는 기술은 기존 산업 현장의 에너지 패러다임을 화석 연료 중심에서 친환경 전기 중심으로 바꾸는 중추적인 역할을 하며 차세대 질소 산업의 기반이 되고 있습니다. 새로운 질소 활용 플랫폼은 대규모 공장 중심의 집중 생산 방식을 넘어서 지역 중심의 '분산형 생산 시스템'을 지향합니다. 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지는 생산 시점이 불규칙하다는 한계가 있지만, 상온 및 상압에서 즉각적으로 반응을 제어할 수 있는 플라즈마 공정은 이러한 에너지의 변동성에 매우 유연하게 대응할 수 있습니다. 이는 특정 지역이나 마을 단위에서 필요한 비료를 현장에서 직접 생산하는 로컬 생산 모델을 가능하게 합니다. 결과적으로 물류 비용을 절감하는 것은 물론, 대규모 중앙 집중형 시스템에 의존하지 않는 에너지 자립형 산업 생태계를 구축하는 효과를 가져옵니다. 인공지능(AI) 기술과의 결합은 이러한 미래형 질소 생산 플랫폼을 더욱 정교하고 효율적으로 완성합니다. AI는 실시간으로 변화하는 재생 에너지의 발전량을 정밀하게 예측하고, 플라즈마와 촉매 공정의 상태를 실시간으로 진단하여 에너지 낭비를 최소화하는 최적의 제어 솔루션을 제공합니다. 과학 기술이 단순히 실험실 안의 연구에 머무는 것이 아니라, 우리의 라이프스타일을 근본적으로 변화시키고 지구의 내일을 지키는 실질적인 힘으로 작용하는 것입니다. 우리가 꿈꾸는 지속 가능한 미래 사회는 이처럼 질소 자원의 혁신적 활용과 탄소 중립을 향한 끊임없는 기술적 도전 속에서 현실로 다가오고 있습니다.

국가과학기술연구회

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❌리스크 없는❌ 원자력 발전, 가능할까? | 요즘과학

에너지는 우리 일상에서 빼놓을 수 없는 존재입니다. 특히 전기를 생산하는 발전소는 현대 사회의 필수 인프라로 자리 잡고 있습니다. 여러 발전 방식 중에서도 원자력 발전은 높은 효율성과 대량의 전기 생산 능력으로 주목받아 왔습니다. 하지만 체르노빌과 후쿠시마 같은 대형 사고로 인해 원자력 발전의 위험성도 널리 알려져 있습니다. 이러한 위험을 극복하고자 최근에는 더욱 안전한 원자력 기술 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 원전의 안전성은 다양한 기계적 부품과 복잡한 시스템에 의해 유지됩니다. 그러나 예기치 못한 자연재해나 인간의 실수로 인한 사고 가능성은 완전히 배제할 수 없습니다. 방사성 물질이 외부로 유출되기까지는 여러 단계의 방호벽이 존재하지만, 사고가 발생하면 그 피해는 매우 클 수 있습니다. 이에 따라 원전의 안전성을 높이기 위한 새로운 기술이 필요하다는 목소리가 커지고 있습니다. 이러한 요구에 부응하여 등장한 것이 바로 소형 모듈 원자로(SMR)입니다. SMR은 기존 대형 원전보다 훨씬 작은 규모로, 300MWe 정도의 전기를 생산합니다. 소형화 덕분에 발생하는 열이 적고, 자연 냉각 방식으로도 충분히 안전을 유지할 수 있습니다. 또한 주요 부품을 하나의 용기에 통합해 고장이나 사고의 위험을 크게 줄였습니다. 이로 인해 SMR은 대형 원전보다 훨씬 낮은 확률로 사고가 발생할 것으로 평가받고 있습니다. SMR은 탄소 배출이 없는 발전 방식으로, 재생 에너지와의 시너지 효과가 기대됩니다. 태양광이나 풍력 등 재생 에너지는 간헐성 문제로 인해 안정적인 전력 공급이 어렵지만, SMR은 필요한 시점에 전력을 보완할 수 있습니다. 이처럼 SMR과 재생 에너지는 서로의 약점을 보완하며, 미래 에너지 시스템의 핵심 조합으로 주목받고 있습니다. 실제로 글로벌 빅테크 기업들도 SMR에 적극적으로 투자하고 있어 그 가능성이 더욱 커지고 있습니다. SMR의 상용화는 2030년대 중반을 목표로 하고 있습니다. 기존 원전과 달리 SMR은 새로운 제작 방법과 설비가 필요하며, 안전성을 검증하는 규제 절차도 새롭게 마련되어야 합니다. 이러한 과정이 시간이 걸리지만, 우리나라는 이미 높은 원자력 기술력을 바탕으로 해외 수출까지 이루고 있어 상용화에 대한 기대가 큽니다. 앞으로 SMR이 에너지 공급의 안정성과 친환경성을 동시에 실현할 수 있을지 주목됩니다.

국립과천과학관요즘과학👏

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[KIMM TV] 재생에너지 고속도로를 완성하는 차세대 대용량·장주기 에너지저장 기술 국산화 도전

태양광이나 풍력과 같은 재생 에너지는 출력이 불규칙하다는 단점이 있습니다. 이를 해결하기 위해 국내 연구진은 대용량 장주기 에너지저장시스템인 액체공기 에너지저장 기술의 핵심 기기 제작에 성공했습니다. 이 시스템은 남는 전력을 활용해 공기를 냉각하여 액체 상태로 저장해 두었다가, 전력 수요가 급증하는 시점에 이를 다시 기체로 만들어 전기를 생산합니다. 이번 성과를 통해 국내 최초로 액체공기 생산에 성공하며 에너지저장 기술의 새로운 지평을 열었습니다. 기존의 양수 발전이나 압축공기 저장 방식은 지형적 제약이 크고 환경적인 문제도 뒤따랐습니다. 하지만 액체공기 에너지저장 시스템은 액체공기를 일반적인 대기압 상태의 탱크에 저장할 수 있어 공간의 제약이 적고 설치가 매우 유연하다는 장점이 있습니다. 특히 전력 저장뿐만 아니라 냉난방이나 다양한 산업적 용도로 확장할 수 있다는 점은 큰 차별화 요소로 꼽힙니다. 지리적 한계가 뚜렷한 우리나라 환경에서 이러한 기술은 재생 에너지 보급 확대를 위한 필수적인 대안입니다. 기술적으로는 분당 10만 회 이상 회전하는 터보팽창기에 정압 베어링과 중공 구조의 회전축을 적용하여 극저온과 상온 사이의 단열을 안정적으로 유지합니다. 또한 콜드박스 내부를 우주에 가까운 초고진공 상태로 구현하고 복사 차폐막을 설치하여 외부 열 유입을 최소화했습니다. 발전 과정에서 발생하는 냉열을 공정에 다시 활용함으로써 전체 시스템의 효율을 극대화한 점도 주목할 만합니다. 연구진은 앞으로 산업 현장에 이를 실증 적용함으로써 상용화를 앞당기고 에너지 안보에 기여할 계획입니다.

한국기계연구원[KIMM TV]

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2024년을 빛낸 KIER의 연구성과를 한눈에!

대한민국 에너지 기술의 중심인 한국에너지기술연구원은 촉매 연구의 자동화를 실현한 스마트 실험실을 구축하며 연구 현장의 혁신을 이끌고 있습니다. 특히 기존 공정 압력의 3분의 1 수준으로 고순도 암모니아를 생산하는 저압 암모니아 합성 촉매 기술은 비용과 에너지를 획기적으로 절감하는 성과를 거두었습니다. 나아가 암모니아를 활용한 청정 수소 생산 기술과 블루수소 생산의 핵심인 이산화탄소 포집 소재 개발은 탄소중립 실현을 위한 강력한 발판이 되고 있습니다. 이러한 기술력은 국제 표준을 충족하는 고순도 수소 공급을 가능하게 하여 미래 수소 경제를 선도할 전망입니다. 차세대 태양광 분야에서도 독보적인 성과가 이어졌습니다. 세계 최고 효율을 경신한 반투명 페로브스카이트 태양전지는 안정성까지 확보하며 건물 창호나 탠덤 태양전지 적용 가능성을 높였습니다. 또한 인공지능 기반의 건물 에너지 관리 플랫폼은 실시간 상태 관리로 에너지 비용을 절감하며 효율적인 자원 운용을 돕습니다. 여기에 88kW급 고체산화물 수전해 전지 스택 개발과 나노촉매 코팅 기술의 혁신은 수소 생산 및 변환 장치의 성능을 한 단계 끌어올렸으며, 이는 국내 수소 기술의 자립도를 높이고 경쟁력 강화에 크게 기여하는 핵심 동력이 되고 있습니다. 환경 문제 해결을 위한 자원 순환 기술도 주목받고 있습니다. 가축 분뇨를 하루 만에 바이오차로 전환하는 공정은 축산 분야의 온실가스 배출을 방지하는 혁신적인 해법을 제시했습니다. 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 고부가가치 물질인 카로티노이드로 전환하는 미생물 전기합성 기술과 반도체 공정의 온실가스를 무해한 공기로 바꾸는 에그셸 구조 촉매 기술도 놀라운 성과입니다. 특히 산업 폐기물인 레드머드를 활용해 온실가스 냉매를 분해하는 기술은 처리 비용 절감과 환경 보호라는 두 마리 토끼를 잡으며 지속 가능한 순환 경제의 모델을 보여주고 있습니다. 미래 모빌리티와 에너지 저장을 위한 배터리 기술 혁신도 눈부십니다. 세계 최초로 전고체 전지 설계의 범용적 방법론을 제시한 '솔리드 엑셀' 툴킷은 관련 산업과 학계에 새로운 가이드라인을 제공했습니다. 또한 영하 20도의 저온에서도 높은 성능을 유지하는 금속-유기 하이브리드 전극 소재 'KIER-5'와 수명을 10배 이상 향상시킨 친환경 수계 아연전지는 배터리 기술의 한계를 넘어서고 있습니다. 비올로겐을 활용해 경제성을 높인 레독스 흐름 전지 소재 기술은 대용량 에너지 저장 장치의 상용화를 앞당기며 재생에너지 전력망의 안정성을 뒷받침할 것으로 기대됩니다. 한국에너지기술연구원은 도시 전체의 에너지 효율을 높이는 AI 기반 도시 전기화 기술과 해조류를 활용한 차세대 바이오 항공유 생산 기술로 미래 에너지 영토를 확장하고 있습니다. 국가 에너지 정책 수립의 지표가 될 'KIER-TIMES' 모델은 탄소중립 시나리오 분석의 정밀도를 높여 합리적인 전략 수립을 지원합니다. 폐배터리를 상온에서 간편하게 복원하는 친환경 재활용 공정과 플라스틱을 미생물 먹이로 전환해 다시 원료로 만드는 융합 기술은 자원 고갈 문제의 실질적인 대안이 되고 있습니다. 이러한 융합과 혁신의 성과들은 대한민국이 글로벌 에너지 강국으로 도약하는 든든한 밑거름이 될 것입니다.

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기후위기 대응-데이터=0, 진짜는 데이터다..🔥l 한국 정부의 R&D 투자현황 분석✔️ㅣ 2024 녹색기술 리포트

기후위기는 이제 머나먼 미래의 이야기가 아닌 우리 삶의 현실로 다가왔습니다. 이러한 위기를 극복하고 지속 가능한 성장을 이루기 위해 데이터의 역할은 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 단순한 수치나 숫자를 넘어 온실가스 영향을 이해하고 재생에너지 기술을 개발하는 모든 의사결정의 기초가 되기 때문입니다. 국가녹색기술연구소는 기후위기 대응 연구의 중심에 데이터를 두고 있으며, 방대한 정보를 체계적으로 관리하여 혁신의 발판을 마련하는 데 모든 역량을 집중하고 있습니다. 정부의 연구개발(R&D) 투자 현황을 살펴보면 기후기술에 대한 국가적 의지를 확인할 수 있습니다. 지난 2022년 한 해에만 약 3조 973억 원의 예산이 기후기술 분야에 투자되었으며, 이 중 상당 부분이 온실가스 감축을 위한 연구에 집중되었습니다. 특히 수소와 태양광 같은 에너지 생산 기술은 가장 큰 비중을 차지하며 미래 에너지 전환의 핵심 동력으로 자리 잡았습니다. 이러한 정밀 분석을 통해 자원을 효과적으로 배분하고 민간 부문과의 협력을 가속화하여 기술 발전을 앞당길 수 있습니다. 전 세계적인 기후기술 동향을 실시간으로 파악하기 위해 구축된 CTiS 플랫폼은 정책과 사업 현황을 아우르는 종합 정보 플랫폼 역할을 합니다. 사용자는 이 플랫폼을 통해 글로벌 기후 동향과 기술 발전 속도를 신속하게 파악할 수 있으며, 복잡한 통계 분석 데이터를 쉽고 빠르게 습득할 수 있습니다. 사용자 중심의 인터페이스를 갖춘 이 플랫폼은 지속적인 기능 개선을 거치며 연구자뿐만 아니라 정책 결정자들이 기후변화에 효과적으로 대응할 수 있도록 돕는 필수적인 인프라로 성장하고 있습니다. PLANET 플랫폼은 기후위기 대응을 위해 다양한 기술과 지식을 통합하는 융복합 데이터 시스템입니다. 기술 인벤토리부터 지자체별 에너지 계획, 지역별 온실가스 배출량까지 상세한 정보를 제공하여 각 지역 특성에 맞는 탄소중립 해결책을 제시합니다. 나아가 기존 플랫폼들을 유기적으로 연계한 데이터 아카이브를 구축하여 국제 협력을 위한 정책 지원 체계를 완성하고자 합니다. 이러한 정보 인프라의 확장은 향후 국가 차원의 정교한 기후기술 전략을 수립하는 데 있어 중추적인 기여를 할 것으로 기대됩니다. 데이터 분석 기법의 발전은 보이지 않는 주제를 찾아내는 단계에 이르렀습니다. 텍스트 마이닝 기법 중 하나인 토픽 모델링을 활용하면 전 세계 각국이 수립한 2050 저탄소 발전전략 속에서 핵심적인 기후기술 토픽을 자동으로 추출해낼 수 있습니다. 이는 국가별 관심사를 정밀하게 탐색하고 국제 협력의 올바른 방향성을 설정하는 데 유용한 지표가 됩니다. 불확실한 미래를 밝히는 등불과 같은 데이터는 앞으로도 기후위기 극복과 혁신을 이끄는 핵심 열쇠가 될 것이며, 지속 가능한 내일을 열어가는 밑거름이 될 것입니다.

국가녹색기술연구소2024 녹색기술 리포트🗒️

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공학·기술

파리협정은 잘 지켜지고 있을까?🤔ㅣ파리협정 그 이후, 각국의 이행 현황과 협력방안의 현주소 ㅣ 2024 녹색기술 리포트

2015년 파리협정 이후 세계 각국은 온실가스 감축과 지구 온난화 완화를 위해 공동의 노력을 기울이고 있습니다. 하지만 개별 국가의 역량만으로는 한계가 있기에, 국가 간의 기술적·경제적 격차를 극복하기 위한 국제협력이 필수적인 과제로 떠올랐습니다. 우리나라는 양자 기후변화 협력 기본 협정을 체결하며 국제 감축 목표 달성을 위한 기반을 꾸준히 확장하고 있습니다. 특히 과학기술정보통신부의 외교 채널과 기후기술센터네트워크(CTCN) 대한민국 협력 연락 사무소를 거점으로 활용하여 기술 협력을 더욱 구체화하고 있는 상황입니다. 한국과 영국의 협력 사례는 분산에너지 기술 분야에서 두드러진 성과를 보여줍니다. 분산에너지는 수요지 인근에서 필요한 에너지를 생산하여 에너지 효율을 높이고 전력 전송 손실을 최소화하는 핵심 기술입니다. 양국은 한국의 분산 시스템 구성 기술과 영국의 재생에너지 기술을 결합하여 기술 상용화를 위한 플랫폼 구축을 추진하고 있습니다. 실제로 대전과 글래스고 지역 간의 프로젝트 설계를 통해 분산형 재생에너지 통합 플랫폼의 실증을 목표로 하고 있으며, 이는 향후 동남아시아 시장으로의 확장 가능성까지 염두에 둔 전략적 행보입니다. 수소 경제로의 전환을 준비하는 과정에서도 국제적인 전략 비교와 협력이 중요하게 작용합니다. 일본과 한국은 수소 시장의 주도권을 확보하기 위해 기술 표준화와 다자간 협력의 중요성을 인식하고 있습니다. 하지만 분석 결과에 따르면 우리나라는 기술적 전문성에도 불구하고 국제 사무국 운영이나 협상 현장에서의 참여도가 상대적으로 낮은 편입니다. 따라서 한국의 정책적 의지를 국제 사회에 효과적으로 반영하기 위해서는 기술적 강점뿐만 아니라 국제 협상력을 갖춘 전문 인력을 양성하고 사무국 운영 등에 활발히 참여하는 실질적인 대응책이 필요합니다. 프랑스의 기후 적응 사례는 우리에게 중요한 시사점을 제공합니다. 프랑스는 이상 기후를 경제 성장을 위협하는 핵심 요인으로 간주하고, 도시 단위의 대응 체계를 적극적으로 구축하고 있습니다. 우리나라도 이러한 선진 사례를 참고하여 비관적인 시나리오를 가정한 도시 부문 기후 적응 정책과 R&D 프로그램을 추진할 필요가 있습니다. 이는 제1차 글로벌 이행 점검(GST) 결과와도 맞물려 있습니다. 5년마다 이루어지는 이행 평가 결과에 따라, 시스템적 전환을 가능하게 하는 전략적 기술 협력과 신기술 혁신 개발의 가속화가 그 어느 때보다 중요해졌기 때문입니다. 탄소중립 목표 달성을 위해 전 세계 정책 흐름을 분석하고 이를 R&D 투자와 연계하는 전략 마련이 필수적입니다. 국제 사회에서 기술 개발 및 이전 노력을 강조하는 국가 보고서를 제출하여 협력 성과를 명확히 드러내고, 유관 부처 간의 긴밀한 협조 체계를 유지해야 합니다. 기후변화 대응을 위한 국가 간 협력은 단순히 기술 발전을 넘어 전 지구적 위기를 해결하는 중요한 윤활유이자 발판이 됩니다. 지속 가능한 미래를 향한 양자 국제협력은 앞으로 더욱 강화될 것이며, 이는 우리 경제의 새로운 성장 동력이자 인류 공통의 과제를 해결하는 열쇠가 될 것입니다.

국가녹색기술연구소2024 녹색기술 리포트🗒️

지구환경과학
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공학·기술

똑같은 정책은 가라, 이젠 정책도 맞춤형 시대ㅣ보령부터 울산까지 17개 지자체별 특별한 탄소중립 기본계획🗒️ㅣ 2024 녹색기술 리포트

대한민국은 2015년 기후위기 대응을 위해 2030년까지 온실가스를 40% 감축하겠다는 국제적 약속을 발표했습니다. 이를 실현하기 위해 탄소중립 및 녹색성장 기본계획이 수립되었으며, 국가 단위의 계획뿐만 아니라 17개 지방자치단체별 시·도 탄소중립 기본계획도 함께 추진되고 있습니다. 현재 우리나라의 재생에너지 비중은 OECD 국가 중 최하위 수준으로, 화석연료 의존도를 낮추는 것이 시급한 과제입니다. 하지만 지자체는 재정적 어려움과 법적 한계로 인해 독자적인 계획 수립에 난항을 겪고 있어, 지역별 특성에 맞춘 에너지 정책 수립과 중앙정부의 체계적인 지원이 절실한 시점입니다. 국가녹색기술연구소는 국내 화력발전소의 절반이 밀집한 충청남도 보령시와 협력하여 에너지 산업 정책 컨설팅을 진행했으며, 최대 중공업 단지가 위치한 울산광역시와도 손을 잡았습니다. 연구소는 이들 지역의 녹색산업 생태계 현황과 기술 수용성, 그리고 경제적 편익을 정량적으로 분석하여 향후 나아갈 방향을 구체적으로 제시했습니다. 이러한 분석 자료는 지역 특색에 맞는 탄소중립 모델을 구축하는 데 기여하며, 특히 중앙정부가 법적·재정적 기반 마련을 지원해야 한다는 정책적 시사점을 제공하여 실질적인 변화를 이끌어내는 마중물 역할을 하고 있습니다. 성공적인 녹색 전환을 위해서는 기술적인 진보뿐만 아니라 시민 참여와 지역사회 협력이 무엇보다 중요합니다. 선진국 사례에 따르면, 화력발전소 폐쇄와 같은 급격한 에너지 전환 과정에서 근로자의 고용 안정과 지역 경제 위축을 방지하기 위한 교육 및 재정 지원 프로그램이 필수적입니다. 국가녹색기술연구소는 보령과 울산 시민들의 인식을 제고하고 자발적인 참여를 유도함으로써, 누구도 소외되지 않는 '정의로운 전환'을 실현하고자 노력하고 있습니다. 지역 주민과 소통하며 기후위기에 공동으로 대응하는 가치 중심의 연구는 대한민국 녹색산업 생태계의 기반을 더욱 탄탄하게 다지는 원동력이 되고 있습니다.

