2009.07.15 <서울경제>

양철승기자 csyang@sed.co.kr

국제사회는 지금 지구온난화를 막기 위해 화석연료와의 결별에 적극 나서고 있다. 에너지 전문가들은 이 같은 목적을 달성하기 위해서는 태양광ㆍ풍력ㆍ수력 등 자연에너지의 활용을 늘려야 한다고 강조한다. 지구상에서 얻을 수 있는 대체에너지 중 청정성과 무한성을 모두 갖춘 것은 자연에너지가 유일하기 때문이다.

하지만 자연에너지에도 한계는 있다. 일례로 태양광과 풍력은 발전소 건설 과정에서 자연환경을 훼손하며 수력이나 조력은 주변 생태계에 악영향을 미친다. 자연에너지가 오히려 지구환경에 피해를 입힐 수 있는 것. 효용성 또한 아직은 화석연료에 미치지 못한다.

과연 자연에너지를 친환경적이면서도 효용성 있게 이용할 수는 없는 것일까. 아니다. 지금 세계 각지에서 친환경적이며 효용성을 극대화한 혁신적 기술들이 속속 선을 보이고 있다.

아이슬란드는 지하 4㎞에 있는 초임계수를 활용, 소형 원자로에 버금가는 지열발전소를 건설하고 있다. 노르웨이는 먼바다 위에 부표처럼 띄우는 해상풍력발전기의 시험가동에 들어갔다. 또한 미국에서는 댐 없이도 수력발전이 가능한 신개념 터빈이 가동에 들어갔으며 이탈리아에서는 조류(藻類)를 이용한 발전소가 개발되고 있다.

먼바다에 띄우는 해상풍력발전기
강력한 바람 해안보다 효율적

자연훼손도 안돼 일석이조


노르웨이는 풍력에 승부수를 던진 상태인데, 에너지기업 스탯오일하이드로가 추진하고 있는 하이윈드 프로젝트가 대표적 사례다.

이 프로젝트는 산이나 해안가가 아닌 해상, 그것도 해안에서 10㎞나 떨어진 먼바다에 풍력발전기를 설치하는 것이 목표다. 먼바다에서는 강력한 바람이 지속적으로 불어 해안에서보다 훨씬 많은 전력을 얻을 수 있기 때문이다. 특히 대형 터빈과 송전탑 건설을 위해 산이나 해안의 자연을 훼손하지 않아도 돼 지역주민이나 환경단체의 반발도 잠재울 수 있다.

단지 해안에서 멀어질수록 수심도 깊어져 풍력발전기 설치가 힘들었다는 게 그동안 해상풍력발전의 상용화를 막는 난제였다. 하지만 스탯오일하이드로는 발상의 전환으로 이를 해결했다. 부표처럼 물위에 띄울 수 있는 부유(浮游)형 풍력발전기를 개발한 것.

이 풍력발전기는 밸러스트를 갖춘 100m 길이의 원주형 부유 플랫폼 위에 65m의 기둥을 연결하고 여기에 40m 길이의 로터를 부착한 형태다. 부유 플랫폼의 하단은 3개의 강철 케이블로 해저바닥에 고정된다. 풍력발전기가 파도에 휩쓸리지 않도록 하기 위해서다. 이를 통해 부유형 풍력발전기는 수심 120~700m의 해상에서 2.3㎿의 전기를 생산한다.

스탯오일하이드로는 지난달 카르모이 해안 남서쪽 12㎞ 지점의 수심 220m 해상에 풍력발전기를 설치하고 상용성 조사에 돌입했다. 2년간의 테스트가 성공리에 완수된다면 노르웨이의 먼바다에서 대규모의 부유형 풍력발전단지를 만날 수 있게 된다.

초임계수 이용한 차세대 지열발전
지하 4km의 600도 지열 활용
전력생산량 소형 원자로 버금


국가 에너지의 25%를 지열에서 얻고 있는 아이슬란드는 자연에너지 분야의 혁명을 불러올 수 있는 차세대 지열발전 기술을 개발하고 있다.

아이슬란드 북부의 크라플라 화산지대에서 이뤄지고 있는 ‘아이슬란드 심저 굴착 프로젝트(IDDP)’가 그 주인공. 지난 10년간 2,200만달러가 투입된 이 프로젝트는 마그마가 위치한 지하 4㎞까지 파 내려가 온도가 600도에 이르는 초임계수를 이용하는 것이 핵심이다.

이 정도의 깊이에서 물은 마그마의 온도와 암반층 사이의 압력이 더해져 기체도 액체도 아닌 초임계 상태가 되는데 이 같은 고온ㆍ고압의 초임계수는 에너지 효율성이 탁월해 일반 지열발전소의 10배 수준인 500㎿의 전력생산이 가능하다. 발전량이 웬만한 소형 원자로에 맞먹는 것. 게다가 이 초임계수는 지구의 핵이 식지 않는 한 영원히 공급되는 무한 에너지원이다.

