본문내용
1. 에너지와 생활
1.1. 에너지 개요
에너지는 일을 하는 능력이며, 그리스어 '에르곤(Ergon)'에서 유래한 '에네르게이아(Energeia)'라는 용어로 표현된다. 인류는 불의 발견과 증기기관의 발명을 통해 18-19세기에 일어난 산업혁명을 "에너지 혁명"이라고 부르며, 에너지는 인류 문명의 발전에 핵심적인 역할을 해왔다.
에너지에 대한 최초의 사고는 운동 물체의 효과를 설명하면서 운동 에너지와 위치 에너지가 발견되었고, 이후 열역학 법칙으로 확립되었다. 에너지는 물리학을 비롯한 자연과학뿐만 아니라 경제학 등 사회과학 영역에서도 광범위하게 사용되고 있다.
에너지의 실용적 측면에서 볼 때, 에너지의 질, 에너지 자체의 특성, 수송 및 저장의 용이성, 열량 등이 중요하다. 에너지는 기계적 에너지, 전기적 에너지, 화학적 에너지, 열에너지 순으로 높은 서열을 가지며, 상위 에너지는 하위 에너지로 변환하기 쉬운 반면 역방향은 어렵다.
에너지의 분류로는 생산 방식에 따른 1차 에너지와 2차 에너지, 그리고 형태에 따른 외부에너지와 내부에너지, 열에너지, 기계적 에너지, 화학에너지, 핵에너지 등이 있다. 에너지의 단위로는 cgs 단위인 에르그와 실용 단위인 줄(Joule) 등이 사용된다.
1.2. 화석연료 고갈과 대안
1.2.1. 질소 활용
최근 들어 한국에서 벌어지고 있는 쓰레기 대란의 주요 대상은 바로 플라스틱류이다. 이에 미국 유타주립대 생화학자인 랜스 지펠트(Lance Seefeldt) 교수와 과학자들은 생명을 주는 질소가 우리 주위를 흐르고 있으며 이것은 재생불가능한 에너지를 넘어서 지속가능성의 열쇠를 쥐고 있다고 주장한다.
미국 에너지부 기초에너지과학국은 2016년 10월 지펠트 교수를 비롯하여 16명의 질소 연구자들을 워싱턴 D.C.로 초청해서 현재의 질소 활성 화학 분야와 미래의 방향을 주제로 전문가 수뇌회의를 개최했다. 이 팀이 회의 1년 반 후에 과학저널 사이언스(Science) 5월 25일자에 게재된 리뷰 기사에서 결론을 발표했는데, 지구상의 모든 생명체는 질소가 필요하며 지구 대기의 무려 약 80%는 이질소(dinitrogen) 형태로써 생명을 유지하는 가스로 구성되어 있다고 한다.
그렇지만, 여기서 문제는 동물 또는 식물은 이 질소에 직접적으로 접근할 수 없다는 점이다. 이에 지펠트 교수는 우리는 생존하기 위해서 질소가 필요하며 이 질소의 바다에서 헤엄을 치고 있지만 직접 이를 취할 수 없다고 주장한다. 따라서, 인간과 동물은 먹는 음식에 있는 단백질로부터 질소를 획득하고, 식물은 토양에서 질소를 확보한다는 것이다.
지펠트 교수는 역사적인 기술적 경이의 하나였지만, 현재 세계 화석연료 공급의 약 2%를 소비하고 있으며, 탄소 배출량이 엄청나게 많다고 지적했다. 이제는 새로운 혁명을 시작할 때가 됐는데, 지펠트 교수와 동료 학자들은 질소 변형을 달성하기 위해서 급진적으로 개선되고 새로우면서 다른 경로들을 확보할 수 있는 기회들이 존재한다고 주장한다. 그러나 이러한 관점에서의 진전은 질소 변환 반응에 대한 분자 수준에서 그 이해뿐 아니라 새로운 촉매 시스템의 발견과 이러한 반응을 일으키는데 필요한 대안적 에너지 전달 방법이 요구된다고 제안한다.