국가녹색기술연구소2024 녹색기술 리포트🗒️

지구환경과학
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미생물도 사회가 있다면...? 극N 박사님들과 함께하는 과학 지식 수다! | KIER 토크쇼 1부

최근 치솟는 전기 요금과 기후 위기 속에서 에너지를 직접 생산해 사용하려는 자급자족형 시스템에 대한 관심이 어느 때보다 뜨겁습니다. 그 중심에 있는 기술이 바로 연료전지입니다. 기존의 화력 발전은 화석 연료를 태워 열에너지를 만들고 이를 다시 기계 에너지로 바꾸는 복잡한 과정을 거치며 상당한 에너지 손실이 발생하지만, 연료전지는 화학 에너지를 곧바로 전기 에너지로 변환합니다. 이러한 직접적인 변환 방식 덕분에 높은 에너지 효율을 자랑하며, 전기를 생산함과 동시에 온수까지 얻을 수 있어 가정용 미래 에너지원으로 주목받고 있습니다. 이미 연료전지는 우리 곁에 현실로 다가와 있습니다. 일본의 경우 2009년부터 '에네팜'이라는 가정용 연료전지 보급 사업을 적극적으로 추진하여 이미 50만 대 이상의 보급 실적을 달성했습니다. 이는 수천만 그루의 나무를 심는 것과 맞먹는 이산화탄소 저감 효과를 가져옵니다. 한국 역시 과거부터 보급 사업을 진행해 왔으나, 아파트 위주의 대규모 주거 단지가 많은 국내 특성상 소규모보다는 더 큰 용량의 시스템이 필요합니다. 따라서 우리나라는 주거 환경에 최적화된 규모를 설정하고 자국 기술을 바탕으로 한 현명한 보급 전략을 세워야 할 시점입니다. 연료전지의 진정한 가치는 탄소 중립을 위한 청정 수소의 활용에 있습니다. 현재는 천연가스를 기반으로 수소를 얻는 과정에서 이산화탄소가 발생한다는 한계가 있지만, 궁극적으로는 이산화탄소 배출이 없는 청정 수소를 저렴하게 공급하는 것이 관건입니다. 수소는 도시가스보다 에너지 밀도가 약 세 배나 높기 때문에 생산 단가를 일정 수준 이하로 낮출 수 있다면 충분한 경제성을 확보할 수 있습니다. 2050년까지 수소 생산 단가를 kg당 3,000원 수준으로 낮추는 목표가 실현된다면 누구나 가정에서 저렴하고 깨끗한 에너지를 사용할 수 있게 될 것입니다. 전기화학 기술에 미생물의 대사 작용을 결합하면 폐기물 처리와 에너지 생산이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있습니다. 특정 유기물을 분해하며 전자를 방출하는 미생물의 특성을 발전 시스템에 적용한 것인데, 이는 단순히 환경 정화에 그치지 않고 지속 가능한 동력을 확보하는 수단이 됩니다. 미생물은 유기물뿐만 아니라 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환하는 촉매로도 활용될 수 있어 그 응용 분야가 매우 넓습니다. 다양한 미생물들이 상호작용하는 복잡한 사회를 구축하여 수소를 추출하는 방식은 탄소 중립 시대를 이끌 핵심적인 원천 기술로 평가받고 있습니다. 탄소 중립 달성을 위해서는 재생에너지의 간헐성을 극복할 수 있는 저장 기술이 필수적입니다. 수소는 잉여 전력을 화학 에너지 형태로 장기간 저장할 수 있어 배터리의 자연 방전 한계를 보완하는 훌륭한 저장 매체가 됩니다. 특히 에너지를 해외에서 수입해야 하는 우리나라의 현실에서 수소는 배터리보다 무게 대비 운송 효율과 경제적 이점이 뛰어납니다. 대용량 부하를 담당하는 수소 가스 터빈과 분산 발전에 적합한 연료전지가 상호 보완적으로 작동한다면, 지능형 에너지 관리 시스템을 통해 더욱 견고하고 효율적인 미래 에너지 네트워크를 구축할 수 있을 것입니다.

한국에너지기술연구원

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에너지전환은 정말 유명한 기후변화 해결책임.. ✅l 기후변화에 대응하는 글로벌기술 전략&정책, 5분 요약해드립니다. ㅣ 2024 녹색기술 리포트

전 지구적 과제인 기후변화를 해결하기 위한 핵심 열쇠는 화석연료 중심의 체계를 재생에너지로 바꾸는 에너지 전환에 있습니다. 국가녹색기술연구소의 분석에 따르면, 한국과 유사하게 제조업 비중이 높은 독일은 에너지 전환 정책을 매우 강력하게 추진하고 있습니다. 특히 독일은 수소 기술과 이산화탄소 포집·활용·저장(CCUS) 기술에 대규모 집중 투자를 단행하고 있습니다. 이는 온실가스가 대기로 배출되기 전 유용한 물질로 전환하여 활용하는 방식으로, 산업 부문의 탄소 감축을 실현하려는 독일 정부의 의지가 반영된 결과로 풀이됩니다. 프랑스와 미국 또한 각국의 상황에 맞춰 차별화된 에너지 전략을 구사하고 있습니다. 프랑스는 원자력 발전의 중요성을 강조하며 관련 부문의 공공 지출을 대폭 늘리는 한편, 에너지 신기술에 대한 지원도 아끼지 않아 원전과 재생에너지의 조화를 꾀하고 있습니다. 미국은 수송과 건물 부문의 탈탄소화에 집중하며 전기차 보급 확대, 배터리 혁신, 그리고 건물의 에너지 효율 향상을 주요 목표로 설정했습니다. 이처럼 주요 선진국들이 선택한 각기 다른 경로를 분석하는 일은 우리나라가 독자적인 에너지 이정표를 세우는 데 있어 매우 중요한 기초 자료가 됩니다. 해외 주요국의 성공적인 정책 사례는 국내 에너지 정책 수립에 정교한 시사점을 제공합니다. 수소 분야의 강점을 가진 우리나라도 독일의 사례를 참고해 더욱 체계적인 대응 전략을 검토해야 하며, 프랑스처럼 원자력과 재생에너지 연구개발(R&D) 투자가 균형을 이룰 수 있도록 지속적으로 관리해야 합니다. 또한 수송 부문의 탈탄소화와 건물 에너지 효율 향상을 위한 정부 차원의 적극적인 재정 투자와 정책 지원 역시 시급합니다. 이러한 꼼꼼한 연구와 분석을 토대로 나아갈 길을 명확히 할 때, 우리는 시행착오를 줄이고 탄탄한 에너지 전환의 미래로 발을 내디딜 수 있을 것입니다.

국가녹색기술연구소2024 녹색기술 리포트🗒️

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태양광 경쟁력 업그레이드할 수 있을까? | 연구원 팩트체크

태양광 에너지는 2050년 탄소 중립을 실현하기 위한 가장 핵심적인 에너지원으로 주목받고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)는 미래 에너지 믹스의 약 26%를 태양광이 차지할 것으로 전망하며 그 중요성을 강조하고 있습니다. 이에 따라 기존 실리콘 태양전지의 효율 한계를 극복하기 위한 초고효율 탠덤 태양전지와 차세대 박막 태양전지 기술 개발이 활발히 이루어지고 있습니다. 이러한 기술들은 친환경성과 지속 가능성뿐만 아니라 뛰어난 경제성을 갖추고 있으며, 냉각수를 사용하지 않아 햇빛이 닿는 곳이라면 어디든 설치가 가능하다는 독보적인 장점을 지니고 있습니다. 태양광 발전의 확산과 함께 폐기물 처리에 대한 우려도 제기되지만, 현재의 기술은 태양광 패널의 95% 이상을 재활용할 수 있는 수준에 도달해 있습니다. 이미 충북 진천에는 대규모 태양광 재활용 센터가 구축되어 있어, 향후 발생할 폐패널 처리 의무량을 상회하는 충분한 수용 능력을 확보하고 있습니다. 또한 흔히 오해하기 쉬운 전자파 문제의 경우, 태양전지에서 발생하는 양은 실내 가전제품보다도 적어 인체에 전혀 무해한 수준입니다. 이처럼 철저한 자원 순환 체계와 과학적으로 입증된 안전성을 바탕으로 태양광은 가장 신뢰할 수 있는 청정 에너지로서 그 입지를 더욱 굳건히 다지고 있습니다. 글로벌 태양광 시장에서 특정 국가의 독주를 견제하고 국내 산업의 경쟁력을 확보하기 위해서는 국가 차원의 전략적인 지원과 협력 플랫폼이 필요합니다. 이를 위해 설립된 태양광 기업 공동활용 연구센터는 기업들의 요구사항을 반영하여 원천 기술부터 제품화에 이르는 전 과정을 지원합니다. 초고효율 탠덤 태양전지 개발이라는 공동의 목표 아래, 산·학·연 전문가들이 협심하여 소재와 부품, 장비까지 아우르는 견고한 산업 생태계를 조성해 나가고 있습니다. 이러한 통합 연구 플랫폼을 통해 확보한 고효율 기술력은 대한민국이 탄소 중립 목표를 달성하고 세계 태양광 시장을 선도하는 강력한 동력이 될 것입니다.

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지역사회의 중심에서 🔋에너지 자급자족을 외치다📣 흩어져야 사는 분산에너지ㅣ요즘과학

우리나라의 전력 체계는 대규모 발전소에서 생산한 전기를 장거리 송전망을 통해 전달하는 중앙 집중형 전력 체계를 취해왔습니다. 하지만 최근 주목받는 분산 에너지 시스템은 에너지가 필요한 지역에서 직접 전력을 생산하고 소비하는 지역 단위의 에너지 체계를 의미합니다. 이는 전력 수요와 공급을 해당 지역 내에서 자체적으로 해결함으로써 전체 전력망의 안정성을 높이는 데 기여합니다. 중앙 집중형 전력 체계에서 발생할 수 있는 갑작스러운 전력 수급 불균형 문제를 완화하고, 지역 특성에 맞는 유연한 에너지 관리가 가능하다는 점이 분산 에너지 시스템의 핵심적인 특징이자 장점이라고 할 수 있습니다. 분산 에너지 시스템 도입이 가속화되는 주요 원인 중 하나는 폭발적인 전력 수요의 증가와 기후 위기 대응입니다. 특히 인공지능 기술의 발전으로 데이터 센터의 전력 소비량이 급증하면서 기존의 발전 방식만으로는 한계에 부딪히고 있습니다. 또한 전 세계적인 탄소 중립 흐름과 RE100 협약에 따라 재생 에너지 사용 비중을 높여야 하는 상황입니다. 재생 에너지는 소규모 발전 시설이 넓은 지역에 분산되어 설치되는 특성이 있어, 이를 효율적으로 활용하기 위해서는 기존의 중앙 집중형 전력 체계에서 벗어나 지역별로 독립적인 에너지 생산 및 소비 구조를 갖추는 분산 에너지 시스템으로의 전환이 필수적입니다. 재생 에너지는 기상 조건에 따라 발전량이 변하는 변동성 문제를 안고 있습니다. 이를 해결하기 위해 분산 에너지 시스템에서는 다양한 에너지 저장 기술을 활용합니다. 남는 전기를 수소로 변환해 저장하는 P2G, 전기차 배터리를 전력망에 연결하는 V2G, 그리고 남는 전력으로 물을 끓여 열에너지를 보관하는 P2H 등이 대표적입니다. 이러한 기술들은 전력이 과잉 생산될 때는 에너지를 저장하고, 부족할 때는 다시 공급함으로써 전력 수급의 균형을 맞추는 역할을 합니다. 이는 재생 에너지의 간헐성을 보완하여 안정적인 전력 공급을 가능하게 하며, 에너지 자원의 효율성을 극대화하는 중요한 기반이 됩니다. 정보통신기술(ICT)과 인공지능(AI)의 결합은 분산 에너지 시스템을 하나의 거대한 발전소처럼 운영할 수 있게 합니다. 이를 '통합 발전소(VPP)'라고 부르는데, 여기저기 흩어져 있는 소규모 재생 에너지 시설들을 실시간으로 모니터링하고 관리하는 통합 발전소(VPP)입니다. 인공지능은 기상 정보와 과거의 전력 소비 패턴을 분석하여 에너지 생산량과 수요를 정밀하게 예측합니다. 이를 통해 전력을 미리 저장하거나 적절히 분배함으로써 전력망의 효율성과 신뢰도를 획기적으로 높일 수 있습니다. 결과적으로 첨단 기술을 활용한 통합 발전소(VPP)는 분산 에너지 시스템이 가진 물리적 한계를 극복하고 안정적인 에너지 생태계를 구축하는 핵심 동력이 됩니다. 2024년 6월부터 시행되는 '분산 에너지 활성화 특별법'은 우리 사회의 에너지 구조뿐만 아니라 지역 균형 발전에도 큰 변화를 가져올 전망입니다. 이 법안은 전력 계통의 상황에 따라 지역별로 차등화된 전기 요금을 적용할 수 있는 근거를 마련하고 있습니다. 발전 시설이 밀집해 전력 자급률이 높은 지역은 요금 혜택을 받을 수 있는 반면, 외부 공급에 의존하는 지역은 상대적으로 높은 비용을 부담하게 될 수 있습니다. 이러한 변화는 전력 소비가 많은 첨단 산업 기업들이 지방으로 이전하는 유인책이 되어, 수도권 집중 현상을 완화하고 지역 경제를 활성화하는 등 사회 전반에 걸쳐 긍정적인 파급 효과를 미칠 것으로 기대됩니다.

국립과천과학관요즘과학👏

지구환경과학
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[강연] 탄소 중립을 위한 화학의 도전_by황윤정 l 31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래" | 3강

지속 가능한 사회란 과학 기술의 발전이 가져온 편리함과 그로 인한 부작용 사이의 균형을 찾는 과정에서 시작됩니다. 특히 기후 변화는 인류가 직면한 가장 시급한 과제로, 이를 해결하기 위해 '탄소 중립'이라는 개념이 등장했습니다. 이는 배출되는 이산화탄소의 양과 흡수 및 제거되는 양을 같게 하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 상태를 의미합니다. 단순히 탄소를 멀리하는 것이 아니라, 발생한 탄소를 어떻게 다시 활용하고 순환시킬 것인지에 대한 과학적 책임감이 요구되는 시점입니다. 1890년대 물리화학자 아레니우스는 대기 중 이산화탄소가 지표면 온도에 미치는 영향을 처음으로 논문화했습니다. 당시에는 온실효과가 식량 증산에 도움이 되는 축복으로 여겨졌으나, 산업화 이후 화석 연료 사용이 급증하며 상황은 반전되었습니다. 지난 150년간 이산화탄소 농도와 지표면 온도의 급격한 상승 사이의 상관관계가 명확히 입증되었고, 이는 더 이상 자연 현상이 아닌 인류의 활동에 의한 결과임이 확인되었습니다. 이제 적당함을 넘어선 탄소는 인류의 생존을 위협하는 재앙으로 다가오고 있습니다. 한국은 세계 10위권 안에 드는 탄소 배출국으로, 산업 구조상 철강, 석유화학, 반도체 등 에너지 집약적 산업이 경제를 이끌고 있습니다. 이러한 구조에서 무조건적인 탄소 감축은 경제 성장에 큰 타격을 줄 수 있기에, 각 산업 특성에 맞는 전략적인 중립 기술 개발이 필수적입니다. 단순히 에너지를 절약하는 차원을 넘어, 화석 연료를 대체할 재생 에너지를 도입하고 기존 공정을 혁신하는 10대 핵심 기술 선정이 이루어진 이유도 여기에 있습니다. 경제와 환경이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 과학적 도전이 시작된 것입니다. 재생 에너지 분야에서는 태양광과 수소가 핵심적인 역할을 합니다. 특히 한국 연구진이 강점을 가진 페로브스카이트 태양전지는 기존 실리콘 태양전지보다 높은 효율을 목표로 하며, 유연하고 가벼운 특성을 활용해 건물 외벽 등 다양한 곳에 적용될 수 있습니다. 또한 물을 분해하여 수소를 얻는 수전해 기술은 이산화탄소 배출이 없는 청정 에너지 순환 구조를 완성하는 열쇠입니다. 비싼 백금 촉매를 대체할 저렴하고 효율적인 소재를 개발하려는 노력은 에너지 저장과 활용의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 탄소 중립의 실질적인 완성은 이미 배출된 탄소를 포집하고 활용하는 CCUS 기술에 달려 있습니다. 이산화탄소를 단순히 저장하는 것에 그치지 않고, 이를 원료로 삼아 플라스틱, 시멘트, 혹은 연료로 전환하는 기술은 탄소 순환 사회의 핵심입니다. 현재는 경제성이나 기술적 난이도 면에서 초기 단계에 머물러 있지만, 2050년까지 전 세계 감축량의 상당 부분을 담당할 것으로 기대됩니다. 공기 중의 기체를 잡아 고부가가치 화합물로 바꾸는 이 연금술 같은 과정은 화학이 인류에게 선사할 새로운 미래입니다. 과학의 역사는 수많은 실패와 도전 끝에 얻어진 결과물입니다. 20세기 초 인류의 식량 문제를 해결한 암모니아 합성법인 하버-보슈법이 대표적인 사례입니다. 당시 많은 과학자가 재현 실패와 폭발 사고 등의 위험으로 연구를 포기했으나, 끝까지 수천 번의 촉매 탐색을 멈추지 않았던 끈기가 오늘날의 풍요를 만들었습니다. 탄소 중립 역시 지금은 불가능해 보이는 난제일 수 있지만, 과거의 사례처럼 데이터가 쌓이고 기술적 돌파구가 마련된다면 인류는 다시 한번 위기를 기회로 바꿀 수 있을 것입니다. 미래의 지구를 구하는 일은 특정 분야의 노력만으로는 불가능하며, 과학적 원리에 기반한 사회적 합의와 지속적인 관심이 필요합니다. 인공 광합성 장치를 통해 식물처럼 에너지를 생산하고, 버려지는 탄소를 자원으로 되돌리는 기술은 더 이상 공상 과학의 영역이 아닙니다. 화학자들은 주기율표 속 원소들을 조합하며 지구의 온도를 낮출 최적의 답을 찾아가고 있습니다. 이러한 과학적 도전이 지속 가능한 사회를 만드는 든든한 뿌리가 되어, 다음 세대에게 더욱 건강하고 풍요로운 지구를 물려줄 수 있기를 기대합니다.

황윤정

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학

[기후위기에 대응하는 방법에 대하여] 감축기술과 적응기술

과거 피나투보 화산 폭발은 성층권까지 솟구친 이산화황 가스가 태양열을 차단하며 지구 기온을 약 0.5도 낮추는 결과를 보여주었습니다. 하지만 화산 폭발은 우리가 제어할 수 없는 자연재해이기에 기후 위기의 직접적인 해결책이 될 수는 없습니다. 현재 인류는 기후 위기에 대응하기 위해 크게 두 가지 전략을 사용하고 있습니다. 온실가스 배출을 줄이는 감축 기술과 이미 변화한 기후에 적응하여 피해를 최소화하는 적응 기술이 그것입니다. 신재생에너지와 이산화탄소 포집·저장 기술(CCUS) 같은 감축 기술이 장기적인 목표라면, 식량과 수자원 관리를 포함한 적응 기술은 현재의 생존을 위한 필수적인 방어선이라 할 수 있습니다. 미래의 에너지 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 기술로는 인공태양이라 불리는 핵융합 기술이 꼽힙니다. 이는 실용화까지 많은 노력이 필요하지만 모든 에너지 자원을 대체할 만큼 파급력이 큰 분야입니다. 한편, 화산 폭발의 냉각 원리를 응용하여 대기 중에 특정 화학 물질을 살포해 태양광을 차단하는 지구공학 연구도 흥미로운 분야로 주목받고 있습니다. 이러한 혁신적인 기술들은 아직 본격적인 실험 단계에 머물러 있지만 기후 위기 극복을 위한 과학계의 창의적인 도전을 잘 보여줍니다. 각 지역의 지형과 거주 형태에 맞춘 최적화된 기술 적용은 기후 변화에 따르는 경제적 피해를 최소화하는 원동력이 됩니다. 기후 위기는 국경을 초월한 문제이기에 선진국과 개발도상국 사이의 기술 협력이 매우 중요합니다. 이를 위해 개발도상국의 기후 문제를 진단하고 필요한 기술을 파악하는 기술 수요 평가(TNA)가 도입되었으며, 우리나라는 전 세계 기후 기술을 체계화하여 분류 체계를 만드는 등 국제 사회의 싱크탱크 역할을 수행하고 있습니다. 기후 경제학자 윌리엄 노드하우스의 말처럼, 적극적인 정책의 한계를 극복할 수 있는 마지막 희망은 결국 기후 기술의 혁명에 있습니다. 현재와 미래 세대를 위해 감축과 적응 기술을 끊임없이 개발하고 이를 세상을 변화시키는 힘으로 활용하려는 전 지구적인 관심과 응원이 그 어느 때보다 절실한 시점입니다.