아이슬란드는 IDDP가 성공하면 전세계 지열발전의 패러다임이 바뀔 수 있다고 강조한다. 특히 국토 전체가 화산지대인 만큼 초임계수 지열발전만으로 에너지 독립의 꿈을 실현하는 것은 물론 남아도는 전기를 유럽 여러 나라에 수출할 수도 있다고 판단하고 있다. 현재 IDDP 팀은 3.2㎞까지 지열정을 뚫은 상태다. 하루 30m씩 깊이를 더하고 있기 때문에 머지않아 초임계수의 진정한 가치가 확인될 수 있을 것으로 전망된다.

생태계 파괴하지 않는 수력발전기
물의 낙차 아닌 유속을 이용
댐만들 필요없어 건설비용 싸


수력발전의 미래는 미네소타주 헤이스팅스에 있는 수력발전 댐 하류에서 볼 수 있다. 이 곳에는 재래식 수력발전기 대신 생태계에 피해가 없는 유체동력학적 수력발전기인 하이드로 플러스가 설치돼 있다.

일반 수력발전기는 높은 곳에서 떨어지는 물의 낙차에너지로 터빈을 돌려 전기를 발생시킨다. 이 때문에 낙차를 만들기 위해 인위적인 대형 댐의 조성이 불가피하다. 반면 하이드로 플러스는 물의 낙차가 아닌 유속을 이용한다. 수면 속에 원형 팬을 설치해놓고 물이 흘러가며 팬을 회전시키는 힘으로 발전하는 것.

헤이스팅스 댐 하류에 설치된 시제품 모델은 3개의 날개를 가진 직경 3.6m의 팬이 채용돼 있다. 댐의 방수로에서 배출되는 고속의 물을 에너지로 활용, 40가구에서 사용할 수 있는 100kW의 전력을 생산한다.

하이드로 플러스로 얻을 수 있는 이점은 명확하다. 막대한 건설비와 토지보상비를 지불해가며 강을 막고 거대한 댐을 만들 필요가 없는 것이다. 물론 댐이 없으니 댐 상류와 하류의 수몰지역에서 유발되는 생태학적 피해도 없다. 이 기술이 상용화되면 완벽한 무공해ㆍ친환경 수력발전이 가능해지는 것이다.

특히 유체동력학적 수력발전은 풍력발전보다 저렴하게 전력을 생산할 수 있다. 실제 풍력발전은 1kW/h의 전력생산에 10센트가 들지만 하이드로 플러스는 4~7센트에 불과하다. 현재 이 회사는 하이드로 플러스가 어류에 미치는 영향을 파악하기 위한 환경영향평가를 시작했으며 조만간 150kW급 모델을 추가 설치ㆍ운영할 계획이다.

조류로 만든 바이오디젤로 전력생산
배양한 조류에서 디젤 추출
伊엔알그, 2011년 상용화


바이오디젤은 바이오에탄올과 함께 가장 대표적인 바이오 연료다. 하지만 바이오 연료는 옥수수ㆍ사탕수수 등 주로 식용작물을 원료로 생산돼 지구촌의 식량난을 악화시킨다는 지적도 받고 있다. 많은 연구자들이 식용작물이 아닌 조류에서 바이오디젤을 추출하는 기술개발에 매진하고 있는 이유도 여기에 있다.

최근 이탈리아에서는 여기서 한 발 더 나가 조류로 생산한 바이오디젤을 연소시켜 전력을 생산하는 프로젝트가 추진되고 있다. 신재생에너지 기업 엔알그가 베니스시의 지원을 받아 진행하고 있는 베니스 프로젝트가 바로 그것.

엔알그는 이미 2억유로를 들여 베니스 운하에 대규모 조류 배양장을 건설했다. 또한 인근에 바이오디젤 생산 플랜트, 화력발전 설비까지 준공하고 정부 당국의 가동 승인을 기다리고 있다. 이 회사는 승인을 획득하는 대로 시험가동에 돌입, 오는 2011년에 상용 운영에 들어간다는 목표를 세웠다.

세계 최초의 조류발전으로 평가되는 이 발전소의 발전량은 40㎿. 이는 베니스시의 희망대로 베니스 항구와 운하에서 사용하는 모든 전력을 충당하고도 7㎿가 남는 수준이다. 이에 따라 베니스시는 여분의 전력을 항구에 정박한 유조선이나 유람선에도 공급할 방침이다.

일부에서는 비용 대비 효율성이 낮다는 평가를 하기도 한다. 하지만 베니스시는 향후 이산화탄소 배출 총량 규제 및 거래제도가 엄격하게 시행될 경우 조류발전이 막대한 유무형의 이익을 가져다 줄 것으로 기대하고 있다.