현재 미국 에너지부(DOE)의 지원을 받는 지펠트 교수와 유타주립대 팀은 청정하고 재생가능한 빛-구동 프로세스를 사용하여 질소를 비료의 주요 구성성분인 암모니아로 전환하려는 노력을 시도하고 있다. 이에 지펠트 교수는 이 프로세스에 대한 우리 연구는 나노물질을 사용하여 빛 에너지를 포획하는 것으로, 햇빛 또는 인공 빛이 얼마나 강력하게 질소 고정을 할 수 있는가를 보여준다면서 이는 판도를 뒤바꿀 수 있는 중요한 가능성을 내포하고 있다고 밝혔다."
1.2.2. 가스하이드레이트
가스하이드레이트는 바닷물 속 낮은 온도와 높은 압력 조건에서 메탄가스와 물이 결합하여 만들어진 고체형태의 물질이다. 메탄가스가 해저 퇴적층에 가두어져 있는 고체 형태를 지칭한다.
가스하이드레이트는 천연가스 혹은 메탄가스의 주요 성분인 메탄을 함유하고 있다. 메탄은 온실가스인 이산화탄소에 비해 지구온난화지수가 25배 더 크기 때문에, 가스하이드레이트에 갇힌 메탄이 외부로 누출될 경우 심각한 지구온난화를 야기할 수 있다. 하지만 이러한 점에도 불구하고 가스하이드레이트는 차세대 청정에너지원으로 주목받고 있다.
가스하이드레이트는 전 세계 바다 퇴적층에 약 10-100조 톤 정도 매장되어 있는 것으로 추정되어, 기존 화석연료 매장량을 크게 상회하는 막대한 양이다. 특히 우리나라 동해 가스전에 약 6억 톤의 가스하이드레이트가 매장되어 있어 향후 국내 에너지 문제 해결에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.
가스하이드레이트를 채굴하여 활용하기 위해서는 여러 가지 기술적 난제를 해결해야 한다. 첫째, 가스하이드레이트 층이 해저 깊숙이 매장되어 있어 접근이 어렵고 채굴 작업이 쉽지 않다. 둘째, 가스하이드레이트는 매우 불안정한 물질로서 온도나 압력 변화에 따라 쉽게 분해되어 메탄가스가 누출될 수 있어 환경오염 문제가 발생할 수 있다. 셋째, 가스하이드레이트를 채굴하는 과정에서 해저 생태계에 심각한 교란을 초래할 수 있다.
이러한 기술적 난제에도 불구하고 가스하이드레이트는 기존 화석연료를 대체할 수 있는 차세대 청정에너지원으로서 주목받고 있다. 최근 들어 가스하이드레이트 개발을 위한 각국의 기술 개발이 활발히 진행되고 있으며, 향후 경제성 확보와 환경문제 해결 등이 이루어진다면 실용화에 박차를 가할 수 있을 것으로 기대된다.
1.3. 에너지 자립 녹색마을
에너지 자립 녹색마을은 주민들의 자발적 녹색생활을 유도하는 장이다. 즉, 녹색마을은 생산의 영역이 아닌 소비의 영역, 재생산의 영역에서 녹색생활을 유도하여 온실가스와 오염물질의 배출을 최소하기 위한 생활단위이다. 이러한 저탄소 녹색마을은 기초생활권 중심의 공간적·실천적 단위이며, 기초생활권은 사람이 살아가는데 필요한 시설과 서비스 그리고 일자리 환경 등의 기본수요를 충족시킬 수 있는 인간정부의 기본단위이다. 또한, 에너지 자립 녹색마을 기초생활권은 중심도시와 배우 농촌지역을 분리시키지 않으면서, 하나의 통합된 생활권으로 이에 대한 공간을 이해하는 방식이기 때문에 녹색마을은 이러한 구조적 특성에서 이해되어야 한다.