국가녹색기술연구소기.대.방🌏(기후위기에 대응하는 방법에 대하여)

지구환경과학
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공학·기술

🍠만약 지구 대기가 수소로 가득 차 있다면 무슨 일이 일어날까? (feat.그린수소🌱) | 고구마머리X한국에너지기술연구원 콜라보🎉

지구 온난화와 기후 위기라는 전 지구적 과제 앞에서 수소는 인류를 구할 핵심 에너지로 주목받고 있습니다. 우주 전체 물질의 약 75%를 차지할 정도로 풍부하지만, 역설적으로 지구 대기 중 순수한 수소의 비중은 0.005%에 불과합니다. 이는 수소가 매우 가볍고 활동적인 특성을 지녀 지구 중력을 이기고 우주로 쉽게 날아가 버리기 때문입니다. 하지만 수소는 산소와 결합할 때 강력한 에너지를 방출하면서도 부산물로 오직 물만을 남긴다는 점에서 탄소 중립 시대를 이끌 가장 깨끗한 에너지원으로 평가받고 있습니다. 수소 에너지가 친환경적인 이유는 에너지 생산과 활용 과정에서 이산화탄소를 전혀 배출하지 않기 때문입니다. 기존 화석 연료는 탄소 화합물로 이루어져 있어 연소 시 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 필연적으로 생성하지만, 수소는 산소와 결합하여 화학 반응을 일으키면 오직 빛과 열, 그리고 수증기만을 만들어냅니다. 이러한 무공해 특성 덕분에 2050년 세계 수소 시장은 수천 조 원 규모로 성장할 것으로 예측되며, 화석 연료를 완벽히 대체하여 탄소 배출 없는 지속 가능한 사회를 실현할 수 있는 유일한 대안으로 꼽힙니다. 진정한 그린 수소를 실현하기 위해서는 생산 과정에서도 탄소 배출이 없어야 합니다. 이를 위해 물을 전기로 분해하여 수소를 추출하는 '수전해' 방식이 활용되는데, 특히 태양광이나 풍력 등 재생 에너지를 원천으로 사용하는 방식이 핵심입니다. 한국에너지기술연구원은 재생 에너지 특유의 불규칙한 출력 문제를 해결하기 위해 고성능 분리막 기술을 적용한 부하 변동 대응용 수전해 스택을 개발했습니다. 이는 날씨 조건에 관계없이 83.5% 이상의 높은 효율로 안정적인 수소 생산을 가능하게 하여 그린 수소 상용화를 앞당기고 있습니다. 수소는 부피 대비 질량이 가벼워 저장과 운송에 많은 비용이 소요되는 경제적 과제가 존재합니다. 이를 극복하기 위해 현장에서 직접 수소를 생산하여 공급하는 방식이 대안으로 떠오르고 있으며, 관련 부품의 국산화가 필수적입니다. 한국에너지기술연구원은 수소 충전소의 핵심 기술과 부품들을 100% 국산화하는 데 성공하여, 과거 해외 의존도가 높아 막대했던 구축 비용을 획기적으로 절감했습니다. 이러한 기술 독립은 수소 인프라 확산의 진입 장벽을 낮추고 우리나라의 에너지 안보와 기술 경쟁력을 동시에 강화하는 밑거름이 됩니다. 장거리 운송 효율을 높이기 위해 암모니아를 '수소 캐리어'로 활용하는 기술 또한 미래 수소 경제의 중추적인 역할을 할 전망입니다. 암모니아는 수소를 액화하여 압축하는 방식보다 더 많은 양을 안정적으로 저장할 수 있으며, 기존 항만 인프라를 그대로 활용할 수 있어 매우 경제적입니다. 연구진은 암모니아를 다시 수소와 질소로 분해하는 고효율 촉매 반응 시스템을 개발하여 공급망의 효율성을 극대화했습니다. 이러한 끊임없는 기술 혁신은 대한민국이 탄소 중립 시대를 선도하며 깨끗한 지구를 물려주는 데 결정적인 기여를 할 것입니다.

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"황화수소는 OO이라 황화수소인가요?👥" 박사 인생 처음 듣는 저세상 질문😅버린 쓰레기도 다시 보게 하는 기술의 정체는? #바이오가스고질화 | 키워드N인터뷰

우리가 매일 버리는 음식물 쓰레기나 가축 분뇨와 같은 유기성 폐자원은 방치될 경우 심각한 환경 문제를 일으킵니다. 이러한 폐기물들이 부패하는 과정에서 발생하는 메탄가스는 이산화탄소보다 온실 효과가 20배나 강력하여 대기 오염의 주요 원인이 되기 때문입니다. 하지만 이를 단순히 버려지는 쓰레기로 치부하지 않고 효율적으로 포집하여 에너지로 전환한다면, 환경 오염 방지와 자원 확보라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있습니다. 유기성 폐자원을 친환경적인 에너지원으로 탈바꿈시키는 기술은 탄소 중립 시대에 필수적인 연구 분야로 주목받고 있습니다. 바이오가스는 주로 메탄과 이산화탄소, 그리고 황화수소로 구성되어 있는데, 이를 실생활에 활용하기 위해서는 '고질화'라는 정제 과정이 반드시 필요합니다. 특히 달걀 썩는 냄새가 나는 황화수소는 독성이 강하고 시설을 부식시키기 때문에 최우선적으로 제거해야 합니다. 한국에너지기술연구원에서는 저비용으로 황화수소를 제거하고, 물의 용해도를 이용해 이산화탄소를 분리하는 친환경 기술을 개발했습니다. 탄산음료의 원리처럼 높은 압력에서 이산화탄소를 물에 녹여 제거함으로써, 순도 높은 메탄을 확보하여 도시가스나 수송용 연료로 사용할 수 있게 된 것입니다. 연구팀은 실제 축산 폐수와 음식물 쓰레기 현장에서 하루 3톤의 바이오가스를 처리하는 실증 연구를 성공적으로 마쳤습니다. 이 기술은 운전과 유지관리가 간편하고 설치가 용이하다는 장점이 있어, 국내 상용화는 물론 동남아시아의 팜오일 산업 현장으로의 진출도 기대되고 있습니다. 특히 팜오일 폐수에서 발생하는 대량의 바이오가스를 효과적으로 처리할 수 있어 글로벌 시장에서의 경쟁력이 매우 높습니다. 연구원들은 여기서 멈추지 않고 주변 전문가들과 협력하며 기술을 더욱 고도화하여, 오늘보다 더 나은 내일을 만드는 지속 가능한 에너지 미래를 설계하고 있습니다.

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탄소 중립 시대👏 수소의, 수소에 의한, 수소를 위한 💧수소 경제💧가 뜬다!(with 한국과학기술연구원 서진유 박사) | 요즘과학

1874년 프랑스의 소설가 쥘 베른은 자신의 저서 '신비의 섬'을 통해 물이 미래의 석탄이 될 것이라는 놀라운 예언을 남겼습니다. 물의 구성 성분인 수소와 산소가 무한한 열과 빛을 제공하는 에너지원이 될 것이라는 그의 상상은 150년이 지난 오늘날 '수소 경제'라는 이름으로 현실화되고 있습니다. 수소는 사용 후 다시 물로 돌아가는 무한하고 청정한 에너지로 주목받으며, 기후 위기 시대에 인류가 선택할 수 있는 가장 유력한 대안 중 하나로 떠오르고 있습니다. 현재 우리가 사용하는 수소의 대부분은 천연가스에서 탄소를 떼어내어 만드는 '그레이 수소'입니다. 이 과정에서는 이산화탄소가 배출되기 때문에 진정한 의미의 청정 에너지라고 보기는 어렵습니다. 반면 물을 전기 분해하여 얻는 '그린 수소'는 생산 과정에서 오염 물질을 배출하지 않지만, 많은 양의 전기 에너지가 필요하다는 과제가 있습니다. 여러 번의 에너지 변환 과정을 거치며 발생하는 효율 저하를 극복하고 경제성을 확보하는 것이 수소 에너지 대중화의 핵심적인 과제입니다. 전 지구적인 탄소 중립 목표를 달성하기 위해 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지 발전이 확대되고 있습니다. 하지만 재생 에너지는 날씨와 계절에 따라 발전량이 불규칙하다는 치명적인 단점이 있습니다. 전력이 남을 때 이를 배터리에 저장하는 것은 비용과 공간 측면에서 한계가 명확합니다. 이때 남는 전기를 이용해 수소를 생산하고 저장하면, 에너지가 필요한 시점에 다시 꺼내 쓸 수 있는 훌륭한 에너지 저장 수단이 됩니다. 이는 버려지는 에너지를 가치 있게 활용하는 방법이기도 합니다. 수소 경제가 안착하기 위해서는 생산, 저장, 운송, 활용에 이르는 전 과정의 인프라가 유기적으로 연결되어야 합니다. 우리나라는 수소차와 연료전지 같은 활용 기술에서는 세계적인 수준을 자랑하지만, 수소를 효율적으로 저장하고 운송하는 기술은 아직 보완이 필요합니다. 특히 기체 상태의 수소를 금속과 반응시켜 고체 형태로 저장하는 '고체 수소 저장 기술' 등 혁신적인 방식이 연구되고 있으며, 민간 기업들이 협력하여 시장의 선순환 구조를 만들기 위한 노력을 지속하고 있습니다. 과거에는 화석 연료에 비해 수소의 생산 비용이 너무 비싸다는 점이 걸림돌이었습니다. 그러나 탄소세와 탄소국경세 도입 등 환경 오염에 대한 사회적 비용이 현실화되면서 화석 연료의 가격 경쟁력은 점차 낮아지고 있습니다. 반면 기술 발전과 대규모 투자가 이어지면서 수소 에너지의 경제성은 빠르게 개선될 전망입니다. 정부의 정책적 지원과 기업의 끈기 있는 투자가 결합한다면, 쥘 베른의 상상처럼 수소가 일상의 에너지가 되는 날이 머지않아 우리 곁에 다가올 것입니다.

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[KRISS 표준백과사전] 제11화 근데 구독자분들은 잘 모르잖아. 알록달록한 수소.

매년 6월 5일은 전 세계가 함께 지구의 소중함을 되새기는 '세계 환경의 날'입니다. 1972년 스웨덴 스톡홀름에서 열린 '유엔인간환경회의'를 통해 제정된 이 날은 국제사회가 환경 보전을 위해 다짐하는 역사적인 첫 단추가 되었습니다. 기후 변화의 시대를 넘어 기후 위기에 직면한 오늘날, 환경 보호는 더 이상 미룰 수 없는 생존의 문제입니다. 우리나라도 이러한 국제적 흐름에 발맞추어 1997년에 행사를 개최하는 등 탄소중립 실현을 위한 다각적인 노력을 기울이며 지속가능한 미래를 꿈꾸고 있습니다. 탄소중립 사회로 가기 위한 핵심 열쇠는 바로 수소에너지입니다. 수소는 산소와의 화학 반응을 통해 열과 전기를 생산하며, 연소 과정에서 오직 물만 배출하는 매우 깨끗한 연료입니다. 현재 사용되는 '그레이 수소'나 이산화탄소를 포집해 저장하는 '블루 수소'는 생산 과정에서 어느 정도의 탄소배출이 불가피하다는 한계가 존재합니다. 따라서 재생에너지를 활용해 물을 전기 분해하여 얻는 '그린 수소'야말로 환경 오염 물질이 전혀 발생하지 않는 진정한 의미의 탄소중립을 실현할 궁극의 청정 에너지원으로 평가받고 있습니다. 그린 수소는 이상적인 에너지원이지만 상용화에 따르는 기술적 난제가 많습니다. 태양광 발전을 이용해 물을 직접 분해하는 방식은 설비 구축에 큰 비용이 들며, 무엇보다 전극이 물속에서 쉽게 부식된다는 단점이 있습니다. 전극 부식을 막기 위해 보호막을 씌우면 전기가 잘 통하지 않아 수소 생산 효율이 급격히 낮아지는 딜레마에 빠지게 됩니다. 이러한 효율과 내구성을 동시에 만족시키지 못하는 기술적 장벽 때문에 그린 수소는 그동안 뛰어난 잠재력에도 불구하고 산업 현장에서 널리 활용되는 데 큰 어려움을 겪어왔습니다. 한국표준과학연구원(KRISS) 연구팀은 최근 이러한 한계를 극복할 획기적인 기술을 세계 최초로 개발하며 주목받고 있습니다. 연구진은 수소 생산 효율을 극대화하기 위해 이산화티타늄 보호막 내의 '산소 결함량'을 미세하게 조절하는 기술을 완성했습니다. 본래 전기가 통하지 않는 산화물 보호막에 인위적인 산소 결함을 형성하면, 이것이 전하의 이동 통로가 되어 전극의 부식을 막는 동시에 수소 생산을 원활하게 돕습니다. 이번 연구 성과로 전극 수명이 기존 대비 약 10배나 향상되었으며, 이는 그린 수소 실용화를 앞당기는 결정적 계기가 될 전망입니다. 이번에 확보한 광전극 보호막 기술은 수소 생산뿐만 아니라 이산화탄소를 포집해 화학 에너지로 전환하는 인공광합성 기술 등 차세대 탄소중립 연구 분야에도 폭넓게 응용될 수 있습니다. 과학기술의 진보는 우리가 직면한 환경 문제를 해결하는 든든한 무기가 되어줍니다. 한 사람의 열 걸음보다 열 사람의 한 걸음이 더 큰 변화를 만든다는 말처럼, 과학자들의 헌신적인 연구와 우리 모두의 일상 속 작은 실천이 조화를 이룰 때 비로소 우리는 기후 위기를 극복하고 더 푸른 지구를 다음 세대에 물려줄 수 있을 것입니다.

한국표준과학연구원KRISS 표준백과사전

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[에듀KIMM] 넷제로! 탄소중립 실천하기🌍 온실가스 배출량은?│한국기계연구원 이보연 선임연구원

탄소중립이란 배출되는 탄소량을 최대한 줄이고, 배출된 탄소마저 제거하거나 흡수하여 실질적인 배출량을 '0'으로 만드는 상태를 의미합니다. 우리가 흔히 말하는 온실가스는 태양의 복사열을 흡수하여 지표면 온도를 유지하는 긍정적인 역할을 수행하지만, 그 농도가 급격히 짙어지면 지구온난화를 유발하게 됩니다. 특히 온실가스의 약 88.6%가 이산화탄소로 이루어져 있어, 오늘날에는 온실가스 감축이 곧 탄소중립과 동일한 의미로 통용되고 있습니다. 적정 농도의 유지 실패는 지구 생태계의 균형을 깨뜨리는 결정적인 원인이 됩니다. 실제로 지난 100여 년간 지구의 평균 기온은 약 1.5도 상승했으며, 이러한 온난화 경향은 산업혁명 시기와 맞물려 가속화되었습니다. 온실가스 배출의 가장 큰 원인은 제조업과 냉난방, 이동 수단 등에 쓰이는 에너지 소비입니다. 그다음으로는 가축의 분뇨를 포함한 농축산업, 고온 공정이 필수적인 시멘트 제조, 그리고 폐기물 매립 과정에서도 상당량의 탄소가 배출됩니다. 특히 우리나라는 화력 발전과 철강, 반도체 산업에 대한 의존도가 높아 주요 선진국들에 비해 탄소 배출량이 매우 높은 편에 속하며, 이에 대한 적극적인 관리와 대책이 요구되는 상황입니다. 탄소중립을 향한 국제적 발걸음은 1997년 교토 의정서를 거쳐 2015년 파리 협정으로 구체화되었습니다. 파리 협정은 각 국가가 자국의 역량을 고려해 자발적인 감축 목표를 설정하도록 독려하며 탄소중립의 실효성을 높였습니다. 한국은 2020년에 탄소중립을 선언하고 이듬해 이를 법제화하며 세계에서 14번째로 법적 근거를 마련한 국가가 되었습니다. 현재 우리나라는 1인당 이산화탄소 배출량이 세계 4위에 이를 정도로 책임이 막중한 상황이지만, 재생에너지 사용 비중은 여전히 OECD 평균에 미치지 못하고 있어 에너지 구조의 전환이 시급한 과제로 떠오르고 있습니다. 이를 해결하기 위해 정부와 기업은 10대 핵심 기술을 바탕으로 혁신적인 전략을 펼치고 있습니다. 화력 발전을 대체할 재생에너지와 원자력, 수소 에너지의 조화로운 활용이 추진되고 있으며, 포스코와 삼성전자 같은 주요 기업들도 2050년 탄소중립을 목표로 공정 개선과 재활용 소재 적용에 박차를 가하고 있습니다. 특히 탄소를 직접 포집해 저장하거나 자원으로 활용하는 탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술, 전력 효율을 극대화한 친환경 모빌리티, 그리고 건물 스스로 에너지를 수급하는 제로 에너지 건축물 기술은 탄소 배출을 획기적으로 줄여줄 미래의 핵심 열쇠로 주목받고 있습니다. 기술적 발전만큼이나 중요한 것은 시민 개개인의 일상 속 실천입니다. 고효율 LED 조명 사용과 미사용 가전제품 전원 차단처럼 사소한 에너지 절약부터, 다회용 컵 사용과 올바른 분리배출에 이르기까지 우리가 할 수 있는 일은 매우 다양합니다. 저탄소 공법으로 제조된 제품이나 중고 거래 플랫폼을 이용하는 소비 습관 역시 탄소 배출량을 줄이는 데 직접적인 기여를 합니다. '나 하나 바뀐다고 무엇이 달라질까'라는 의구심보다는 나부터 시작하는 작은 행동들이 모여 거대한 선순환을 만들어낼 때, 비로소 인류와 지구가 공존하는 지속 가능한 미래를 맞이할 수 있을 것입니다.

한국기계연구원[에듀KIMM]

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[생기원 R&D] 버려지는 낮은 품질의 탄소섬유, 친환경 에너지 발전의 구원투수 되다

우리나라는 지리적 특성상 육상 태양광 발전을 위한 부지 확보에 한계가 있어 삼면이 바다인 이점을 활용한 해상 태양광 발전에 주목하고 있습니다. 해상은 육상보다 낮은 온도와 풍속에 의한 냉각 효과 덕분에 발전 효율이 높다는 장점이 있지만, 태풍과 높은 파고 같은 거친 환경을 견뎌야 하는 과제가 있습니다. 따라서 해상 태양광 시스템의 핵심인 부유식 구조물과 계류 시스템에는 육상보다 훨씬 높은 수준의 안정성과 신뢰성이 요구됩니다. 이를 해결하기 위해 기존 소재의 한계를 뛰어넘는 내구성과 강도를 지닌 고성능 탄소섬유 복합재의 개발이 필수적인 상황입니다. 탄소섬유 복합재는 우수한 기계적 특성과 내부식성을 갖춰 해양 환경에 적합하지만, 섬유와 수지 사이의 결합력이 성능을 결정짓는 핵심 변수가 됩니다. 기존의 산 처리나 플라즈마 방식은 공정이 복잡하거나 유해 부산물이 발생하는 단점이 있었으나, 최근 고출력 펄스광을 활용한 새로운 표면 처리 기법이 주목받고 있습니다. 이 공법은 탄소섬유의 극성 성분을 강화하여 수지와의 결합력을 높이며, 특히 재활용 탄소섬유나 저품위 소재를 재처리할 때도 탁월한 효율을 보여줍니다. 이는 제조 단가를 낮추고 환경 오염을 줄이는 지속 가능한 기술적 돌파구로 평가받습니다. 현재 수상 태양광 부력체의 대부분은 플라스틱 소재를 사용하고 있어 미세 플라스틱 유출과 같은 환경 오염 우려가 존재합니다. 하지만 재활용 탄소섬유를 활용한 새로운 부력체는 기계적 강도가 최대 5배까지 향상되면서도 20년 이상의 구조적 안정성을 확보하여 환경성과 경제성을 동시에 충족합니다. 현재 시제품 제작 단계인 기술 성숙도(TRL) 5~6 수준에 도달하였으며, 향후 새만금 신재생 에너지 단지 등 대규모 실증 구역에서의 상용화가 기대됩니다. 지속적인 스케일업 연구와 실증을 통해 친환경적이면서도 강력한 내구성을 갖춘 에너지 인프라 구축의 새로운 장이 열릴 것으로 전망됩니다.

