글로벌한 '태양문명'의 도래

글로벌한 '태양문명'의 도래

The Coming Dawn of a Global Solar Civilisation

Nafeez M Ahmed/  Age of Transformation, 10 JUL 2023

(https://ageoftransformation.org/the-coming-dawn-of-a-global-solar-civilisation/)

 

*재생에너지 100%의 신문명, 이른바 '태양문명'의 도래는 충분한 과학적 근거를 갖는다는 점을 밝히고자 한 글이다. 태양광 및 풍력을 중심으로 한 재생에너지는 태양이나 바람이라는 자연조건에 따라 발전의 간헐성 문제가 자주 거론되며 주도적인 에너지로서의 의의가 취약하다는 비판을 받아 왔다. 이 간헐성 문제를 해결하려면 엄청난 규모의 저장장치(배터리시스템)가 요구되는데 그렇게 하자면 값 비싼 배터리 비용 때문에도 불가능하다는 비판도 함께 따라 다닌다. 이 글은 태양광이나 풍력 발전을 실제 필요한 것보다 훨씬 많이 설치함으로써 해결할 수 있다고 주장하며, 그 과학적 근거를 정리해 준다. 나아가 이 초과되는 잉여 전력을 생산하는데는 비록 초기 설치비용이 들긴하지만, 추가적인 전력 생산의 한계비용은 제로(0)인 만면, 이를 활용하면 더 많은 경제적 잉여를 생산해 낼 수 있다는 점을 강조한다. 그래서 이 잉여의 전력을 '슈퍼 파워'라 부른다. 100% 재생에너지에 의한 에너지시스템이 가능하다는 주장은 그린피스는 물론 RethinkX그룹에 의해 이미 주장되어 온 것이지만(마지막의 참고자료 참조), 이 글은 그 과학적 근거를 중심으로 정리해 주고 있다.

한국의 경우 자주 거론되는 태양광 패널에서 빛이 반사된다거나 또 전자파가 나온다거나, 환경 및 경관을 훼손한다거나 오염물질이 나온다거나.. 등등 저급한 가짜 뉴스에서조차 벗어나지 못하고 있으니 안타깝다. 세계는 이미 재생에너지 100%의 에너지 전환을 축으로 한 문명의 전환, '태양문명'의 도래와 이의 실현을 위한 연구와 실천에 나서고 있다. 태양광이나 풍력의 전력 생산이 다른 어떤 에너지원보다 값이 싸졌다는 것은 글로벌한 수준에서 이미 확인된 만큼, 화석연료 시스템의 파괴와 재생에너지로의 전환은 순 경제적인 맥락에서만 보더라도 전환점을 통과한 셈이다. '기후 위기 변곡점 1.5℃' 를 막아내야 한다는 지구 살리기로서의 에너지 전환 이전에, 경제논리로만 생각하더라도 거스를 수 없는 길이 되었다는 이야기이다. 물론 한국은 협소한 국토로 광활한 태양광 부지를 기대하기가 쉽지 않고 땅 값도 비싸다는 애로 요인이 있는 것이 사실이지만, 위성 촬영을 했을 때 온통 집집마다 건물마다 태양광 패널만 보일 정도로 건설하는 식의 집약적 설치 등 다양한 방법을 강구해서라도 이 문명의 전환에 동참하지 않으면 안될 것이다. 이 글을  소개하며 '시간이 없는데..'라는 안타까움이 절절하다.

번역이 다소 매끄럽지 못한 부분도 있지만, 참조하시기 바랍니다.

 

*     *     *

 

우리는 글로벌 에너지 시스템의 큰 변화의 한가운데에 서있다. 향후 20년 이내에 화석 연료 시스템 전체가 파괴되고 완전히 다른 기술(주로 태양광과 풍력)을 기반으로 하는 새로운 에너지 시스템이 지배할 것이다. 이전글1)에서 우리는 과학적 예측 연구를 심층적으로 연구하여 이러한 파괴(disruption)가 더 이상 멈출 수 없다는 것을 경험적으로 입증한 바 있다.