한편, 녹색마을은 기술적 측면에서 폐자원과 바이오매스를 에너지 자원으로 활용하는 자립형 마을이며, 국내에서 대량으로 발생하는 음식물 폐자원, 가축분뇨 및 목질계 바이오매스를 에너지화하며, 지역 분산적 마들단위로 에너지자립을 그 목표로 한다. 따라서, 주민들이 스스로 에너지에 대한 중요성을 인식하여 에너지절약, 효율화, 에너지 생산으로 외부에너지 수요를 최소화하면서 마을의 에너지자립도를 높이는 사업이며, 이는 시에서는 주민들의 활동에 사업비 일부와 행정적 지원으로 사업효과를 높이고 있다. 이에 마을의 규모, 특성, 자립진행 단계에 따라서 마을별 에너지자립목표(약 10 ∼ 약50%) 추진하고 있다.
이에 에너지 자립 녹색마을의 사례로 성대골, 새재미, 십자성 등의 서울 곳곳에서 에너지 절약·효율화·생산 활동으로 자립마을이 정착되었다. 즉, 태양광이 설치된 이동식 카페인 해바라기는 햇빛 에너지로 운영되는 성대골의 명물이면서 인근 중학교의 에너지 기후변화 수업의 100점짜리 교재이다. 이렇게 서울 하늘 아래에서 첫 에너지자립마을을 꿈꾸는 성대골 마을은 2011년 3월 후쿠시마 원전사고 이후로 원전 문제의 심각성을 인식하여 에너지 위기 시대에 주민들이 할 수 있는 일이 무엇인가를 스스로 고민을 통해서 마을의 60여 가구를 시작으로 성대골 절전소를 만들어 현재와 같은 절전운동을 시작했다. 이에 주민들이 에너지 전문교육을 받으면서 에너지컨설턴트로 활동하며 800개소 가정의 에너지 사용현황을 진단하고, 더불어 절약방법을 알려주고 있으며, 인근 초?중고등학교 방과 후 수업에서는 에너지강사로 활동하면서 아이들에게 에너지 중요성을 교육하고 있다. 성대골 에너지자립마을에서 이루고자 하는 또 다른 과제는 마을기업으로 마을 전문인력들이 주택 단열개선과 에너지컨설팅에 참여하여 이로 인해 마을 일자리를 창출하고 더 나아가 마을주민들이 협동조합을 만들어서 햇빛발전소를 세워나갈 계획이다.
한편, 새재미 마을은 3kw 태양광시설을 주택 10가구에 설치하여 에너지 절약과 효율화에서 그치지 않고 주민들이 직접적으로 지속가능한 재생에너지 생산활동에 나서고 있다. 즉,주택 태양광발전기를 설치한 가구는 월 평균 335kw의 전력을 생산하여, 월평균 600kw를 소비할 경우에는 연간 약 2백만원의 전기료 절감효과를 획득할 수 있다. 또한, LED 가로등, 에너지효율화 사업, 주택태양광이 설치된 마을 골목을 에너지 상징거리를 만들며, 주민자치센터에 에너지사랑방을 만들어서 주민들이 생활 속에서 자연스럽게 에너지를 체험하고 보고 배울 수 있도록 하고 있다.
마지막으로 1974년 101명의 베트남 참전 전상용사가 전쟁의 상처를 치유하고 터전을 일구면서 시작한 십자성마을 주민들은 후손에게 건강한 지구를 물려주고 싶다는 그 일념으로 에너지 절약?생산 활동에 앞장서고 있다. 이에 마을 주민의 대다수가 환갑 및 칠순을 넘겼지만, 강인한 군인 정신과 끈끈한 공동체 의식을 기반으로 손자·손녀, 우리의 후손이 살아갈 지구를 건강하게 물려주고 싶은 마음으로 에너지자립마을 만들기에 동참하게 된 것이다. 이처럼 십자성 자립마을의 ...
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