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Session II : 복합위기 대응을 위한 새로운 비즈니스 기회 : 위기대응 사업화 아이템 / KISTI 최윤정 센터장

코로나19 팬데믹을 거치며 인류는 새로운 국면에 접어들었습니다. 단순히 감염병의 종식을 기다리는 것을 넘어, 고금리와 인플레이션, 글로벌 공급망 교란 등 여러 악재가 동시에 발생하는 '복합 위기' 시대를 마주하게 된 것입니다. 이러한 위기는 단발적이지 않으며, 에너지 부족과 식량 위기, 기후 변화에 따른 자연재해와 같이 서로 얽히고설키며 그 파급력을 키우는 특징을 보입니다. 우리는 이제 불안정성이 일상이 된 사회 시스템 속에서 위기의 전이와 확산을 면밀히 살피고, 이를 기회로 전환할 수 있는 전략적 대응이 필요한 시점에 서 있습니다. 과거에는 즉각적인 위기 대응을 위한 신속한 기술 아이템이 주목받았다면, 현재는 단기적인 대응과 장기적인 비전을 동시에 고려해야 합니다. 통계에 따르면 2년 내의 단기 리스크는 사회 경제적 요인이 크지만, 5년 이상의 장기 리스크로 갈수록 환경과 에너지 문제가 압도적인 비중을 차지합니다. 특히 지구 온난화로 인한 해수면 온도 상승은 수산 자원 감소 등 경제적 리스크로 직결되고 있습니다. 따라서 기후 변화 대응과 에너지 효율화 기술은 단순히 환경 보호의 차원을 넘어, 미래 경제 자원의 고갈을 막고 지속 가능한 성장을 담보하기 위한 필수적인 투자 영역으로 부상하고 있습니다. 비대면 사회의 가속화는 디지털 전환을 이끌었지만, 동시에 정보 격차라는 사회적 불평등을 심화시켰습니다. 이러한 격차를 해소하기 위한 포용적 기술과 정보 플랫폼의 필요성이 대두되는 가운데, 공간적 무대는 지구를 넘어 우주로 확장되고 있습니다. 과거 국가 주도의 우주 개발이 민간 중심의 '스페이스X' 시대로 전환되면서 수천 개의 위성이 배치되고 있으며, 이에 따른 우주 쓰레기 문제 해결이 글로벌 핵심 의제로 떠올랐습니다. 디지털 포용과 민간 주도 우주 산업의 성장은 향후 기술 시장의 지형을 바꿀 중요한 변곡점이 될 것이며, 관련 서비스의 확장 가능성은 무궁무진합니다. KISTI는 복합 위기에 효과적으로 대응하기 위해 기술 사업화 데이터를 기반으로 10대 유망 아이템을 선정했습니다. 선정 기준은 두 자릿수 이상의 시장 성장률을 보이는 '시장성', 장단기적으로 사업 영역을 넓힐 수 있는 '확장성', 그리고 실제 투자나 M&A 가능성이 높은 '사업성'에 중점을 두었습니다. 선정된 아이템에는 스마트 감염 모니터링 솔루션부터 신재생 에너지용 드론, 우주 로봇 등이 포함됩니다. 이는 단순히 개별 기술의 우수성을 넘어, 위기 상황에서 실제 비즈니스 모델로 구현될 수 있는 실질적인 경쟁력을 갖춘 기술들을 엄선한 결과라고 할 수 있습니다. 에너지 분야에서는 수소 저장 기술과 그린 암모니아가 핵심적인 위치를 차지합니다. 탄소 중립을 위해 수소 생산만큼이나 중요한 것이 바로 안전한 저장과 운송입니다. 수소는 운반 시 폭발 위험이 크기에 이를 암모니아 형태로 변환하여 해상으로 실어 나르는 방식이 주목받고 있습니다. 특히 신재생 에너지를 활용해 생산하는 그린 암모니아는 탄소 배출이 전혀 없어 기후 위기 대응의 장기적 대안으로 꼽힙니다. 비록 현재는 기술적 난이도와 비용 문제로 초기 단계에 있지만, 글로벌 협의체와의 상생 협력과 기술 고도화를 통해 에너지 패러다임을 바꿀 거대한 시장이 형성될 전망입니다. 바이오와 소재 산업에서도 혁신적인 변화가 감지됩니다. 바이오 의약품 시장의 성장과 함께 제품의 안전성을 검증하는 바이오 안전성 시험 서비스가 필수적인 동반 산업으로 떠올랐으며, 환자 맞춤형 치료를 가능케 하는 차세대 항체 기술도 활활히 개발 중입니다. 환경 문제 해결을 위한 바이오폴리머 소재의 약진도 눈에 띕니다. 일회용 플라스틱을 대체할 수 있는 생분해성 소재는 기능성 보완을 통해 패키징 시장을 넘어 다양한 산업군으로 활용 범위를 넓히고 있습니다. 이러한 기술들은 인류의 건강과 환경 보호라는 두 마리 토끼를 잡으며 고부가가치를 창출하는 비즈니스 모델로 자리 잡고 있습니다. 복합 위기 시대의 사업화는 효율성 중심의 적기 대응을 넘어, 장기적인 유연성과 회복력을 갖추는 방향으로 나아가야 합니다. 예상 가능한 위험임에도 불구하고 간과하기 쉬운 '회색 코뿔소'와 같은 위기를 막기 위해서는 기업 단독의 노력만으로는 한계가 있습니다. 인공지능을 접목한 디지털 농업과 같이 산업 간의 경계를 허무는 융합적 사고와 산학연관의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 국가적 차원의 통합 지원과 혁신 생태계의 활성화를 통해 위기를 기회로 전환하는 전략적 포트폴리오를 구축할 때, 우리는 불확실한 미래 속에서도 지속 가능한 성장을 이어갈 수 있을 것입니다.

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공학·기술

국립광주과학관 10월 과학스쿨 : 버려지는 전기를 저장하고 활용하는 방법

기후 위기 대응을 위해 우리나라는 재생 에너지 비중을 점진적으로 확대하고 있습니다. 2040년까지 재생 에너지 발전 비중을 40%로 높이는 것을 목표로 하고 있지만, 태양광이나 풍력 같은 에너지는 날씨에 따른 변동성이 매우 크다는 특징이 있습니다. 에너지가 과잉 생산될 경우 전력망 보호를 위해 발전을 강제로 멈추는 '출력 제한' 현상이 발생하게 되며, 이는 곧 우리가 애써 만든 전기가 버려짐을 의미합니다. 이러한 전력망의 불균형을 해결하기 위해 남는 전기를 효과적으로 저장하는 기술이 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 인류는 그동안 석탄, 석유, 천연가스 등 다양한 화석 연료를 사용하며 문명을 발전시켜 왔습니다. 연료의 역사를 살펴보면 흥미로운 특징이 있는데, 시간이 흐를수록 연료 속 탄소의 비중은 줄어들고 수소의 비중이 늘어나는 방향으로 진화해 왔다는 점입니다. 이제는 탄소가 거의 포함되지 않은 궁극의 청정 연료인 수소에 주목해야 할 때입니다. 2050년 탄소 중립 달성을 위해서는 이산화탄소를 배출하지 않는 깨끗한 에너지원인 수소를 주력 에너지 캐리어로 활용하는 지혜가 필요합니다. 우리가 사용하는 대부분의 전기는 전자기 유도 원리를 이용한 발전기를 통해 만들어집니다. 화력이나 원자력 발전은 열로 물을 끓여 증기를 만들고, 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 방식을 취합니다. 반면 태양광 발전은 빛 에너지를 직접 전기로 변환하지만, 밤이나 흐린 날에는 전기를 만들 수 없다는 한계가 있습니다. 이러한 재생 에너지의 간헐성 문제를 해결하려면 단순히 발전량을 조절하는 수준을 넘어, 에너지를 다른 형태로 변환하여 장기간 보관할 수 있는 혁신적인 저장 시스템이 반드시 병행되어야 합니다. 현재 가장 널리 쓰이는 에너지 저장 장치는 리튬 이온 배터리를 이용한 ESS입니다. 하지만 배터리는 대용량으로 구축할 경우 화재 위험이 있고, 시간이 지날수록 자연 방전되어 에너지를 수개월 이상 보관하기 어렵다는 단점이 있습니다. 이에 대한 대안으로 주목받는 기술이 바로 'P2G(Power to Gas)'입니다. 이는 남는 전기를 이용해 물을 전기 분해하여 수소 기체로 만드는 방식으로, 가스 형태로 저장하기 때문에 배터리보다 훨씬 큰 용량을 계절이 바뀔 때까지 안전하게 보관할 수 있다는 강력한 장점을 지닙니다. 물을 수소와 산소로 분리하는 수전해 기술은 그린 수소 생산의 핵심입니다. 순수한 물은 전기가 흐르지 않기에 전해질을 넣고 백금이나 이리듐 같은 촉매를 활용해 화학 반응을 촉진하게 됩니다. 촉매는 마치 높은 산에 터널을 뚫어 길을 단축하는 것처럼 반응에 필요한 에너지를 낮춰주는 역할을 합니다. 이렇게 재생 에너지로 만든 전기를 이용해 수소를 생산하면, 생산 과정에서도 탄소가 전혀 발생하지 않는 진정한 의미의 '그린 수소'를 얻을 수 있으며 이는 기존 에너지 저장의 패러다임을 바꾸는 큰 변화가 됩니다. 이렇게 생산된 수소는 연료전지를 통해 다시 전기로 전환되어 우리 삶에 활용됩니다. 연료전지는 수전해의 역반응을 이용하는 장치로, 수소와 산소를 반응시켜 전기를 만들고 오직 깨끗한 물만을 배출합니다. 이미 우리 주변에서는 수소 전기차인 넥쏘뿐만 아니라 수소 버스, 수소 트럭 등이 도로를 달리고 있으며, 대규모 발전을 담당하는 수소 연료전지 발전소도 활발히 운영되고 있습니다. 특히 수소 전기차는 주행 중 미세먼지를 걸러내는 공기 정화 효과까지 있어 환경 보호 측면에서도 매우 긍정적인 역할을 수행합니다. 미래의 에너지 사회는 물에서 수소를 얻고, 그 수소를 사용해 에너지를 만든 뒤 다시 물로 돌아가는 완벽한 '청정 수소 사이클'을 지향합니다. 아직은 수소를 대량으로 저렴하게 생산하는 기술적 과제가 남아있지만, 태양광과 풍력 발전을 연계한 수전해 기술은 탄소 중립을 향한 가장 확실한 이정표가 될 것입니다. 인류가 화석 연료의 시대에서 수소의 시대로 나아가는 것은 단순한 선택이 아닌 지구와 공존하기 위한 필수적인 변화입니다. 우리 미래 세대가 수소 경제의 주인공이 되어 깨끗한 세상을 만들어가길 기대해 봅니다.

국립광주과학관강연&포럼

물리학
화학
지구환경과학
융합

LVRT/HVRT Equipment Grid compatibility Test technology

지구의 대기는 끊임없이 대류하며 산들바람을 만들어냅니다. 이러한 자연의 흐름을 활용한 풍력 발전은 유해 물질을 배출하지 않는 대표적인 친환경 에너지 기술입니다. 2050년에는 전 세계 풍력 발전 용량이 4,100GW에 도달하여 전체 전력 생산량의 약 20%를 차지할 것으로 전망됩니다. 풍력 발전은 태양광보다 좁은 면적에서 효율적으로 전력을 생산할 뿐만 아니라, 밤낮에 상관없이 24시간 내내 전력을 생산할 수 있어 미래 에너지 시장의 주역으로 꼽힙니다. 하지만 풍력 발전은 자연 현상을 인위적으로 제어할 수 없다는 한계가 있습니다. 바람의 세기가 너무 약하면 발전이 중단되고, 반대로 너무 강하면 발전기 과부하로 인한 고장이 발생할 수 있기 때문입니다. 따라서 안정적인 전력 공급을 위해서는 일관된 발전량을 유지하는 기술이 무엇보다 중요합니다. 특히 급격한 전압 변동은 전력 계통의 고장을 유발하고 심각한 사회적 차질을 빚을 수 있으므로, 이를 방지하고 전력 품질을 관리하는 기술적 솔루션이 반드시 뒷받침되어야 합니다. 풍력 발전기는 낙뢰나 이물질 접촉과 같은 예기치 못한 환경 변화에 상시 노출되어 있습니다. 이러한 외부 요인으로 전압이 급격히 떨어지면 발전 시스템 전체가 중단되어 막대한 경제적 피해를 초래할 수 있습니다. 이와 같은 돌발 상황에서도 시스템의 안정성을 유지하기 위해서는 고도화된 검증 체계가 필요합니다. 이에 한국에너지기술연구원은 독자적인 기술력을 바탕으로 풍력 발전기의 성능을 정밀하게 측정하고 극한의 환경에서도 견딜 수 있는지 평가하는 시스템을 구축하였습니다. 한국에너지기술연구원의 연구팀은 세계 최대 용량인 12MVA급 풍력 발전기의 저전압 유지 성능(LVRT) 및 고전압 유지 성능(HVRT) 작동 여부를 테스트할 수 있는 장비를 개발했습니다. 이 장비는 국제 표준을 준수하는 우수한 호환성을 갖추고 있으며, 특히 계통 연계성 시험 기술을 통해 초대형 풍력 발전기의 안정성을 검증할 수 있습니다. 이전까지 국내 인증 체계에서 미비했던 저전압 유지 성능(LVRT) 및 고전압 유지 성능(HVRT) 시험 항목을 보완함으로써, 이제 우리나라도 국제적 수준의 성능 평가 인프라를 독자적으로 확보하게 되었습니다. 이번 연구 성과는 국내 풍력 발전 기술이 최신 국제 표준인 IEC 61400-21-1에 부합하는 경쟁력을 갖췄음을 의미합니다. 저전압 유지 성능(LVRT) 및 고전압 유지 성능(HVRT)을 아우르는 포괄적인 시험 기술을 확보함에 따라, 신재생 에너지 분야의 신뢰성을 한층 높이고 대규모 전력 공급의 안정성을 보장할 수 있게 되었습니다. 앞으로 이 기술이 국내외 현장에서 널리 활용된다면, 탄소 중립을 향한 에너지 전환 가속화는 물론이고 전 세계 에너지 시장에서 한국의 기술적 위상을 더욱 높이는 계기가 될 것입니다.

한국에너지기술연구원

지구환경과학
공학·기술

(2022 글로벌기계기술포럼) 오세기 부사장

건물 에너지 관리의 핵심은 냉난방 및 급탕 시스템의 효율화에 있습니다. 유럽과 미국의 경우 전체 에너지 사용량의 약 40%가 주거 및 상업용 건물에서 소비되며, 이 중 상당 부분이 실내 온도를 조절하고 물을 데우는 데 쓰입니다. 탄소 중립이라는 전 지구적 과제를 달성하기 위해서는 화석 연료를 직접 연소시키는 기존 방식에서 벗어나, 전기를 에너지원으로 활용하는 히트펌프 기술로의 전환이 필수적입니다. 이러한 흐름은 국가적인 에너지 수요 관리와 탄소 발생 저감 측면에서 매우 중요한 기술적 전환점으로 평가받고 있습니다. 글로벌 시장의 변화는 가히 파격적입니다. 네덜란드와 같은 유럽 국가들은 장기 대출을 통해 절감된 에너지 비용으로 설비비를 상환하는 정책을 펼치고 있으며, 중국은 대기 질 개선을 위해 수년 만에 수백만 가구의 갈탄 보일러를 히트펌프로 교체했습니다. 특히 유럽은 2025년부터 신축 주택의 가스 배관 설치를 금지하는 등 강력한 규제를 도입하고 있습니다. 불과 몇 년 전까지 소규모에 불과했던 공기-물 히트펌프 시장이 수십 배 규모로 급성장하며 새로운 주거 설비의 표준이 되고 있는 상황입니다. 히트펌프의 핵심은 압축기 기술의 한계를 극복하는 데 있습니다. 과거 에어컨용 압축기는 일정한 온도 차 내에서만 작동하면 되었으나, 난방용 히트펌프는 영하의 혹한에서도 고온의 온수를 만들어내야 합니다. 이를 위해 지난 수십 년간 정체되어 있던 압축비가 최근 몇 년 사이 비약적으로 향상되었습니다. 100Hz 수준이던 운전 주파수가 180Hz까지 높아지는 등 극한의 환경에서도 고성능을 발휘하는 압축기 기술이 개발되면서, 시장의 가파른 요구 사항을 충족시키는 기술적 토대가 마련되었습니다. 상업용 건물과 산업 현장에서는 열회수 기술이 에너지 절감의 핵심 열쇠로 떠오르고 있습니다. 냉방이 필요한 전산실과 난방이 필요한 사무 공간을 하나의 시스템으로 묶어 열을 주고받는 열회수형 히트펌프는 이론적으로 효율을 두 배까지 높일 수 있습니다. 또한 하수처리수의 폐열을 회수해 지역난방에 재활용하는 방식은 이미 그 효과가 입증되었습니다. 다만 한국은 상업용 건물의 열회수기 도입률이 1% 수준에 머물러 있어, 향후 정책적 지원과 설비 설계의 변화를 통해 개선할 여지가 매우 큰 분야이기도 합니다. 우리는 그 어느 때보다 급격한 에너지 전환의 시대를 살고 있습니다. 미국과 유럽이 파격적인 보조금과 규제로 시장을 재편하고 있는 상황에서, 우리 기업들이 글로벌 경쟁력을 유지하기 위해서는 정책적 뒷받침이 필수적입니다. 200도 이하의 산업용 열 수요를 히트펌프로 대체하고 미활용 에너지를 적극적으로 발굴하는 등 다각적인 노력이 필요합니다. 산학연이 함께 협력하여 기술적 완성도를 높이고 최적화된 시스템을 구축한다면, 온실가스 저감과 산업 경쟁력 강화라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있을 것입니다.

한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]

지구환경과학
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공학·기술

(2022 글로벌기계기술포럼) 패널토론

에너지 가격의 급등과 기후 위기 속에서 전 세계는 탄소중립이라는 거대한 과제에 직면해 있습니다. 인류는 불의 발견 이후 나무, 석탄, 석유, 천연가스로 에너지원을 변화시켜 왔으며, 이제는 탄소 배출이 없는 수소 에너지 시대로의 전환을 준비하고 있습니다. 탄소중립을 달성하기 위해서는 화석 연료 사용을 획기적으로 줄이고, 대기 중의 이산화탄소를 포집하거나 활용하는 기술적 혁신이 필요합니다. 특히 탄소가 포함된 연료를 배제한 상황에서 원자력과 재생 에너지의 역할은 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 탄소중립의 핵심 전략 중 하나는 모든 에너지를 전기로 변환하여 사용하는 '전기화'입니다. 현재 전력 생산의 상당 부분은 화석 연료나 원자력을 이용해 발생한 열로 수증기를 만들고 터빈을 돌리는 방식에 의존하고 있습니다. 이러한 열에너지를 효율적으로 관리하기 위해 히트펌프 기술이 주목받고 있습니다. 히트펌프는 적은 양의 전기로 자연이나 폐열에서 얻은 열을 증폭시켜 공급하는 장치로, 냉난방부터 산업 공정까지 광범위하게 활용될 수 있습니다. 이는 화석 연료 의존도를 낮추는 결정적인 열쇠가 될 전망입니다. 우리는 주변에 존재하는 미활용 에너지에 더욱 주목해야 합니다. 공기, 물, 지열 등 자연 에너지를 히트펌프와 결합하여 활용하는 것은 탄소 배출을 줄이는 매우 실질적인 방법입니다. 과거에는 열에너지를 전기에 비해 활용도가 낮은 에너지로 간주하는 경향이 있었으나, 이제는 다각적인 이용 체계를 구축해야 합니다. 태양열이나 수열을 복합적으로 활용하고, 산업 현장에서 버려지는 고온의 폐열을 다시 회수하여 에너지 효율을 극대화하는 노력이 필요합니다. 이러한 에너지의 선순환 구조는 탄소중립 실현을 위한 든든한 기반이 됩니다. 국가 차원의 정책적 뒷받침과 거버넌스의 변화도 필수적입니다. 에너지 효율 향상은 현재 정부의 가장 중요한 정책 우선순위 중 하나이며, 이를 위해 전기와 가스, 열에너지 이슈를 통합적으로 다루는 관리 체계의 독립성이 논의되고 있습니다. 단순히 에너지를 생산하는 것을 넘어 수요를 효율적으로 관리하고 비화석 연료 기반의 생산 비중을 높이는 것이 핵심입니다. 특히 연구개발 단계에서 히트펌프의 효율을 높이고 수소 에너지를 열에너지와 연계하는 기술적 보완이 이루어진다면 탄소중립으로 가는 길이 더욱 앞당겨질 것입니다. 한국의 고밀도 주거 환경은 히트펌프 도입에 있어 공간적 제약이라는 독특한 과제를 안고 있습니다. 유럽이나 일본과 달리 협소한 공간에서 고성능을 내기 위해서는 압축비 향상과 같은 핵심 기술 개발이 필수적입니다. 고압축 상황에서도 마찰과 마모를 최소화하는 소재 연구와 정밀한 제어 기술은 국내 에너지 전환의 성패를 가를 중요한 요소입니다. 탄소중립은 특정 기술이나 정책만으로 해결할 수 없는 공동의 숙제입니다. 연구 현장과 정책 일선, 그리고 일상의 노력이 합쳐질 때 비로소 우리는 지속 가능한 에너지 미래를 맞이할 수 있습니다.

한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]

지구환경과학
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공학·기술

2022 글로벌 기계기술 포럼

2022 글로벌 기계기술 포럼은 인류의 최대 과제인 탄소중립 달성을 위해 '열에너지'라는 화두를 제시했습니다. 기후 위기가 심화되는 가운데 우리나라는 이산화탄소 40% 감축이라는 목표를 세우고 기계기술 확보에 박차를 가하고 있습니다. 특히 전 세계 에너지 소비의 절반을 차지하는 열에너지는 탄소중립의 성패를 가를 핵심 요소입니다. 그동안 화석 연료에 의존해온 공급 체계를 무탄소 전기로 전환하는 기술이 시급하며, 이를 위해 히트펌프 혁신과 에너지 로드맵 수립이 강조되고 있습니다. 인류의 역사는 곧 불과 열에너지의 역사라고 할 수 있습니다. 140만 년 전 불의 발견 이후 인류는 생존해왔으나, 불과 400년 전 시작된 화석 연료의 사용은 지구 온난화라는 비가역적 문제를 야기했습니다. 열역학 제2법칙에 따라 에너지 순환 과정에서 엔트로피가 증가하며 사용 가능한 유용한 에너지는 줄어들게 됩니다. 화석 연료 연소 시 발생하는 이산화탄소는 비가역성을 심화시키는 주범입니다. 따라서 인류는 오랜 시간 의존해온 화석 연료로부터 탈피하여 열에너지 사용의 비가역성을 줄이는 새로운 도전의 시점에 도달해 있습니다. 전 세계 최종 에너지 소비 중 열에너지가 차지하는 비중은 약 51%에 달하며, 온실가스 배출량의 40%를 차지합니다. 유럽은 산업 에너지 소비의 81%가 열에너지일 정도로 의존도가 높으며, 한국 역시 표면적인 통계보다 훨씬 큰 약 27% 이상의 에너지가 열에너지 형태로 사용되고 있습니다. 이는 원자력이나 재생에너지 소비 비중보다 월등히 높은 수치입니다. 특히 500도 이상의 고온 열 수요가 상당 부분을 차지함에도 불구하고 여전히 화석 연료에 의존하고 있어, 이를 무탄소 에너지로 전환하는 것은 국가적 에너지 안보와 직결됩니다. 열에너지 탄소중립을 위한 기술 전략은 효율 향상과 전기화, 수소화라는 세 가지 축으로 추진되어야 합니다. 단기적으로는 산업 공정의 미활용 열과 폐열을 회수하여 효율을 극대화하고, 건물의 단열 기준을 강화하여 에너지 수요 자체를 줄이는 노력이 필요합니다. 장기적으로는 전기 히터와 히트펌프를 활용한 전기화, 그리고 고온 산업 공정에서의 수소 전환이 필수적입니다. 이때 중요한 전제 조건은 열에너지 전환에 필요한 전기와 수소를 생산할 때 온실가스가 배출되지 않는 무탄소 전원을 확보하는 것이며, 이는 재생에너지 기반의 에너지 자립을 의미합니다. 글로벌 시장에서는 히트펌프 기술이 보일러를 대체하는 혁명적인 변화가 일어나고 있습니다. 유럽은 2025년부터 신축 건물에 가스 라인 설치를 금지하는 등 강력한 정책을 펼치고 있으며, 미국과 중국 또한 막대한 보조금을 투입해 히트펌프 보급을 가속화하고 있습니다. 기술적으로는 영하의 극한 환경에서도 고온의 열을 만들어낼 수 있는 고압축비 압축기 개발이 핵심입니다. 또한, 대형 상용 건물에서는 냉방과 난방을 동시에 수행하며 버려지는 열을 회수하는 시스템이 도입되어 에너지 효율을 두 배 이상 높이는 등 산업계의 적극적인 기술 적용이 요구됩니다. 한국기계연구원은 탄소중립 기계연구소를 중심으로 열에너지의 무탄소화와 네트워크화에 집중하고 있습니다. 특히 산업용 고온 히트펌프 기술 개발을 통해 300도 이상의 열을 공급할 수 있는 시스템을 구축하고 있으며, 물이나 공기를 활용한 친환경 냉매 기술 개발에도 앞장서고 있습니다. 또한, 재생에너지의 변동성을 극복하기 위해 대용량 액체 공기 에너지 저장 기술과 잉여 전력을 수소 및 액상 연료로 전환하는 이퓨얼(e-Fuel) 공정을 연구 중입니다. 이러한 기술들은 시간적 불일치를 해결하는 열 배터리 기술과 결합하여 미래 에너지 네트워크의 핵심이 될 전망입니다. 결국 열에너지에 있어서 에너지 안보가 곧 탄소중립이며, 탄소중립이 곧 에너지 안보인 시대입니다. 에너지 수입 의존도가 높은 우리나라는 단순히 가스 비축량을 늘리는 임시방편을 넘어, 무탄소 전기화를 통해 근본적인 해결책을 마련해야 합니다. 이를 위해 정부와 연구기관, 산업계가 협력하여 가용한 기술의 실증을 확대하고 한계 돌파형 혁신 기술을 선행 확보하는 투 트랙 전략이 필요합니다. 전문가들의 집단지성과 지속적인 연구 개발을 통해 확보될 열에너지 초격차 기술력은 우리나라가 기후 위기를 극복하고 미래 경쟁력을 확보하는 든든한 밑거름이 될 것입니다.