 

원고에서 인쇄기까지, 말에서 자동차까지, 유선전화에서 스마트폰까지, 종이 신문에서 인터넷까지 역사를 통틀어 다양한 기술 파괴가 전환점(tipping point)을 통과해 왔던 것처럼, 오늘날 전 세계의 태양광과 풍력 발전의 확산은 근본적인 경제적 요인에 의해 전환점을 통과한 것으로 보인다.

 

이러한 종류의 기술 파괴는 동일한 시스템에서 낡은 기술을 새로운 기술로 대체하는 것과 같은 일대일 대체가 아니다. 그것은 시스템 자체를 정의하는 바로 그 규칙과 구조를 바꾼다. 그것은 새로운 규칙과 구조를 만들어 새로운 시스템의 출현으로 이어질 것이다.

 

그렇기 때문에 앞으로 일어날 일은 하나의 제품 그룹을 새로운 제품 그룹으로 대체하는 선형 프로세스가 아니라 에너지 시스템의 근본적인 변화이다.

 

그러나 이러한 변화의 정확한 본질은 고정되어 있지 않으며, 우리는 화석연료 시스템과는 매우 다른 새로운 방식으로 사회의 한계와 가능성을 재정의할 것이며, 이는 우리의 선택에 달려 있다.

 

변화의 범위

지금 일어나고 있는 것은 "상 전이"(phase transition, 相轉移)이다. 이것은 추상적이고 고상한 이론적 개념일 뿐만 아니라 오늘날 변화의 역동성과 그 안에서 우리의 역할을 이해하는 데 도움이 되는 구체적인 함의를 가진다.

 

상전이는 본질적으로 자연계 어디에나 존재하는데, 물리적 및 생물학적 시스템에서 발견된다.2) 상전이는 외부 조건이나 압력의 변화로 인해 시스템 조직에서의 급격한 변화로 인해 시스템이 근본적인 상태 변화를 겪을 때 발생한다.

 

이러한 물리적 및 생물학적 시스템이 어떻게 구성되는지는 시스템을 구성하는 물리적 힘과 이를 둘러싼 물리적 힘 간의 상호 작용에 따라 달라진다. 예를 들어, 물의 온도가 급격히 상승하면 분자 간의 관계가 불안정해져 액체에서 완전히 다른 성질을 가진 기체로 "상전이"가 발생한다.

 

즉, "상전이"의 성질은 (1) 기존 시스템 내의 다양한 사물의 특성, (2) 이러한 사물이 내부적으로 어떻게 관련되어 있는지, (3) 전체 시스템이 주변 조건과 어떻게 관련되어 있는지에 의해 결정된다.

 

액체 상태의 물 시스템은 특정 외부 조건에 적응하는 것처럼 보일 것이다. 그 수준에서의 움직임은 특정 매개 변수 내에서 상당히 예측 가능한 것처럼 보인다. 그러나 예를 들어 급격한 온도 상승으로 인해 이러한 조건이 급격히 변하면 시스템의 내부 관계에 극적이고 근본적인 변화가 일어난다. 거기에 나타나는 것은 이전과 완전히 다른 기체 시스템으로 이전과 완전히 다른 특성을 가진다. 액체 상태의 물의 움직임을 보는 것만으로는 이해할 수 없는 성질이다.

 

어떤 시스템의 "상"(phase)에 대해 이야기할 때 우리는 기본적으로 시스템이 어떻게 구성되는지에 대해 이야기하게 되고, 그 움직임을 정의하는 "규칙"과 "속성"을 추론하여 이해할 수 있게 된다. 상 전이를 거치는 시스템은 완전히 새로운 규칙과 속성을 가진 새로운 "상"의 출현으로 인해 규칙과 속성의 변화를 겪게 된다.

 

에너지 시스템의 변환을 상 전이로 인식하면 몇 가지 중요한 점을 인식하는 데 도움이 될 수 있다.

1. 빠른 속도로 진행된다 : 물을 끓일 때 처음에는 오래 기다려야 하는 것처럼 보일 수 있다. 그런데 갑자기 전환점을 돌파하고 어느새 끓어 김이 나온다.