한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]

지구환경과학
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공학·기술

[페스티벌+어스] 지속가능한 지구: 기후 by 박록진, 김백민 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

기후 변화는 이제 먼 미래의 경고가 아닌 현실의 위기로 다가왔습니다. 1880년 산업혁명 이후 지구의 평균 기온은 이미 1.1도 상승했으며, 한반도는 이보다 높은 2도 가까운 상승 폭을 기록하고 있습니다. 이러한 지구 온난화는 단순히 숫자의 변화에 그치지 않고 전 지구적인 폭염, 가뭄, 집중호우와 같은 극단적인 기상 현상을 빈번하게 야기합니다. 북극의 빙하가 녹아내리고 해수면이 상승하는 현상은 생태계 전반의 위기를 초래하며 인류의 생존을 위협하고 있습니다. 우리는 현재 지구 곳곳에서 발생하는 기후 재난을 통해 변화의 시급성을 체감하고 있습니다. 파리 협정의 핵심 목표인 탄소 중립은 인위적인 탄소 배출량과 자연적인 흡수량이 균형을 이루는 상태를 의미합니다. 우리가 배출한 이산화탄소는 숲의 광합성과 해양의 용해 작용을 통해 자연적으로 흡수되는데, 현재는 배출량이 자연의 흡수 능력을 크게 초과하여 대기 중 농도가 계속 높아지고 있습니다. 2050년까지 탄소 중립을 달성하기 위해서는 전력 생산과 운송 수단 등 주요 배출원의 에너지 구조를 근본적으로 전환하여 자연의 흡수 범위 안으로 배출량을 줄여야 합니다. 이는 단순히 배출을 줄이는 것을 넘어 지구 시스템의 순환 원리를 회복하는 과정입니다. 자연의 탄소 흡수 능력은 고정된 것이 아니라 기후 변화와 밀접하게 상호작용하며 변합니다. 최근 빈번해진 대형 산불은 그동안 나무가 흡수했던 탄소를 다시 대기로 방출하는 악순환을 만들고 있으며, 해수 온도의 상승은 바다의 탄소 용해도를 낮추어 흡수 효율을 떨어뜨립니다. 또한 이산화탄소보다 지구 온난화 지수가 25배나 높은 메테인 기체의 농도 증가는 기후 위기를 더욱 가속화하는 요인이 됩니다. 따라서 자연의 흡수 기작에 대한 정밀한 과학적 이해와 감시가 탄소 중립 전략의 필수적인 토대가 되어야 하며, 이를 위해 위성 관측과 같은 첨단 기술의 활용이 중요해지고 있습니다. 기후 위기에 대응하는 과정에서 우리는 탄소 감축뿐만 아니라 변화하는 환경에 적응하는 지혜도 함께 갖추어야 합니다. 지구 온도가 6도 이상 상승하여 인류가 멸종할 것이라는 극단적인 공포에 매몰되기보다는, 과학적 근거에 기반한 합리적인 대응책을 마련하는 것이 중요합니다. 현재의 기술 발전 속도와 국제적인 협력을 고려할 때, 우리는 온도 상승 폭을 관리 가능한 수준으로 억제할 수 있는 시간을 아직 확보하고 있습니다. 비관론에 빠져 포기하기보다는 우리가 처한 상황을 정확히 인식하고, 지속 가능한 성장을 위한 구체적이고 실현 가능한 경로를 설계해야 할 때입니다. 경제 성장과 탄소 배출 사이의 연결고리를 끊어내는 '탈동조화'는 지속 가능한 미래를 위한 핵심 과제입니다. 과거에는 GDP가 높아질수록 탄소 배출도 늘어나는 것이 당연시되었으나, 최근 선진국들을 중심으로 기술 혁신을 통해 경제 성장을 유지하면서도 배출량을 줄이는 사례가 나타나고 있습니다. 기업들은 탄소 발자국을 투명하게 공개하고 친환경 공정을 도입하며 생존을 위한 변화를 꾀하고 있습니다. 소비자 역시 탄소 배출이 적은 제품을 선택함으로써 시장의 흐름을 바꾸는 중요한 역할을 수행할 수 있으며, 이러한 개인의 선택이 모여 기업과 국가의 변화를 이끌어내는 동력이 됩니다. 에너지 전환의 성공은 단순히 재생 에너지 발전소를 많이 짓는 것에 그치지 않고, 이를 뒷받침하는 효율적인 에너지 인프라 구축에 달려 있습니다. 기상 조건에 따라 발전량이 변하는 태양광이나 풍력 에너지의 특성을 고려할 때, 남는 전력을 저장하고 필요한 곳으로 보내주는 지능형 전력망 확충이 필수적입니다. 또한 수소 에너지, 탄소 포집·활용·저장 기술(CCUS) 등 다양한 창의적 대안들을 검토하고 실용화해야 합니다. 에너지의 생산부터 소비까지 전 과정에서의 효율화와 인프라의 혁신은 기후 위기 극복을 위한 가장 강력한 수단이 될 것이며, 이는 국가 경쟁력과도 직결되는 문제입니다. 기후 위기는 인류에게 커다란 도전이지만, 동시에 새로운 문명으로 도약할 수 있는 기회이기도 합니다. 우리는 인공위성을 활용한 정밀 관측과 고도화된 모델링을 통해 미래 기후를 예측하고 최선의 대응 경로를 찾아가고 있습니다. 개인의 절제와 기업의 혁신, 그리고 국가의 현명한 정책이 조화를 이룰 때 우리는 비로소 지속 가능한 지구를 후손에게 물려줄 수 있습니다. 인류는 언제나 위기 속에서 답을 찾아왔으며, 이번에도 과학적 근거와 연대의 힘을 바탕으로 지구와 공존하는 새로운 길을 개척해 나갈 것입니다. 우리의 작은 실천과 창의적인 사고가 모여 결국 지구를 위한 올바른 답을 완성할 것입니다.

김백민, 박록진

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

지구환경과학

[카오스+어스] 🌎Leave Earth_여러분은 지구를 떠나시겠습니까?🚀 by 이강근, 국종성, 남욱현

지구상의 물 위기는 단순히 일시적인 기상 현상을 넘어 상시적인 고갈의 위협으로 다가오고 있습니다. 현재 전 세계 인구의 상당수가 물 스트레스 국가에 거주하고 있으며, 2050년에는 인구 증가로 인해 물 수요가 급격히 늘어날 전망입니다. 반면 우리가 실제로 사용할 수 있는 담수의 양은 한정되어 있어 공급 능력이 수요를 따라가지 못하는 심각한 불균형 상태에 직면해 있습니다. 과학 기술을 통한 혁신적인 물 이용 체계가 마련되지 않는다면 인류는 생존을 위한 필수 자원인 물의 부족으로 인해 거대한 위기에 처하게 될 것입니다. 지구 전체의 물 중 우리가 즉시 활용 가능한 하천이나 호수의 물은 만분의 일 수준에 불과합니다. 대부분은 바닷물이거나 빙하, 혹은 땅속 깊은 곳의 지하수로 존재하기 때문입니다. UN은 이러한 물의 중요성을 고려하여 안전한 식수를 공급받을 권리를 기본적인 인권으로 정의했습니다. 이는 물 문제가 단순히 환경 보호의 차원을 넘어 전 지구적인 리더십과 국제적 협력을 통해 해결해야 할 인권의 문제임을 시사합니다. 물의 불균형한 분포와 기술력의 차이로 발생하는 양극화 현상은 인류가 함께 풀어야 할 숙제입니다. 기후 변화로 인한 해수면 상승은 인류의 거주지를 직접적으로 위협하고 있습니다. 지난 세기 동안 해수면은 꾸준히 상승해 왔으며, 최근에는 그 속도가 더욱 가속화되는 추세입니다. 특히 남극과 그린란드의 빙하가 급격히 녹아내리면서 해안 도시의 침수 위험이 현실화되고 있습니다. 만약 남극의 빙하가 모두 녹는다면 해수면은 수십 미터 이상 상승하게 되며, 이는 전 세계 지도를 완전히 뒤바꿀 정도의 파괴적인 결과를 초래할 수 있습니다. 이는 단순한 환경 변화를 넘어 인류 문명의 기반을 흔드는 중대한 사안입니다. 지구 온난화는 단순히 기온을 높이는 것에 그치지 않고 폭염, 집중호우, 가뭄과 같은 극한 현상을 더욱 강력하고 빈번하게 만듭니다. 대기 중 수증기량이 증가하면서 태풍과 홍수의 위력은 커지는 반면, 육지의 수분 증발은 가속화되어 극심한 가뭄과 산불을 유발합니다. 이러한 재난들은 서로 상호작용하며 생태계를 붕괴시키고 탄소 배출을 더욱 촉진하는 악순환의 고리를 형성합니다. 기후 변화의 속도가 인류의 적응 능력을 앞지르고 있다는 사실은 지금의 상황이 단순한 변화를 넘어 생존의 위기임을 명확히 보여줍니다. 인류가 지구 시스템에 지대한 영향을 미치기 시작한 시기를 일컫는 '인류세'는 1950년대 '대 가속'을 기점으로 뚜렷해집니다. 인구와 경제 활동의 폭발적인 증가와 함께 이산화탄소 농도, 해수면 상승 등 지구 시스템의 지표들이 급격히 변화하기 시작했습니다. 인류는 이제 자연적인 지질 작용보다 더 큰 규모로 지표면을 변화시키고 있으며, 이러한 활동의 흔적은 지구 역사의 새로운 장으로 기록되고 있습니다. 이는 인간이 지구의 운명을 결정짓는 주요한 지질학적 주체가 되었음을 의미하며, 그에 따른 막중한 책임감을 요구합니다. 인류세의 가장 명확한 증거는 땅속에 남겨진 '테크노 화석'입니다. 플라스틱, 알루미늄, 방사성 낙진 등 자연 상태에서는 존재할 수 없는 물질들이 새로운 지층을 형성하고 있습니다. 특히 현대식 쓰레기 매립장은 인류세의 특징적인 물질들이 전 지구적으로 쌓여 있는 거대한 지층과 같습니다. 수십 년이 지나도 썩지 않고 보존된 라면 봉지나 신문지는 우리가 남긴 문명의 흔적이 지구의 역사 속에 어떻게 영구적으로 각인되는지를 생생하게 보여줍니다. 이러한 인공적인 지층은 후세에 인류가 지구에 남긴 지울 수 없는 흉터로 기억될 것입니다. 지구의 위기를 해결하기 위해 거대 반사경 설치나 탄소 포집과 같은 지구 공학적 기술들이 논의되고 있습니다. 하지만 기술적 해결책은 예상치 못한 부작용을 초래할 위험이 있으며, 근본적인 해결을 위해서는 인류의 소비 방식과 정책적 변화가 반드시 병행되어야 합니다. 우리는 기술에만 의존하기보다 지구 시스템에 대한 깊은 이해를 바탕으로 지속 가능한 미래를 위한 책임감 있는 선택을 내려야 합니다. 지금 우리가 내리는 결정과 실천하는 행동들이 미래 세대에게 어떤 지구를 물려줄지 결정하는 가장 중요한 열쇠가 될 것입니다.

국종성, 남욱현, 이강근

카오스재단카오스콘서트

지구환경과학

[KIER] Solar Waste Panel Recycling Technology

태양광 발전은 오염물질 배출이 없는 지속가능한 재생에너지로 각광받고 있지만, 수명이 다한 태양광 폐패널 처리가 새로운 과제로 떠오르고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)의 예측에 따르면 전 세계적으로 폐기되는 태양광 폐패널의 수는 기하급수적으로 증가할 전망입니다. 이에 한국에너지기술연구원(KIER)은 자원 효율을 극대화하기 위해 태양광 폐패널 재료의 80% 이상을 회수하는 혁신적인 재활용 기술을 개발했습니다. 이는 단순한 폐기물 처리를 넘어 지속가능한 에너지 사이클을 완성하는 필수적인 단계입니다. 태양광 폐패널 재활용은 크게 열처리, 화학적 처리, 그리고 물리적 처리의 세 가지 방식으로 나뉩니다. 한국에너지기술연구원(KIER)이 주목한 기술은 전 세계적으로 널리 쓰이는 물리적 처리 접근법을 고도화한 방식입니다. 기존 방식이 단순히 유리를 분리하고 재활용하는 수준에 머물렀다면, 새롭게 개발된 기술은 알루미늄, 실리콘, 구리와 같은 고부가가치 물질을 훨씬 높은 순도로 회수할 수 있습니다. 이를 통해 공정 비용은 낮추면서도 회수되는 자원의 다양성과 질을 동시에 확보하는 데 성공했습니다. 재활용의 핵심은 태양광 폐패널의 각 구성 요소를 정교하게 분리하는 공정에 있습니다. 자동 정션박스 해체와 프레임 제거를 거친 후, 가장 중요한 단계인 유리 분리가 이루어집니다. 한국에너지기술연구원(KIER)의 기술은 봉지재와 유리 사이의 계면을 효율적으로 분리하는 특수 장치를 사용하여 거의 100%에 달하는 유리 회수율을 자랑합니다. 이 과정에서 은, 실리콘, 구리와 같은 귀중한 금속 재료들이 서로 섞이지 않게 원천적으로 차단함으로써, 회수된 자원의 재판매 수익성을 극대화하는 성과를 거두었습니다. 태양광 폐패널에서 유리는 전체 무게의 65% 이상을 차지하며, 특히 철분 함량이 매우 낮은 고품질의 저철분 유리가 사용됩니다. 과거에는 태양광 폐패널을 분쇄하여 회수하는 방식을 사용했으나, 실리콘이나 금속이 섞여 유리의 가치가 급격히 떨어지는 문제가 있었습니다. 연구팀은 태양광 폐패널을 파손하지 않고 유리를 온전하게 분리해내는 기술을 통해 고가의 유리를 최고 순도로 유지하는 데 성공했습니다. 태양광 폐패널의 파손 여부와 관계없이 일관된 처리가 가능하다는 점 또한 이 기술이 가진 독보적인 장점 중 하나입니다. 회수된 자원은 단순한 재활용을 넘어 새로운 가치를 창출하는 데 사용됩니다. 태양광 폐패널에서 얻은 실리콘은 단결정 잉곳으로 제조되어 다시 태양전지 생산 공정에 투입됩니다. 이는 자원의 완전한 경제 순환을 가능하게 하며, 최근 수요가 급증한 이차전지 음극재 분야에서도 실리콘의 가치가 높게 평가받고 있습니다. 저탄소 배출을 실현하는 이 저비용 재활용 기술은 환경 보호와 경제적 이익이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡으며, 에너지 산업의 지속가능한 미래를 밝히는 중요한 열쇠가 될 것입니다.

한국에너지기술연구원

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[과린이를 부탁해] 어린이 과학동아 4월호, 지구를 구할 친환경 에너지

기후 위기는 이제 단순한 경고의 수준을 넘어 우리 눈앞에 닥친 현실이 되었습니다. 기후변화에 관한 정부 간 협의체인 IPCC는 최근 보고서를 통해 기후변화로 인한 수자원 고갈, 생태계 파괴, 식량 안보 및 건강 위협이 지속적으로 심화되고 있다고 발표했습니다. 특히 지구 평균 기온이 1.5℃만 상승해도 전 세계 약 35억 명이 고통을 겪으며 심각한 생존 위기에 직면할 것으로 예상됩니다. 이는 인류의 미래와 직결된 문제로, 지금은 그 어느 때보다 시급하고 긴요한 대처가 필요한 시점입니다. 에너지 전환은 환경 보호의 측면을 넘어 국가 경제와도 밀접한 관련이 있습니다. 특히 수출 중심의 경제 구조를 가진 국가의 경우, 유럽 등 주요 선진국들이 도입하고 있는 친환경 무역 정책에 민감하게 반응해야 합니다. 최근 많은 국가가 재생 에너지를 사용한 제품만을 수입하거나 탄소 배출 비용을 부과하는 식의 무역 장벽을 세우고 있습니다. 따라서 재생 에너지로 만든 제품을 생산하지 못하면 국제 시장에서 경쟁력을 잃게 되며, 이는 곧 국가의 산업 경쟁력과 생존 문제로 직결되는 매우 중요한 사안입니다. 기후 위기가 초래할 재앙은 상상을 초월합니다. 지구 평균 기온이 5℃만 더 올라가도 생물종의 최대 60%가 멸종 위기에 처할 수 있으며, 전 지구적인 생태계 균형이 완전히 무너질 위험이 큽니다. 특히 산불의 위험성은 더욱 가시화되고 있습니다. 유엔환경계획(UNEP)에 따르면 기후 위기로 인해 전 세계 산불 발생 빈도는 2050년까지 30% 이상 증가하는 등 더욱 빈번해질 것으로 예측됩니다. 이는 단순한 자연재해를 넘어 인류의 안전을 위협하는 거대한 재난이 될 것이며, 우리는 이러한 변화를 막기 위해 즉각적인 행동에 나서야 합니다. '2050 탄소 중립'은 탄소 배출량을 최대한 줄이고 남은 탄소는 흡수하여 실질적인 순 배출량을 0으로 만드는 것을 의미합니다. 이를 위해 전 세계는 화석 연료 의존도를 낮추고 재생 에너지 비중을 높여야 합니다. 특히 우수한 기술력을 보유한 국가들은 화석 연료의 의존을 완전히 줄일 수 있는 역량을 갖추고 있습니다. 경제력과 기술이 부족한 지역들이 온실가스 감축에 동참할 수 있도록 국제적인 재정 지원과 기술 공유가 병행되어야만 전 지구적인 탄소 중립 목표를 달성할 수 있을 것입니다. 재생 에너지는 태양광, 풍력, 바이오에너지, 수력 등 자연에서 얻을 수 있는 다양한 자원이 포함됩니다. 이러한 재생 에너지는 탄소 배출이 적고 고갈 위험이 거의 없다는 장점이 있지만, 초기 구축 비용이 많이 들고 효율성을 높여야 하는 과제가 남아 있습니다. 따라서 에너지 소비를 줄이는 고효율 기술 개발과 함께 화석 연료 사용을 줄이기 위한 국민적 이해와 사회적 합의가 필수적입니다. 우리 모두가 경각심을 가지고 관심을 기울일 때 비로소 지구를 구하는 진정한 에너지 전환이 가능해질 것입니다.

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[명강리뷰] 인류세(인간세, Anthropocene) : 지구의 미래를 걱정한다 by 김경렬 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 9강

지질학적 시간 단위인 홀로세는 약 만 년 전부터 시작되었지만, 최근 300년 사이 지구 환경은 이전과는 비교할 수 없을 만큼 급격한 변화를 겪었습니다. 인류가 화석 연료를 사용하고 대규모 산업 활동을 전개하면서 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 온실가스 농도가 폭발적으로 증가했기 때문입니다. 이러한 변화는 자연적인 지질 시대의 흐름을 벗어나 인류의 활동이 지구 시스템의 주도적인 힘이 되었음을 의미하며, 과학자들은 이를 '인류세'라는 새로운 시대로 정의하고 있습니다. 온실가스 농도의 증가는 인류의 생존 방식과 밀접하게 연결되어 있습니다. 산업혁명 이후 석탄과 석유의 사용은 이산화탄소 배출의 주범이 되었고, 인구 증가에 따른 축산업의 확장은 소의 소화 과정에서 발생하는 메탄 농도를 높였습니다. 또한 농업 생산성을 높이기 위해 사용되는 질소 비료는 아산화질소를 배출하여 오존층 파괴와 온난화를 가속화하고 있습니다. 이러한 현상은 인류가 지구 생태계 전반에 걸쳐 거대한 발자국을 남기고 있음을 보여주는 명백한 증거입니다. 전 세계 인구 1인당 연간 약 1톤의 탄소를 배출한다는 통계가 있지만, 이는 국가별 경제 수준에 따라 매우 불공평하게 나타납니다. 선진국들은 과거부터 막대한 양의 탄소를 배출하며 성장해 온 반면, 개발도상국들은 이제 막 경제 발전을 위해 배출량을 늘리고 있는 상황입니다. 예를 들어 프랑스는 원자력 발전 비중이 높아 탄소 배출량이 상대적으로 적은데, 이는 에너지 생산 방식이 국가의 탄소 수지에 얼마나 큰 영향을 미치는지 보여줍니다. 결국 기후 위기 해결을 위해서는 전 지구적인 공평성과 책임 분담이 필수적입니다. 화석 연료를 대체하기 위한 노력은 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 재생 에너지 분야에서 활발히 이루어지고 있습니다. 과거에는 이러한 재생 에너지의 발전 단가가 원자력 발전이나 화력 발전에 비해 높았지만, 기술 혁신을 통해 경제성이 점차 확보되고 있습니다. 특히 해상 풍력이나 해수 온도차 발전과 같은 새로운 시도들은 에너지 자립과 탄소 중립을 동시에 달성할 수 있는 가능성을 제시합니다. 엔지니어들의 노력으로 재생 에너지의 경쟁력이 높아짐에 따라, 우리는 위험 부담이 큰 에너지원 대신 지속 가능한 선택지를 가질 수 있게 되었습니다. 기후 위기 해결을 위한 책임은 국가나 기업에만 있는 것이 아닙니다. 전체 탄소 배출량의 약 3분의 1은 우리 개개인의 일상적인 생활 방식에서 비롯됩니다. 우리가 사용하는 전기, 이동 수단, 소비 습관 하나하나가 지구 환경에 직접적인 영향을 미치고 있습니다. 우리가 누리는 문명적 혜택을 유지하면서도 환경을 보전하기 위해서는 생활 속의 작은 실천이 무엇보다 중요합니다. 에너지 절약과 같은 노력이 모일 때, 우리는 비로소 후손들에게 아름답고 건강한 지구를 물려줄 수 있는 책임을 다하게 될 것입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

과학덕후 필독 | 에너지신기술 | 쓰고 남은 에너지를 공유할 수 있는 똑똑한 하우스가 있다?

기후위기에 대응하기 위한 에너지 전환의 흐름 속에서 이제는 집집마다 에너지를 생산하고 이를 유기적으로 나누는 새로운 형태의 공동체가 주목받고 있습니다. 과거의 자립 방식이 단순히 개별 가구의 에너지원을 교체하는 수준이었다면, 오늘날의 연구는 지역 사회 구성원들이 남는 에너지를 교환하는 네트워크를 구축하는 데 집중하고 있습니다. 특히 재생에너지를 풍부하게 생산할 수 있는 건물과 물리적 공간의 한계로 자급이 어려운 고층 건물을 하나로 묶어 효율성을 높이는 전략이 필수적입니다. 태양광과 지열 등 다채로운 에너지원을 융합하여 주거 지역 전체의 에너지 독립성을 강화하는 것이 핵심입니다. 에너지 자립의 핵심은 생산 기술을 넘어 생산된 에너지를 어떻게 최적으로 활용하느냐에 달려 있습니다. 단순히 전기를 만드는 것에 그치지 않고, 이를 냉방, 난방, 온수 공급 등 실생활에 필요한 열에너지로 유연하게 변환하여 활용하는 플랫폼 기술이 중요합니다. 이러한 시스템을 통하면 거주자가 집을 비워 에너지가 남는 시간대에 그 에너지를 필요로 하는 이웃 건물로 실시간 전달이 가능해집니다. 개별 건물이 소비량 대비 130% 이상의 에너지를 생산하는 능력을 갖추게 되면, 커뮤니티 전체는 외부 에너지 공급 없이도 100% 자립할 수 있는 안정적인 순환 체계를 완성할 수 있습니다. 현재 진행되는 실증 연구의 최종적인 지향점은 이러한 기술들이 실제 우리 동네와 지역 사회에 자연스럽게 스며들어 상업적인 비즈니스 모델로 정착하는 것입니다. 기술적인 완성도만큼이나 중요한 것은 실제 주거 환경에서 운영의 효율성을 증명하고 누구나 혜택을 누릴 수 있는 시스템으로 발전시키는 일입니다. 미래의 주거 단지는 에너지를 소비만 하는 수동적인 공간에서 벗어나, 스스로 에너지를 생산하고 이웃과 나누는 활력 넘치는 공간이 될 것입니다. 에너지를 공유하는 문화가 정착된다면 우리가 꿈꾸는 지속 가능한 탄소중립 사회로의 전환은 더욱 빠르고 확실하게 실현될 것입니다.

한국에너지기술연구원

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수소 기술: 탄소 중립 사회로의 전환 - Detlef Stolten / Director, IEK-3, Juelich Research Center 【2021 글로벌 기계기술 포럼】

최근 지구 곳곳에서 발생하는 기록적인 폭우와 산불은 기후 변화가 인류의 생존을 위협하는 시급한 과제임을 보여줍니다. IPCC 시나리오에 따르면 지구 온도 상승폭을 제한하기 위해 2060년경부터는 반드시 마이너스 배출로 전환해야 하며, 이를 방치할 경우 온난화는 통제 불능 상태에 빠지게 됩니다. 특히 이산화탄소와 더불어 강력한 온실가스인 메탄 배출을 신속하게 줄이는 것이 관건입니다. 기상 이변으로 인한 피해 복구 비용이 천문학적으로 치솟고 있는 지금, 우리는 더 늦기 전에 에너지 인프라의 근본적인 대전환을 시작해야만 합니다. 수소는 화석 연료를 대체하고 탄소 중립을 달성할 수 있는 가장 현실적이고 효율적인 대안으로 꼽힙니다. 수소는 단순히 에너지원으로 쓰일 뿐만 아니라 암모니아, 메탄올, 합성 천연가스 생산을 위한 기초 원료로 활용되어 화학 산업의 탈탄소화를 이끄는 핵심 동력이 됩니다. 특히 공정 과정에서 불가피하게 발생하는 이산화탄소를 포집하고 이를 수소 기반 기술과 결합함으로써 산업 전반의 배출량을 획기적으로 낮출 수 있습니다. 수소 기술은 기존의 가스 인프라를 활용하면서도 깨끗한 에너지 환경을 조성하는 가교 역할을 수행하게 될 것입니다. 독일 연구진은 에너지 시스템 전환의 최적 경로를 찾기 위해 'ETHOS'라는 고도의 시뮬레이션 모델을 개발했습니다. 이 모델은 전력망, 건물, 산업, 운송 등 농업을 제외한 모든 부문의 데이터를 시간 단위로 분석하여 최저 비용으로 탄소 감축 목표를 달성하는 조합을 제안합니다. 예를 들어 태양광 발전 비용이 하락하면 시스템은 자동으로 더 많은 태양광 설비를 배치하고, 이에 연결된 다른 에너지원들과의 경쟁을 통해 전체 비용을 최적화합니다. 이러한 과학적 접근은 특정 국가나 지역의 특성에 맞춰 가장 경제적인 에너지 전환 로드맵을 설계하는 데 필수적인 도구가 됩니다. 성공적인 수소 경제를 구축하기 위해서는 수전해 설비, 저장 파이프라인, 대규모 액화 시설 등 핵심 자산에 대한 체계적인 투자가 필요합니다. 연구 결과에 따르면 기존의 천연가스 파이프라인을 수소용으로 재배치하여 사용하는 것이 새로운 관로를 건설하는 것보다 훨씬 경제적입니다. 또한 수소는 기체 상태뿐만 아니라 액체 형태로 선박이나 트레일러를 통해 운송될 수 있어 원거리 공급망 구축에도 유리합니다. 기술 발전과 시장 확대에 따라 수전해 설비 가격이 하락하고 대량 생산 체계가 갖춰지면 수소 공급 가격은 점차 낮아져 산업 전반의 경쟁력을 확보하게 될 것입니다. 글로벌 시장에서 수소의 공급 잠재력은 매우 거대하며 경제적 가치 또한 높습니다. 모로코, 알제리, 사우디아라비아와 같이 일사량이 풍부한 국가들은 태양광 발전을 통해 자국의 수요를 뛰어넘는 수백만 톤의 수소를 저렴하게 생산할 수 있는 잠재력을 보유하고 있습니다. 이들 국가에서 생산된 청정 수소는 국제적인 교역망을 통해 유럽 등 에너지 수요국으로 수송되어 전 세계적인 탈탄소화를 가속화할 것입니다. 재생 에너지 가격이 지속적으로 하락함에 따라 수소 수입은 에너지 안보를 강화하고 화석 연료 의존도를 낮추는 전략적인 선택지가 될 전망입니다. 2045년까지 탄소 중립을 달성하기 위해 필요한 비용은 막대한 금액처럼 보일 수 있지만, 기후 재난 대응 비용과 비교하면 충분히 감당할 수 있는 수준입니다. 독일의 사례를 분석했을 때 재생 에너지 가격 하락과 기술 혁신 덕분에 전환 비용은 당초 예상보다 더 낮아질 것으로 보입니다. 선제적인 투자는 환경을 보호할 뿐만 아니라 에너지 신산업을 육성하고 새로운 일자리를 창출하는 경제적 기회이기도 합니다. 기후 목표가 야심찰수록 수소에 대한 수요는 증가하겠지만, 이는 결과적으로 더 깨끗하고 안정적인 에너지 시스템을 구축하는 밑거름이 될 것입니다. 미래의 에너지 시스템은 수소와 전력이 상호 보완하며 유기적으로 작동하는 구조가 될 것입니다. 비록 노후 주택의 개조나 숙련된 기술 인력 확보와 같은 현실적인 과제들이 남아 있지만, 수소는 천연가스 인프라를 통해 가정과 산업 현장에 안정적으로 에너지를 공급하며 이러한 간극을 메워줄 것입니다. 특히 운송 부문과 중공업 분야에서 수소의 역할은 대체 불가능할 정도로 중요해질 것입니다. 우리는 이제 정밀한 데이터와 기술력을 바탕으로 탄소 중립이라는 담대한 목표를 향해 나아가야 하며, 수소는 그 여정에서 가장 신뢰할 수 있는 동반자가 될 것입니다.

한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]

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대한민국의 액화수소 기반 수소사회 인프라 구축 전략 - 최병일 / 한국기계연구원 플랜트융합연구실장, 국토교통부 상용급 액체수소 플랜트 연구단 단장 【2021 글로벌 기계기술 포럼】

전 세계가 2050년까지 탄소중립을 달성하기 위해 힘을 모으는 가운데, 수소사회는 재생에너지 사회이자 탄소중립 사회와 완전한 동의어로 정의됩니다. 재생에너지는 기후와 시간에 따라 수요와 공급의 불일치가 발생할 수밖에 없는데, 이때 남는 전력으로 수소를 생산해 에너지원으로 활용하는 것이 핵심입니다. 결국 탄화수소 기반의 에너지원을 대체하고 지속 가능한 에너지 생태계를 구축하기 위해서는 수소 인프라의 확보가 필수적입니다. 우리나라는 2050년까지 온실가스 배출량을 현재 대비 95% 이상 감축하겠다는 도전적인 목표를 세웠습니다. 이는 사실상 국내 에너지원에서 탄소를 완전히 배제하겠다는 선언과 같습니다. 부족한 에너지는 국내 재생 전력 증설과 해외로부터의 수입을 통해 충당해야 하며, 그 유일한 운송 수단이 바로 수소입니다. 정부는 이를 지원하기 위해 수소경제 이행 계획을 수립하고 그린 수소의 생산과 도입을 위한 구체적인 로드맵을 가동하고 있습니다. 수소는 대용량 저장과 운송을 위해 액체수소 상태로 만들거나 암모니아로 합성하는 방식이 주로 활용됩니다. 액체수소는 기체 대비 부피를 획기적으로 줄여 대용량 저장에 유리하며, 암모니아는 질소와 결합해 상온 운송이 용이하고 직접 연소도 가능하다는 장점이 있습니다. 현재 우리나라는 세계 최대 규모의 액화수소 플랜트 건설을 계획하며 인프라 구축에 속도를 내고 있습니다. 이는 향후 버스, 트럭, 선박 등 대형 모빌리티의 에너지 공급을 위한 기반이 될 것입니다. 기술 자립을 위해 한국기계연구원을 중심으로 액화수소 플랜트 국산화와 핵심 설비 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 외산 기술에 의존하던 압축기, 열교환기, 터보 팽창기 등의 핵심 부품을 우리 기술로 대체하기 위한 실증 연구가 한창입니다. 특히 초고압 펌프와 액체수소 전용 저장 탱크 기술은 미래 수소 충전소와 모빌리티 시장의 주도권을 결정지을 핵심 요소입니다. 이러한 연구는 단순히 기술 개발을 넘어 국내 산업의 자생력을 키우는 밑거름이 됩니다. 기존의 LNG 인수기지와 파이프라인 인프라를 수소사회에 맞춰 전환하는 전략은 우리나라 제조업의 새로운 기회입니다. 우리나라는 세계적인 플랜트 건설 능력과 선박 건조 경쟁력을 갖추고 있어, 수소 인프라 구축 시장에서 강력한 우위를 점할 수 있습니다. 2030년경 그린 암모니아 수입을 시작으로 액체수소 운송이 본격화되면, 탄소중립은 환경 보호를 넘어 대한민국 경제를 이끄는 보석 같은 신성장동력으로 자리매김할 것입니다.

한국기계연구원[글로벌 기계기술 포럼│Global Forum on Mechanical Engineering]

지구환경과학
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공학·기술

[한-호 지식교류 세미나] No Time to Waste Session 2 - Market Systems(21.7.23)

우리 사회가 구축한 폐기물 처리 시스템은 일단 자리를 잡으면 그 구조를 해체하거나 변화시키기가 매우 어렵습니다. 특히 음식물 쓰레기와 같은 문제는 우리 주변의 제도와 거버넌스 프로세스가 복잡하게 얽혀 있는 거미줄과 같습니다. 하지만 기후 위기라는 긴박한 상황 속에서 우리는 더 이상 시간을 낭비할 여유가 없습니다. 이제는 우리가 만들어낸 이 복잡한 실타래를 풀어내고, 지속 가능한 미래를 위해 시스템 전반의 혁신을 주도해야 할 때입니다. 한국은 매일 발생하는 1만 4,000톤의 음식물 쓰레기 중 97%를 재활용하는 세계적인 모범 사례를 보여주고 있습니다. 하지만 기존의 사료화나 퇴비화 방식은 가축 질병이나 염분 농도 문제로 인해 품질 저하와 처리 시설 적체라는 한계에 직면했습니다. 이에 대한 대안으로 음식물 쓰레기를 열분해하여 고효율 고체 연료인 바이오차(Biochar)로 전환하는 연구가 주목받고 있습니다. 이는 석탄과 유사한 발열량을 가지면서도 환경 오염을 최소화할 수 있는 혁신적인 기후 기술입니다. 호주는 넓은 국토와 풍부한 자원 덕분에 매립지에 대한 의존도가 높았으나, 최근 자원 회수율을 높이기 위해 폐기물 에너지화(WtE) 기술 도입에 박차를 가하고 있습니다. 단순히 폐기물을 묻는 대신 열적 처리를 통해 증기와 전기를 생산함으로써 화석 연료를 대체하고 탄소 배출을 줄이는 것이 핵심입니다. 이러한 기술은 재활용이 불가능한 잔여 폐기물에서 가치를 추출하는 중요한 퍼즐 조각이 되며, 매립량을 획기적으로 줄여 자원 순환 목표 달성에 기여합니다. 폐기물 관리의 진화는 단순히 에너지를 생산하는 것을 넘어 지역 사회와 상생하는 에코 지구 모델로 발전하고 있습니다. 오염된 광산 부지를 활용해 매립 가스를 포집하고, 발전 과정에서 발생하는 폐열로 양식장을 운영하는 등 다각적인 자원 활용이 가능합니다. 향후에는 에너지 회수 공정에서 발생하는 이산화탄소를 직접 포집하여 건축 자재 등으로 재활용하는 탄소 네거티브(Carbon Negative) 기술까지 결합함으로써, 환경 보호와 경제적 가치 창출을 동시에 실현할 수 있습니다. 재생 에너지 보급이 확대됨에 따라 전력망의 물리적 한계로 인해 생산된 에너지가 낭비되는 출력 제한(Curtailment) 문제가 발생하고 있습니다. 기존의 단방향 전력망은 옥상 태양광 등에서 역방향으로 흐르는 대규모 에너지를 수용하기 어렵기 때문입니다. 이를 해결하기 위해 인공지능(AI) 기반의 소프트웨어와 첨단 전력 전자 장치를 결합한 양방향 스마트 그리드 기술이 도입되고 있습니다. 이 기술은 전력망의 전압을 실시간으로 조절하여 에너지가 버려지지 않도록 관리합니다. 스마트 그리드 기술을 적용하면 기존 인프라의 제약을 극복하고 훨씬 큰 규모의 태양광 및 배터리 시스템을 도심 건물에 설치할 수 있습니다. 예를 들어 대형 매장 지붕을 소규모 발전소로 전환하여 생산된 에너지의 상당 부분을 지역 전력망에 안정적으로 공급하는 것이 가능해집니다. 이는 먼 곳의 대규모 발전소에 의존하던 중앙 집중식 시스템에서 벗어나, 소비가 일어나는 지역 사회에서 직접 깨끗한 에너지를 생산하고 공유하는 에너지 민주화의 시대를 앞당깁니다. 기후 변화에 대응하는 여정은 거대 기업이나 정부의 정책뿐만 아니라 지역 사회와 개인의 인식 변화에서 완성됩니다. 에너지 시스템의 혁신과 폐기물의 자원화는 강력한 기득권의 저항과 기술적 장벽을 마주하기도 하지만, 지속적인 기술 증명과 사회적 동의를 통해 극복해 나가야 합니다. 지구를 구하는 일은 누군가 다른 사람이 해줄 것이라는 안일한 믿음을 버리고, 우리 모두가 각자의 위치에서 작은 행동을 시작할 때 진정한 탄소 중립의 미래가 열릴 것입니다.

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지구환경과학
융합
공학·기술

[한-호 지식교류 세미나] No Time to Waste Session 3 Carbon Neutral Solutions(21.8.24)

최근 기후 변화에 관한 정부 간 협의체인 IPCC는 인류를 향한 '적색경보'를 발령하며 위기의 심각성을 경고했습니다. 특히 바다는 온실가스를 흡수하는 거대한 천연 탄소 흡수원으로서 지구의 온도를 조절하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 하지만 무분별하게 유입되는 플라스틱은 메탄과 에틸렌 방출을 유도하여 오히려 기후 변화를 가속하는 부작용을 낳고 있습니다. 따라서 바다 생태계를 보호하고 플라스틱 배출을 줄이는 일은 단순한 환경 보호를 넘어 인류의 생존과 직결된 시급한 과제라고 할 수 있습니다. 호주는 지난 30여 년간 기후 변화 대응에서 선구적인 모습과 주저하는 태도를 동시에 보여왔습니다. 1980년대 후반부터 선도적으로 탄소 감축 목표를 수립하고 세계 최초의 온실가스 감축 전담 기관을 설립하는 등 학계의 모범 사례로 평가받기도 했습니다. 그러나 정권 교체에 따라 배출권 거래제가 도입과 폐지를 반복하고 기후 관련 기구가 해체되는 등 정책적 불확실성이 지속되었습니다. 이러한 경험은 기후 행동이 기술적 가능성만큼이나 정치적 안정성과 사회적 합의가 중요하다는 교훈을 남겼습니다. 효과적인 기후 위기 대응을 위해서는 일시적인 유행이 아닌 장기적인 시각에서의 정책 설계가 필수적입니다. 과학적 모델은 지난 수십 년간 일관되게 위기의 징후를 가리켜 왔으며, 이는 올바른 의사결정을 내리기 위한 강력한 객관적 지표가 됩니다. 하지만 현장에서는 검증된 데이터가 무시되는 경우가 종종 발생하며, 이는 신기술 도입과 시스템 변화를 위한 투자를 저해하는 결과로 이어집니다. 따라서 전문가의 조언을 존중하며 정의로운 전환을 위해 다양한 이해관계자가 협력하는 토양을 마련하는 것이 무엇보다 필요합니다. 기술 혁신이 실질적인 성과로 이어지기 위해서는 단편적인 지원을 넘어 기술적, 제도적, 사회적 측면을 모두 고려한 통합적 접근 방식이 필요합니다. 기후 기술의 적용은 사회 전반에 걸쳐 복합적인 영향을 미치기 때문에, 특정 부문의 가치 사슬과 이해관계자 구조를 면밀히 분석해야 합니다. 예를 들어 폐기물 관리의 경우 하류의 처리 시설 구축도 중요하지만, 상류의 분리수거 시스템이나 배출 체계와 같은 근본적인 원인을 먼저 파악해야 합니다. 이러한 전체론적 관점은 기술 적용의 효율성을 극대화합니다. 한국의 녹색기술센터는 이러한 통합적 관점을 바탕으로 개발도상국과의 기후 기술 협력을 활발히 전개하고 있습니다. 방글라데시에서는 식수 부족 문제를 해결하기 위해 담수화 기술을 제안함과 동시에, 탄소 배출권 판매와 연계한 지속 가능한 비즈니스 모델을 설계하여 자금 조달 문제를 해결했습니다. 또한 인도네시아 농업 분야에서는 정보통신기술 도입 전 현지의 사회적 잠재력과 과제를 먼저 분석하여 최적의 스마트 팜 계획을 수립했습니다. 이는 기술 이전이 현지의 맥락과 유기적으로 결합해야 함을 잘 보여줍니다. 호주에서는 원주민의 전통 지식을 현대적인 기후 행동에 접목하여 놀라운 성과를 거두고 있습니다. 북부 지역의 전통 화재 관리 기술은 건기 초기에 낮은 강도의 불을 놓아 대규모 산불을 예방함으로써 온실가스 배출을 획기적으로 줄이고 있습니다. 이러한 활동은 탄소 상쇄 제도와 연계되어 경제적 가치를 창출할 뿐만 아니라 원주민의 고용과 생물 다양성 보전이라는 다각적인 이익을 가져옵니다. 전통의 지혜와 현대의 자본 시장이 결합하여 지속 가능한 미래를 만드는 혁신적인 모델로 자리 잡고 있는 것입니다. 기후 위기는 전 지구적 과제이기에 '급진적 협력'이라 불릴 만큼 강력한 국가 간 연대가 요구됩니다. 호주는 현재 청정 수소, 저탄소 철강, 탄소 포집 및 저장 등 핵심 기술의 비용을 낮추기 위한 기술 투자 로드맵을 가동하며 한국을 포함한 여러 국가와 파트너십을 강화하고 있습니다. 탄소 중립을 향한 여정은 거대한 시스템의 개혁뿐만 아니라, 뒷마당에 숲을 가꾸거나 신기술을 수용하는 개인의 작은 실천들이 모여 완성됩니다. 더 이상 지체할 시간이 없다는 절박함으로 우리 모두가 변화를 이끌어야 합니다.