2. 우리의 선택이 새로운 에너지 시스템의 최종 구조에서 근본적인 역할을 한다 : 이는 우리가 시스템의 주요 "단위"(units)이기 때문이며, 우리의 결정은 시스템의 상황에 상당한 "영향력"(forcings)을 갖기 때문이다. 다시 말해, 큰 변화를 이끄는 큰 역학이 수없이 작용하는 한편, 우리의 선택이 시스템이 어떻게 진화할지를 결정하는 데 큰 역할을 하게 된다.

3. 우리의 선택은 전체 시스템을 좌우하기 때문에 엄청난 영향을 미친다 : 시스템이 평형 상태에 있을 때는, 탑다운의 시스템 제약으로 인해 변화의 여지가 많지 않다. 그러나 시스템이 상전이의 단계에 있을 때는 이전 시스템이 사멸하면 규칙과 특성을 가진 이전 질서가 무너지고 시스템이 통제력을 잃게 된다. 이렇게 하여 새로운 규칙과 새로운 역동성, 즉 주체성(agency)을 발휘하기 위한 훨씬 더 큰 변화의 여지가 열린다. 이전에는 상상할 수 없었던, 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있는 가능성이 생긴다.

4. 그러나 낡은 시스템이 죽어가는 것만이 아니라 새로운 시스템이 등장한다 : 에너지 시스템의 변화는 특정 기술이 기하급수적으로 향상되어 기존 기술을 능가한다는 사실에 기반을 두고 있다. 이러한 기술에는 이전 기술과 다른 특정 특성이 있다. 즉, 이 상전이의 반대편에 온전히 도달하기 위해서는 이러한 새로운 특성을 가능한 최선의 방법으로 활용하고 이 프로세스를 통해 그 규모를 확장해 가야 한다. 이렇게 하려면 가능한 한 특성을 이해하고 정보에 입각한 선택을 해야 한다. 상전이가 가속화됨에 따라 우리는 새로이 발견한 탁월한 영향력을 사용하여, 새로운 시스템의 긍정적인 잠재력을 극대화하고 최적화하는 동시에 부정적인 영향과 한계를 최소화하거나 줄이는 설계 선택을 해나갈 수 있다.

 

그렇다면 이 새로운 시스템의 주요 특징은 무엇일까요?

청정 에너지 시스템의 새로운 가능성을 이해하는 데 사용할 수 있는 풍부한 과학 문헌이 존재한다. 이 글에서는 이 새로운 에너지 시스템에 대한 매우 명확하고 강력한 그림을 제공하기 위해 이 문헌 중 일부를 요약할 것이다. 이러한 상전이에 적응하고 인류와 지구에 가장 유익한 방향으로 나아가는 길을 계획하는 데 도움을 얻고자 한다.

 

초대량화

전통적인 분석가들은 재생 에너지의 용량이 기하급수적으로(지수함수적으로) 증가함에 따라 태양이 비치지 않거나 바람이 불지 않는 시간대에 저장하고 활용할 수 있는 충분한 에너지가 있는지 확인하기 위한 저장의 필요성도 증가한다는 생각을 되풀이한다.

 

Dr Iain Staffell

@iain_staffell

How much energy storage do we need?

There's no easy answer, as it depends on your existing power plant portfolio, pattern of electricity demand, and what other flexibility options you have (e.g. interconnection, demand response).

But let me explain this simple rule of thumb

 

 

그러나 위 그래프는 Dr. Iain Staffell이 트윗 상으로 제시한 것인데(23년 7월 10일), 재생에너지를 100%까지 증가시켰을 때에 어떤 일이 발생하는지 보여준다. 그러나 100%를 넘어서면 스토리지의 필요성이 기하급수적으로 감소한다는 것을 보여주는 연구가 최근 다수 등장하고 있다. 스토리지는 시스템에서 가장 비싼 부분이기 때문에 이점은 매우 중요하다.