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지구환경과학
융합
공학·기술

[생기원 X 과학쿠키] 정전기로 1000V 고전압을 만든다?! 생기원, 마찰대전 발전기 출력을 5,000V 이상으로 극대화시킨 원천기술 개발

겨울철 손끝에서 느껴지는 정전기는 일상에서 흔히 겪는 현상이지만, 이를 에너지로 활용하려는 시도는 매우 혁신적입니다. 최근 연구에서는 실리콘 기반 탄성 중합체와 얇은 알루미늄 울을 결합하여 마찰 전기를 발생시키는 마찰 대전 발전기가 주목받고 있습니다. 실리콘 기반 탄성 중합체를 손으로 가볍게 치는 것만으로도 내부에 배치된 알루미늄 울과의 마찰을 통해 LED를 밝힐 수 있는 충분한 전기가 생성됩니다. 이는 단순히 버려지는 정전기를 유용한 에너지원으로 전환할 수 있는 가능성을 보여주는 흥미로운 기술적 성과입니다. 마찰 전기가 발생하는 원리는 두 물체가 접촉할 때 각 물질의 고유한 성질에 따라 전자가 이동하는 데 있습니다. 물질마다 전자를 얻거나 잃으려는 성향이 다른데, 이를 순서대로 정리한 것을 대전열이라고 부릅니다. 예를 들어 실리콘 기반 탄성 중합체는 전자를 얻기 쉬운 성질을 가지고 있어, 다른 물체와 마찰할 때 상대방의 전자를 끌어오는 역할을 합니다. 이렇게 표면에 쌓인 전하가 특정 계기를 통해 한꺼번에 이동하는 현상을 방전이라고 하며, 우리가 흔히 보는 번개 역시 거대한 규모의 마찰과 방전이 만들어낸 자연 현상 중 하나입니다. 마찰 전기를 실용적인 에너지로 바꾸기 위해서는 고전압을 안정적으로 유도하는 기술이 핵심입니다. 연구진은 정밀 가공 과정에서 버려지는 알루미늄 부산물인 알루미늄 울에 주목했습니다. 이 소재의 가장자리에는 미세한 마이크로 톱니 구조가 형성되어 있는데, 이것이 전하의 방전을 효과적으로 유도하여 순간적으로 1,000V 이상의 고전압을 만들어냅니다. 단순히 버려지던 산업 폐기물이 고전압 발생을 위한 핵심 부품으로 재탄생한 셈이며, 이는 소재의 형태학적 특성을 활용해 에너지 효율을 극대화한 독창적인 연구 사례로 평가받습니다. 생성된 전기가 실제 고전압인지 확인하기 위해 연구진은 전자를 가시화하는 장치인 크룩스관을 활용합니다. 진공 튜브 내부에서 전자가 이동하며 형광면을 밝히기 위해서는 매우 높은 전압이 필요한데, 마이크로 톱니 구조에서 발생한 정전기는 이를 충분히 구동시킵니다. 더 나아가 고전압 환경에서 형태가 변하는 전기 활성 고분자 소재를 움직여 나비의 날갯짓을 구현하는 등 정밀한 기계적 제어까지 가능하게 합니다. 별도의 복잡한 승압 장치 없이도 소재의 마찰만으로 고출력 에너지를 얻을 수 있다는 점이 이 기술의 가장 큰 강점입니다. 이처럼 마찰 대전 기술은 일상에서 버려지는 운동 에너지를 유용한 전기 에너지로 바꾸는 에너지 하베스팅의 미래를 제시합니다. 사람이 걷는 계단이나 산책로에 설치하여 야간 조명을 밝히거나, 조난 시 자신의 위치를 알리는 비상 신호 발생기로 활용하는 등 보행 안전과 구조 분야에서 큰 가치를 가질 수 있습니다. 단순한 정전기 현상을 넘어 세상을 이롭게 하고 사람의 생명을 보호하는 기술로 발전하는 마찰 대전 발전기는, 지속 가능한 에너지 솔루션을 향한 과학적 도전의 중요한 이정표가 될 것입니다.

한국생산기술연구원

물리학
융합
공학·기술

[KERI TV] '하늘을 나는 발전소', 공중풍력발전은 어떤 원리일까?

지구 온난화와 이상 기후 현상은 인류의 생존을 위협하는 심각한 부메랑이 되어 돌아오고 있습니다. 이에 대응하기 위해 세계 각국은 화석 연료의 비중을 줄이고 재생에너지로의 전환을 서두르고 있습니다. 육상 풍력 발전은 기술적 발전을 통해 경제성을 확보했지만, 설치 부지의 한계와 지역 주민들의 수용성 문제라는 큰 벽에 부딪혀 있습니다. 이러한 상황에서 기존의 한계를 극복하고 에너지 생산 효율을 극대화할 수 있는 새로운 대안으로 고고도 바람을 이용하는 공중 풍력 발전이 주목받고 있습니다. 이는 에너지 공급의 안정성을 확보하고 탄소 중립을 실현할 수 있는 혁신적인 기술로 평가받습니다. 공중 풍력 발전의 핵심은 지상보다 훨씬 강력하고 일정한 고고도 바람 에너지를 활용한다는 점입니다. 전 세계 에너지 수요의 수십 배에 달하는 거대한 잠재력을 지닌 고고도 바람은 윙(Wing)이 8자 비행 궤적을 그리며 수집합니다. 윙(Wing)이 바람의 힘으로 로프를 당기면 그 장력이 지상 발전기의 회전 에너지로 변환되어 전기를 생산하는 방식입니다. 이 과정은 전력을 생산하는 발전 모드와 윙(Wing)을 원래 위치로 복귀시키는 전동 모드를 반복하며 이루어집니다. 타워가 필요 없는 이 시스템은 설치 비용을 획기적으로 줄일 뿐만 아니라 수심과 관계없이 해상에서도 운용이 가능해 지리적 제약을 거의 받지 않습니다. 현재 우리나라는 한국전기연구원을 중심으로 공중 풍력 발전의 독자적인 기술력을 확보하며 미래 에너지 시장을 준비하고 있습니다. 이미 마산 해양신도시에서 수행 중인 실증 시험은 설계부터 운영까지 전 과정을 국내 기술로 완수했다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 앞으로는 인공지능을 결합한 자동 운영 시스템을 구축하여 운용의 정밀도를 높이고, 소용량 이동식 시스템부터 대형 발전 단지까지 다양한 규모의 상용화를 목표로 하고 있습니다. 이러한 기술적 진보는 고갈되지 않는 청정에너지원을 확보함으로써 지속 가능한 사회를 만드는 든든한 밑거름이 될 것입니다. 끊임없는 혁신을 통해 하늘에서 얻는 에너지가 우리 삶을 더욱 풍요롭게 만들 날이 머지않았습니다.

한국전기연구원KERI 연구·시험성과

지구환경과학
융합
공학·기술

[석학인터뷰] 박진희_ 과학자가 아니어도 과학에 참여할 수 있을까?

1980년대 중반부터 시작된 우리나라의 과학 대중화 운동은 단순한 지식 전달을 넘어 사회 전반의 인식을 바꾸는 중요한 전환점이 되었습니다. 초기에는 과학기술의 중요성을 알리는 계몽적인 성격이 강했지만, 시간이 흐르며 대중이 과학을 하나의 문화로서 즐기고 향유할 수 있는 토대가 마련되었습니다. 이러한 변화는 과학이 전문가들만의 전유물이 아니라, 우리 삶의 질을 높이고 국가 경쟁력을 확보하는 필수적인 요소라는 공감대를 형성하는 데 기여했습니다. 1993년 개최된 대전 엑스포는 한국 과학기술 역사에서 상징적인 사건으로 기록됩니다. 이 행사를 기점으로 과학은 연구소의 담장을 넘어 일반 시민들의 일상 속으로 깊숙이 들어오게 되었습니다. 수많은 어린이가 과학자의 꿈을 키웠고, 성인들은 과학이 가져올 미래 사회의 청사진을 직접 목격하며 과학기술 발전에 대한 자부심을 느꼈습니다. 이는 과학기술 중심 사회로 나아가는 데 있어 국민적 에너지를 결집하는 결정적인 계기가 되었습니다. 현대 사회에서 과학 대중화의 개념은 일방적인 교육에서 쌍방향 소통으로 진화하고 있습니다. 과거에는 지식을 가진 자가 그렇지 못한 자에게 가르침을 주는 방식이었다면, 이제는 시민들이 과학적 이슈에 참여하고 자신의 의견을 개진하는 '과학 커뮤니케이션'의 시대가 열린 것입니다. 이러한 변화는 과학적 합리성이 사회적 의사결정의 기초가 되는 성숙한 민주주의 사회를 만드는 데 핵심적인 역할을 수행하며, 대중의 과학적 문해력을 높이는 결과로 이어집니다. 과학자들의 사회적 역할 또한 과거와는 확연히 달라졌습니다. 이제 연구자들은 실험실 안에서의 성과에만 머무르지 않고, 자신의 연구가 사회에 미치는 영향을 설명하며 대중과 끊임없이 소통해야 합니다. 과학적 사실을 바탕으로 사회적 갈등을 조정하고 합리적인 대안을 제시하는 과정에서 과학자의 목소리는 더욱 중요해지고 있습니다. 대중과의 신뢰 관계 구축은 과학기술 정책에 대한 지지를 이끌어내고, 지속 가능한 연구 환경을 조성하는 밑거름이 됩니다. 궁극적으로 과학 문화의 확산은 우리 사회의 사고방식을 더욱 유연하고 논리적으로 변화시키는 힘을 가지고 있습니다. 과학은 단순히 어려운 공식이나 이론이 아니라, 현상을 관찰하고 질문을 던지며 해답을 찾아가는 과정 그 자체이기 때문입니다. 모든 시민이 과학적 사고를 생활화할 때, 우리는 직면한 복잡한 문제들을 보다 객관적으로 바라보고 해결할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 이것이 바로 우리가 끊임없이 과학을 이야기하고 문화로서 정착시켜야 하는 진정한 이유입니다.

박진희

카오스재단석학인터뷰

융합

과학덕후 필독 | 에너지신기술 | 그린수소, 제대로 생산해봅시다(feat.계백장군) | 부하변동 대응형 수전해 스택

수소는 우주 구성 물질의 75%를 차지하는 무궁무진한 자원으로, 2050년까지 수조 달러 규모의 시장과 수천만 개의 일자리를 창출할 미래 에너지원으로 주목받고 있습니다. 연소 시 공해 물질이 전혀 발생하지 않는다는 점에서 탄소 중립 시대를 이끌 핵심 연료로 손꼽히지만, 역설적이게도 현재 수소를 생산하는 과정에서는 막대한 양의 이산화탄소가 배출되는 문제가 있습니다. 이로 인해 '그레이 수소'라는 오명을 얻기도 했으며, 생산 및 보관 과정에서의 폭발 위험성 또한 해결해야 할 과제로 남아있습니다. 따라서 친환경적이면서도 안정적인 수소 공급 체계를 구축하기 위한 고순도 정제법과 새로운 생산 방식의 도입이 절실한 시점입니다. 기존의 화석 연료 기반 수소 생산에서 벗어나기 위해 주목받는 방식이 바로 수전해 기술입니다. 이는 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지를 활용해 물을 전기 분해하여 '그린 수소'를 만드는 방식입니다. 하지만 재생 에너지는 날씨에 따라 전력 공급량이 불규칙하고 간헐적이라는 치명적인 단점이 있습니다. 전기 에너지가 급변하면 수전해 장치에 무리가 가고 수명이 단축될 수 있는데, 이는 마치 자동차가 급발진과 급정거를 반복하며 엔진이 손상되는 원리와 비슷합니다. 따라서 재생 에너지의 불안정한 출력을 견뎌내면서도 효율적으로 수소를 생산할 수 있는 기술적 보완이 수소 경제의 성패를 가르는 중요한 관건이 되고 있습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 것이 바로 '부하변동 대응형 수전해 스택'입니다. 이 장치는 재생 에너지의 불규칙한 전력 공급에도 장치가 망가지지 않고 안정적으로 구동되도록 설계되었습니다. 핵심 비결은 전이금속 촉매에 반응성이 더 큰 망간이나 크롬을 첨가한 기술에 있습니다. 이를 통해 재생 에너지와 직접 연계되어 전력이 급격히 변하더라도 효율 저하 없이 고순도의 수소를 생산할 수 있습니다. 또한, 장치 내부의 가스와 물이 원활하게 흐르도록 유로 설계를 최적화하여 전체적인 시스템 성능을 끌어올렸습니다. 이는 해외 선진 기술과 비교해도 독보적인 연계성을 자랑하며, 우리만의 독자적인 국산 기술력을 입증하는 사례입니다. 수전해 기술에서 효율만큼 중요한 것은 바로 안전성입니다. 전력 공급이 불안정할 경우 양쪽 전극에서 발생하는 수소와 산소가 섞일 위험이 있는데, 일정 농도 이상 혼합되면 폭발로 이어질 수 있기 때문입니다. 연구진은 이를 방지하기 위해 자체적으로 개발한 특수 분리막을 적용했습니다. 분리막의 미세한 구멍 크기를 정밀하게 조절함으로써 수소와 산소가 서로 섞이는 것을 원천적으로 차단했습니다. 이처럼 가스 혼합 방지 기능을 대폭 개선한 덕분에 재생 에너지의 변동 폭이 큰 상황에서도 높은 안전성을 확보할 수 있게 되었습니다. 결과적으로 고효율과 고안전이라는 두 마리 토끼를 잡으며 상용화에 한 걸음 더 다가서게 된 것입니다. 현재 연구 단계에서 달성 가능한 최대 규모의 실증을 마친 이 기술은 앞으로 기업과의 협업을 통해 메가와트(MW)급 대용량 스택으로 확장될 예정입니다. 특히 2021년부터 예정된 새만금 단지의 대규모 수전해 단지 보급 사업에 이 기술을 적용하여 실질적인 타당성을 검토하고, 친환경 수소의 대량 생산 체제를 구축할 계획입니다. 화석 연료 사용을 줄이고 온실가스 배출을 제로화하는 진정한 의미의 수소 사회는 재생 에너지와 친환경 생산 기술의 완벽한 결합에서 시작됩니다. 부하변동 대응형 수전해 스택은 그 시작을 알리는 첫걸음이며, 우리나라가 미래 수소 경제를 선도하는 글로벌 리더로 도약하는 데 중추적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

한국에너지기술연구원

화학
지구환경과학
융합
공학·기술

[별난이야기] 태양열로 라면 끓이기

태양의 강력한 에너지를 활용하여 일상적인 음식을 조리하는 과정은 과학적 호기심을 자극하는 흥미로운 실험입니다. 라면을 끓이기 위해 가장 먼저 고려해야 할 점은 열 흡수율이 높은 도구를 선택하는 것입니다. 흔히 사용하는 양은냄비는 빛을 반사하는 성질이 강해 태양열 조리에는 적합하지 않습니다. 대신 빛을 효과적으로 흡수할 수 있는 검은색 냄비를 준비해야 합니다. 여기에 태양 빛을 한곳으로 모아주는 태양열 집열판과 맑은 하늘의 태양만 있다면 자연의 에너지만으로도 충분히 요리가 가능한 환경이 조성됩니다. 본격적인 실험을 위해 냄비에 물을 담고 초기 온도를 측정하는 것부터 시작합니다. 오후 1시 53분 기준으로 약 31도였던 물은 태양열 집열판 위에 놓인 지 불과 15분 만에 95도까지 상승하는 놀라운 결과를 보여줍니다. 강렬한 태양 빛이 태양열 집열판의 반사경을 통해 냄비 바닥으로 집중되면서 짧은 시간 안에 물을 끓일 수 있는 충분한 열에너지가 생성된 것입니다. 이때 눈을 보호하기 위해 보호 안경을 착용하는 등 안전 수칙을 지키는 것도 중요하며, 뚜껑을 덮어 열 손실을 최소화하는 과정이 필수적입니다. 물이 끓기 시작하면 기호에 맞춰 수프와 면을 넣고 본격적인 조리에 들어갑니다. 태양열만으로 면이 익을 수 있을지 의구심이 들 수도 있지만, 지속적으로 공급되는 열에너지 덕분에 약 7분 정도의 시간이 지나면 꼬들꼬들하게 잘 익은 라면이 완성됩니다. 가스레인지나 전기 인덕션 같은 인위적인 열원 없이 오직 하늘에 떠 있는 태양의 빛만으로도 우리가 평소 즐겨 먹는 음식을 완벽하게 조리할 수 있다는 사실은 태양 에너지가 가진 무한한 잠재력과 실용성을 직접적으로 증명해 줍니다. 태양이 이토록 막대한 에너지를 방출할 수 있는 근본적인 이유는 내부에서 일어나는 핵융합 반응에 있습니다. 수많은 수소 폭탄이 동시에 터지는 것과 같은 이 반응을 통해 생성된 에너지는 빛의 형태로 지구에 도달합니다. 우주 공간에서 측정되는 에너지는 매우 강력하지만, 지구 대기를 통과하며 반사와 산란 과정을 거치면서 지상에 도달하는 양은 다소 줄어들게 됩니다. 하지만 태양열 집열판을 통해 흩어지는 빛을 한데 모으면 물을 끓이고 음식을 익히기에 충분한 고온의 열원을 확보할 수 있게 됩니다. 이러한 원리는 단순히 요리에 그치지 않고 대규모 전력을 생산하는 태양열 발전으로 확장됩니다. 태양광 발전이 빛을 직접 전기로 바꾼다면, 태양열 발전은 빛을 모아 물을 끓이고 그 증기로 터빈을 돌려 전기를 만듭니다. 현재 미국 모하비 사막이나 모로코 사하라 사막 등지에서는 이러한 방식을 활용한 대규모 발전소가 실제로 운영되고 있습니다. 자연이 주는 깨끗하고 무한한 에너지를 효율적으로 집적하고 활용하는 기술은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 핵심적인 해결책 중 하나로 자리 잡고 있습니다.

국립과천과학관💫천문우주

물리학
지구환경과학
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[석학인터뷰] 박남규_ 주목! 페로브스카이트! 우연히 발견되는 것은 없다 | 2020 봄 카오스강연 '첨단기술의 과학'

페로브스카이트 태양전지가 전 세계적으로 주목받는 가장 큰 이유는 압도적인 에너지 변환 효율에 있습니다. 태양전지의 핵심 가치는 빛을 얼마나 많은 전기로 전환할 수 있느냐에 달려 있는데, 페로브스카이트는 이 지점에서 기존 기술을 뛰어넘는 탁월한 성능을 보여줍니다. 하지만 상용화를 위해서는 해결해야 할 과제도 남아 있습니다. 바로 장기 안정성 문제입니다. 현재 이 기술은 수분이나 산소 같은 외부 환경 요인에 노출되었을 때 효율이 저하되는 특성이 있어, 이를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 안정성 문제만 해결된다면 차세대 에너지 시장의 주역이 될 것입니다. 한 분야에서 묵묵히 연구를 이어가는 끈기는 과학적 성취의 밑거름이 됩니다. 노벨 화학상 후보급으로 거론될 만큼 성과를 낼 수 있었던 비결은 학위 과정부터 다져온 페로브스카이트 물질에 대한 깊은 이해 덕분이었습니다. 당시에는 태양전지와 직접적인 관련이 없던 기초 연구였지만, 그 지식이 훗날 결정적인 토대가 되었습니다. 1997년 박사 학위 취득 이후 수십 년간 태양전지라는 한 우물만 판 경험이 쌓여 오늘날의 혁신을 만들어낸 셈입니다. 주말조차 학생들의 연구 결과를 분석하고 논문을 작성하며 보내는 연구자의 일상은 이러한 집념을 잘 보여줍니다. 과학의 역사에서 위대한 발견은 종종 우연처럼 묘사되곤 하지만, 그 이면을 들여다보면 모든 것은 필연의 산물임을 알 수 있습니다. 페로브스카이트 태양전지의 탄생과 발전 과정 역시 갑작스러운 행운이 아니라, 수많은 시행착오와 연구의 흐름이 맞물려 일어난 결과입니다. 겉으로 보기에는 우연한 발견처럼 보일지라도, 그 기회를 포착할 수 있었던 것은 준비된 연구자의 치열한 고민이 있었기 때문입니다. 기술적인 성과를 넘어 하나의 혁신적인 물질이 세상에 나오기까지 숨겨진 필연적인 이야기들은 우리에게 과학적 통찰의 중요성을 다시금 일깨워 줍니다.

박남규

카오스재단카오스강연

화학

[90초과학상식] 친환경 하이브리드 농법, 태양광 이모작

황금빛으로 물든 논밭 위에서 농작물 수확과 동시에 에너지를 생산하는 기술이 주목받고 있습니다. 이는 농지 위에 태양광 패널을 설치하여 농사와 전력 생산을 병행하는 이른바 '영농형 태양광' 방식입니다. 단순히 땅을 나누어 쓰는 것이 아니라, 하나의 부지에서 두 가지 부가가치를 동시에 창출한다는 점에서 매우 혁신적입니다. 이러한 친환경 하이브리드 농법은 에너지 기술 연구의 결실이 실제 농촌 현장에 적용된 사례로, 지속 가능한 미래 농촌 모델을 제시합니다. 농촌 태양광은 크게 건축물 옥상을 활용하는 방식과 작물 재배와 병행하는 영농형으로 나뉘는데, 영농형 태양광은 국토의 효율적인 활용을 가능하게 합니다. 태양광 패널이 작물의 성장을 방해할 것이라는 우려와 달리, 식물은 생장에 필요한 일정 수준의 일사량만 확보되면 충분히 건강하게 자랄 수 있습니다. 실제로 영농형 태양광 아래에서 자란 벼는 이삭의 수나 낱알의 상태 등 생육 지표가 기존 방식과 거의 차이가 없는 것으로 나타났습니다. 오히려 움직이는 패널이 햇빛을 적절히 차단해 토양의 습도를 유지해 주며, 이는 미생물 활동을 촉진해 토양의 질을 개선하는 효과를 가져옵니다. 또한 벼농사에서 공급되는 물은 태양광 패널의 과열을 방지하는 냉각수 역할을 하여 발전 효율을 높이는 상호 보완적인 관계를 형성하며, 농업 수익에 전력 판매 수익을 더해 농가 소득의 안정성을 높여줍니다. 이미 일본과 유럽 등지에서는 이러한 영농형 태양광이 활발하게 이루어지고 있으며, 국토 면적이 좁고 햇빛이 풍부한 우리나라에서도 그 효율성이 매우 높게 평가됩니다. 정부는 '재생에너지 3020' 계획의 일환으로 영농형 태양광 발전 시범사업을 추진하며 농촌 태양광 육성 방안을 마련하고 있습니다. 지속적인 연구 개발을 통해 기술적 완성도를 높이고, 이를 바탕으로 전국적인 보급을 확대해 나갈 계획입니다. 앞으로 농촌은 단순히 먹거리를 생산하는 공간을 넘어, 청정 에너지를 만들어 내는 거점으로 거듭날 것입니다. 기술과 자연이 조화를 이루는 새로운 농촌 풍경은 우리 사회의 에너지 전환과 농촌 경제 활성화라는 두 마리 토끼를 동시에 잡는 열쇠가 될 것입니다.

한국에너지기술연구원

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[에너지톡톡] 풍력에너지란?_1편

풍력 에너지는 자연적인 바람의 운동 에너지를 회전 에너지로 변환하고, 이를 최종적으로 전력으로 바꾸는 친환경적인 방식입니다. 인류에게 시원함을 주는 고마운 존재인 바람은 때로 태풍과 같은 거대한 자연재해로 변해 피해를 입히기도 하지만, 이 강력한 에너지를 기술적으로 제어하면 우리 삶에 꼭 필요한 전기를 생산하는 훌륭한 자원이 됩니다. 바람의 이러한 양면성을 이해하고 이를 지속 가능한 동력원으로 활용하는 과정이 바로 현대 풍력 발전의 핵심이자 지향점이라고 할 수 있습니다. 인류는 아주 오래전부터 바람의 힘을 실생활에 이용해 왔으며, 대표적으로 네덜란드의 풍차를 통해 곡식을 찧는 등의 작업을 수행했습니다. 이후 패러데이의 전자기 유도 법칙이 발견되고 니콜라 테슬라에 의해 교류 발전 기술이 체계화되면서, 동력을 전기 에너지로 변환할 수 있는 혁신적인 아이디어가 등장하게 되었습니다. 이러한 과학적 진보는 단순한 동력 전달 장치였던 풍차를 대형 발전 시설로 변모시키는 결정적인 계기가 되었으며, 현대의 풍력 발전 시스템이 탄생할 수 있는 이론적 토대를 마련해 주었습니다. 그는 1888년에 날개와 발전기를 결합한 형태의 장치를 개발하여 수백 개의 백열전구와 모터를 20년 동안 성공적으로 운전하며 그 실질적인 효용성을 증명했습니다. 이어 1891년에는 덴마크의 과학자 포울 라 쿠르가 실험용 풍력 발전기를 설치하며 기술적 진보를 이끌었는데, 당시의 초기 모델들은 전통적인 풍차의 형태를 계승하여 4개에서 6개의 날개를 가진 복잡한 구조로 설계되어 현대와는 사뭇 다른 모습을 띠고 있었습니다. 오늘날 우리가 흔히 접하는 3개의 날개를 가진 세련된 형태의 발전기는 유체 역학의 발달과 함께 완성되었습니다. 1903년 라이트 형제의 비행 성공은 항공 역학을 비약적으로 발전시켰으며, 이는 유체를 가장 효과적인 동력으로 전환하기 위한 다양한 공학적 시도로 이어졌습니다. 1920년대 제이콥스 형제의 설계와 1940년대 덴마크식 발전기를 거치면서 구조적 안정성과 효율성을 동시에 확보하려는 노력이 계속되었습니다. 이러한 과정을 통해 풍력 발전기는 오늘날처럼 거대한 크기와 최적의 효율을 자랑하는 3엽 날개 시스템으로 진화하게 되었습니다. 풍력 발전의 경제성을 결정짓는 핵심 요소는 에너지 효율이며, 이는 날개 길이의 제곱과 풍속의 세제곱에 비례하는 특성을 가집니다. 따라서 기술자들은 더 많은 전력을 생산하기 위해 발전기의 크기를 대형화하고, 바람이 강한 산간 지방이나 해안가 위주로 설비를 구축해 왔습니다. 1980년대 수십 킬로와트에 불과했던 발전 용량은 소재의 경량화와 공학적 설계를 통해 현재 수만 가구가 동시에 사용할 수 있는 수준까지 성장했습니다. 다만 까다로운 입지 조건과 환경적 제약은 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있으며, 이를 극복하기 위한 새로운 기술적 대안이 모색되고 있습니다.

한국에너지기술연구원

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대체 신재생에너지란 무엇일까? - 에너지 Part 1

인류는 약 142만 년 전 불을 사용하기 시작한 이래로 에너지를 통해 문명을 비약적으로 발전시켜 왔습니다. 산업혁명을 거치며 화석 연료는 전기를 생산하는 핵심적인 에너지원이 되었고, 현재도 전 세계 대부분의 국가에서 주력으로 활용되고 있습니다. 그러나 인류의 에너지 소비량이 급격히 증가함에 따라 화석 연료의 고갈 문제와 온실가스 배출로 인한 환경 오염이 심각한 과제로 떠오르게 되었습니다. 이에 따라 많은 과학자들은 기존의 한계를 극복하고 에너지 생산의 부하를 분담할 수 있는 지속 가능한 새로운 에너지원을 찾기 시작했습니다. 신재생에너지는 신에너지와 재생에너지를 아우르는 포괄적인 개념입니다. 신에너지는 기존에 사용되던 물질의 특성을 새롭게 활용하는 형태로, 석탄을 가스화하거나 액화하여 효율을 높이고 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 방식 등을 의미합니다. 반면 재생에너지는 태양광, 바람, 물, 지열과 같이 자연 상태에서 끊임없이 순환하고 공급되는 에너지를 포획하여 사용합니다. 이러한 에너지원들은 자연에서 간과되었던 흐름을 유용한 전력으로 탈바꿈시킨다는 점에서 현대 사회에 매우 중요한 의미를 지니고 있습니다. 재생에너지는 크게 태양, 지구 내부, 그리고 천체의 중력이라는 세 가지 원천을 가지고 있습니다. 태양으로부터 도달하는 복사열은 지구의 기상 현상을 일으키며 수력 및 풍력 발전의 근간이 되고, 태양광 발전은 이 빛 에너지를 직접 전기로 바꿉니다. 또한 맨틀의 대류와 마그마의 열을 이용하는 지열 발전은 지구 내부가 보유한 막대한 에너지를 활용하는 대표적인 사례입니다. 마지막으로 달의 중력에 의해 발생하는 조수 현상은 밀물과 썰물의 수위 차를 이용한 조력 발전을 가능하게 하여, 전 지구적인 자연의 순환을 에너지로 전환합니다. 발전 방식에 따라 신재생에너지는 크게 두 가지 범주로 분류할 수 있습니다. 첫 번째는 패러데이의 전자기 유도 원리를 이용한 터빈 회전 방식입니다. 태양열, 지열, 수력, 풍력 등은 자연의 동력이나 열로 터빈을 돌려 회전 에너지를 전기 에너지로 변환합니다. 두 번째는 물질의 특성을 이용해 직접 전자의 이동을 이끄는 방식입니다. 태양광 발전이나 수소 연료전지가 이에 해당하며, 복잡한 회전 장치 없이도 전자기학적 지식을 통해 직접적인 전류의 흐름을 만들어냅니다. 이는 볼타의 아이디어에서 시작된 전기 생산 방식의 현대적 진화라고 볼 수 있습니다. 에너지 소비는 인류 문명의 성장과 직결되는 핵심 요소이며, 우리는 날이 갈수록 더 많은 에너지를 필요로 하고 있습니다. 비록 현재는 여전히 화석 연료에 대한 의존도가 높지만, 다양한 공간에서 새로운 에너지 가능성을 확보하려는 노력은 지금 이 순간에도 계속되고 있습니다. 끊임없이 자연의 순환 원리를 탐구하고 새로운 기술적 토대를 마련해 나가는 과정은 인류의 생존을 위해서도 필수적입니다. 이러한 혁신이 지속된다면 인류는 머지않은 미래에 에너지 불균형 문제로부터 완전히 해방되어 진정한 지속 가능성을 실현할 수 있을 것입니다.

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[강연] 왜 지구인가? (4) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 1강 | 1강 ④

지구는 우주에서 유일하게 생명체가 번성할 수 있는 특별한 조건을 갖춘 행성입니다. 대기권의 적절한 두께와 태양과의 완벽한 거리는 생태계가 유지될 수 있는 근간이 됩니다. 하지만 최근 수십 년간 관찰된 급격한 기후 변화는 이러한 균형이 얼마나 취약한지를 여실히 보여주고 있습니다. 우리는 이제 자연이 보내는 경고 신호를 단순한 현상으로 치부하기 어려운 시점에 도달했습니다. 지구의 자정 능력을 넘어서는 오염과 파괴는 결국 인류의 생존을 위협하는 부메랑이 되어 돌아오고 있습니다. 산업화 이후 인류는 유례없는 풍요를 누려왔지만, 그 대가로 지구의 온도는 끊임없이 상승하고 있습니다. 화석 연료의 과도한 사용으로 배출된 온실가스는 열을 가두어 해수면 상승과 기상 이변을 초래합니다. 북극의 빙하가 녹아내리는 속도는 과학자들의 예상을 뛰어넘고 있으며, 이는 단순히 먼 나라의 이야기가 아닌 우리 일상의 안전을 위협하는 실질적인 위기로 다가오고 있습니다. 기후 변화에 대한 정확한 진단과 대응이 늦어질수록 우리가 치러야 할 비용은 기하급수적으로 늘어날 것입니다. 기후 변화의 메커니즘은 복잡하게 얽혀 있어 한 부분의 균형이 깨지면 연쇄적인 반응을 일으킵니다. 해양 온도의 상승은 해류의 흐름을 바꾸고, 이는 다시 대기의 순환에 영향을 주어 가뭄과 홍수 같은 극단적인 날씨를 빈번하게 만듭니다. 이러한 피드백 루프는 한번 시작되면 멈추기 어렵기 때문에, 임계점에 도달하기 전에 변화의 흐름을 늦추려는 과학적 노력이 그 어느 때보다 절실한 상황입니다. 생태계의 회복력을 복원하기 위한 다각적인 연구와 데이터 분석이 시급히 이루어져야 합니다. 위기를 극복하기 위해서는 탄소 중립을 향한 전 지구적인 협력과 기술적 혁신이 병행되어야 합니다. 재생 에너지로의 전환은 선택이 아닌 필수이며, 탄소 포집 기술과 같은 첨단 과학의 발전은 새로운 돌파구를 마련해 줄 것입니다. 또한 경제 구조 자체를 지속 가능한 방식으로 재편하려는 노력이 필요합니다. 이는 단순히 환경을 보호하는 차원을 넘어 인류 문명의 지속 가능성을 확보하는 핵심적인 과정입니다. 국가 간의 경계를 허물고 공동의 목표를 위해 지혜를 모아야 할 때입니다. 결국 지구의 미래는 현재를 살아가는 우리의 선택에 달려 있습니다. 작은 실천이 모여 거대한 변화를 이끌어내듯, 개개인의 인식 변화와 정책적 결단이 조화를 이루어야 합니다. 우리는 후손들에게 물려줄 지구가 지금보다 더 나은 모습이기를 희망하며, 자연과 공존하는 지혜를 배워야 합니다. 지구는 우리가 잠시 빌려 쓰는 소중한 터전임을 잊지 말고, 책임감 있는 태도로 보존에 힘써야 합니다. 지금의 노력이 미래 세대에게는 가장 큰 선물이 될 것이라는 믿음으로 나아가야 할 것입니다.

김영희, 이강근, 이상묵

카오스재단카오스강연

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[강연] 왜 지구인가? (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 1강 | 1강 ⑤

우리가 살아가는 지구는 거대한 에너지의 집합체이며, 현대 사회를 살아가는 많은 이들은 풍요로운 삶을 누리는 동시에 자원 고갈과 환경 파괴에 대한 깊은 책임감을 느끼곤 합니다. 특히 인구 증가와 물 부족 같은 세계적인 문제는 더 이상 남의 일이 아닌 우리 모두의 생존과 직결된 과제입니다. 이러한 모순을 해결하기 위해 과학은 화석 연료를 대체할 재생 에너지에 주목하고 있습니다. 지열, 풍력, 태양광 등 지구가 본래 가진 에너지를 슬기롭게 활용하는 기술은 인류가 지속 가능한 미래로 나아가기 위한 필수적인 선택지가 되고 있으며, 이는 우리가 자연과 공존하기 위해 반드시 고민해야 할 지점입니다. 에너지 전환은 단순히 기술적인 문제를 넘어 사회적 합의와 실천이 필요한 영역입니다. 아이슬란드와 같은 국가들은 지열과 수력을 통해 에너지의 상당 부분을 충당하며 앞서가고 있지만, 우리나라는 여전히 화석 연료와 원자력 의존도가 높은 실정입니다. 미세먼지나 온실가스 배출 문제는 특정 지역이나 국가에 국한되지 않는 전 지구적인 현상으로, 국경 없는 환경 위기에 대응하기 위해서는 에너지를 절감하고 아끼는 마음가짐을 공유하는 것이 무엇보다 중요합니다. 과학적 해결책이 제시되더라도 이를 수용하고 실천하려는 공동체의 노력이 뒷받침되어야만 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있기 때문입니다. 과학적 사고의 핵심은 고정된 정답에 안주하지 않고 끊임없이 진리를 탐구하는 유연함에 있습니다. 흔히 과학을 인간 중심적인 오만으로 오해하기도 하지만, 진정한 과학자는 새로운 증거가 나타나면 언제든 기존의 가설을 수정할 준비가 되어 있는 사람들입니다. 이는 결론을 정해두고 논리를 맞추는 방식과는 근본적으로 다르며, 오직 데이터와 근거를 바탕으로 가장 합리적인 답을 찾아가는 과정 자체가 과학의 본질이라 할 수 있습니다. 이러한 태도는 우리가 직면한 복잡한 환경 문제들을 감정적인 대응이 아닌, 객관적이고 실효성 있는 방향으로 해결할 수 있도록 돕는 이정표가 됩니다. 지진 조기 경보 시스템에서 단 몇 초의 시간은 인명 피해를 줄이는 결정적인 열쇠가 됩니다. 6~7초라는 짧은 시간은 언뜻 미미해 보일 수 있지만, 체계적인 대피 시스템과 훈련된 행동이 결합된다면 생사를 가르는 귀중한 골든타임이 될 수 있습니다. 과학은 자연재해를 완전히 막지는 못하더라도, 그 피해를 최소화할 수 있는 지혜와 기술적 수단을 제공합니다. 전조 현상을 파악하고 신속하게 정보를 전달하려는 노력은 안전한 사회를 구축하는 밑거름이 됩니다. 결국 과학은 인간이 자연의 거대한 흐름 속에서 스스로를 보호하고 환경에 적응해 나가는 가장 강력하고도 합리적인 도구인 셈입니다. 지구를 하나의 거대한 생명체로 보는 관점처럼, 지구는 스스로 조절하고 변화하는 역동적인 시스템입니다. 생명은 엔트로피 법칙을 거슬러 목적을 가지고 에너지를 사용하는 특별한 존재이며, 인류가 문명을 이룩한 과정은 수많은 우연이 겹쳐진 경이로운 결과입니다. 하지만 최근의 기후 변화는 지구가 과거에 겪었던 변화와는 비교할 수 없을 정도로 급격하게 진행되고 있습니다. 우리가 지구의 역사를 배우고 그 내부 구조를 탐구하는 이유는, 이 경이로운 우연을 지키고 다가올 미래를 더욱 겸허하게 준비하기 위해서입니다. 과학을 통해 지구를 깊이 이해하는 것이야말로 인류 생존의 유일한 답이 될 것입니다.

김영희, 이강근, 이상묵

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[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (5) 패널토의 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ⑤

지구 온난화로 인한 해수면 상승은 우리 삶의 터전을 직접적으로 위협하는 심각한 문제입니다. 시뮬레이션 결과에 따르면 해수면이 단 1m만 상승하더라도 인천이나 부산과 같은 해안도시의 상당 부분이 침수피해를 입게 됩니다. 특히 인구가 밀집된 해안 지역은 해안선이 도시 안쪽으로 100m 이상 밀려 들어올 수 있어 그 피해 규모는 상상을 초월합니다. 경관을 위해 방파제를 낮게 설치하는 등의 안일한 대처는 더 큰 재앙을 불러올 수 있으므로, 해안도시의 구조적 취약성을 보완하는 철저한 대비가 시급합니다. 기후 위기에 대응하기 위해서는 과학자와 정부의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 과학자들은 연구를 통해 기후 변화의 불확실성을 줄이고 정확한 데이터를 대중에게 전달하는 역할을 수행해야 합니다. 정부는 파리기후협약과 같은 국제적 약속을 바탕으로 실효성 있는 정책을 수립해야 하며, 특히 에너지 전환 과정에서 국민들이 경제적 충격을 받지 않도록 세심한 배려가 필요합니다. 에너지효율을 높이고 재생에너지를 확보하는 일은 단순한 환경 문제를 넘어 국가의 생존이 걸린 경제적 과제이기도 합니다. 지구 온난화 해결을 위해서는 우리 사회 전반의 의식 변화가 무엇보다 중요합니다. 단순히 쓰레기를 재활용하는 수준의 작은 실천만으로는 이미 가속화된 기후 변화를 막기에 역부족일 수 있습니다. 이제는 모든 국민이 이산화탄소 감축의 필요성을 깊이 인식하고, 우리의 노력이 실질적인 변화를 이끌어낼 수 있다는 확고한 믿음을 가져야 합니다. 사회적 인식이 근본적으로 바뀔 때 비로소 탄소중립을 향한 강력한 동력이 형성될 수 있으며, 이는 미래 세대에게 안전한 지구를 물려주기 위한 필수적인 과정입니다. 실생활에서 온실가스를 줄이는 가장 효과적인 방법 중 하나는 건물과 교통수단의 에너지효율을 개선하는 것입니다. 건물의 냉난방에너지가 밖으로 새나가지 않도록 단열 성능을 높이는 것만으로도 막대한 양의 이산화탄소 배출을 억제할 수 있습니다. 또한 화석연료를 사용하는 내연기관차에서 전기차로의 전환은 이산화탄소 배출을 줄이는 획기적인 대안이 될 것입니다. 다만 기존 차량의 처리 과정에서 발생하는 환경 문제와 국가별 에너지 상황의 차이를 고려한 다각적인 접근이 병행되어야 기술적 해결책이 실질적인 효과를 거둘 수 있습니다. 기후 변화는 인간뿐만 아니라 지구 생태계 전체의 시간표를 뒤흔들고 있습니다. 지구 온난화로 인해 개화 시기가 빨라지면 이를 매개로 하는 곤충의 활동주기와 어긋나게 되어 농작물 수확량이 감소하는 등 연쇄적인 생태계 교란이 발생합니다. 특히 종다양성의 파괴는 인류 진화의 역사에 있어 심각한 위협이 됩니다. 따라서 기후학자와 생태학자, 해양학자 등 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 생태계의 변화를 정밀하게 분석하고, 숲과 바다라는 소중한 탄소흡수원을 보존하기 위한 노력을 멈추지 말아야 합니다.

김백민, 안병옥, 최용상

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