 

2023년 초, 국제에너지기구(IEA)는 이러한 연구 중 일부를 요약한 획기적인 보고서를 발표했다.3)

이 새로운 기술 보고서는 IEA의 PVPS(Photovoltaic Systems Research Cooperation Programme)에서 발표되었다. IEA PVPS에는 호주, 오스트리아, 벨기에, 캐나다, 칠레, 중국, 덴마크, 핀란드, 프랑스, 독일, 이스라엘, 이탈리아, 일본, 한국, 말레이시아, 멕시코, 모로코, 네덜란드, 노르웨이, 포르투갈, 남아프리카 공화국, 스페인, 스웨덴, 스위스, 태국, 터키, 미국, 유럽연합 집행위원회, 태양광 발전 유럽, SEPA(Smart Power Alliance), Solar Energy Industry Association 및 Copper Alliance의 전문가들이 참여하고 있다.

 

2023년 2월에 발간된 이 보고서는 여러 연구팀의 동료 심사를 거친 풍부한 과학 연구를 종합한 것이다. 대부분의 연구는 Clean Power Research의 Mark와 Richard Perez가 주도한 것이다.

 

2013~2022년 사이에 발표된 약 20편의 논문이 "Firm Power Generation"이라는 제목의 IEA 보고서에 요약되어 있다. 이 보고서에 따르면, 태양열, 풍력 및 배터리 저장 장치는 "지구상의 거의 모든 곳에서" 하루 24시간, 일년 내내 깨끗한 전기를 공급할 수 있으며 "모든 기존 전력을 경제적으로 완전히 대체할 수 있다"고 한다.

 

이 보고서의 사례 연구는 미주, 유럽 및 호주의 여러 지역에 중점이 두어져 있다. 어느 경우에도 재생에너지 시스템이 최저 비용과 지속적인 전기 공급을 제공할 수 있도록 하는 데 필요한 주요 정책을 분명히 하고 있다.

그리고 가장 중요한 것은 보고서에서 "암묵적 스토리지"(implicit storage)라고 부르는 것이다. 이 보고서에서는 이에 대해 다음과 같이 설명하고 있다.

 

"가장 중요한 점은, 직감에는 반하지만, 가변형 재생에너지원(VRE)을 과잉 도입하고 적극적으로 억제하는 것이 변동으로부터 안정(고정)에로(variable-to-firm) 전환으로 이어진다는 점이다. 과잉 도입(overbuilding)이란 에너지 기반의 부하 요구 사항을 충족하는 데 필요한 것보다 더 많은 VRE 전원을 도입하는 것이다. VRE 생산이 과잉일 경우(생산이 수요를 초과하고 스토리지 예비가 충분한 경우) 이 초과 VRE 전원은 동적으로 억제된다.

 

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 암묵적 저장은 태양광과 풍력의 과잉 도입하는 것으로, 대부분의 경우 기존 수요의 최소 3배에 달한다. 이렇게 하면 저장 용량을 크게 줄일 수 있다(최대 90%).

 

배터리 저장 장치이든 다른 형태이든 실제 에너지 저장 장치는 시스템에서 가장 비싼 구성 요소이다. 따라서 태양광과 풍력으로 생산되는 전기의 양을 "과잉 구축"(overbuilding)또는 "과대 도입"(supersizing)하면 필요한 "실제 저장 용량"(real storage)의 양을 줄이고 시스템 비용을 크게 줄일 수 있다. 이 보고서는 다음 그림을 통해 이를 보여 주고 있다.

 

 

*Source: IEA PVPS, 2023

 

 

녹색 부분은 태양광(PV)의 "과잉 도입"으로 인해 발생하는 "암묵적 저장"이다. 태양광 발전이 많을수록 필요한 "실제의 스토리지" 양은 줄어든다. 그런 다음 필요 없는 잉여 전력을 "억제"(curtail)한다(기본적으로 의도적으로 출력을 낮추는 것을 의미함). 어떻게 작동할까?

 

우선, 재생에너지는 하나가 아니라 다양하다. 즉, 태양광과 풍력은 서로를 보완하며 대부분의 지역에서 서로를 상당히 보완할 수 있다.

 

둘째, 지리적으로 분산될 필요가 있다. 물론, 예를 들어 가구당 하나의 태양광 발전소를 설치하는 경우에는 이 접근 방식은 작동하지 않는다. 그것은 가장 많은 자원을 활용하고 잉여 에너지가 부족할 때 필요에 따라 한 지역에서 다른 지역으로 이동할 수 있는 보다 광역인 지역 시스템 전체에서 작동한다.

 

셋째, 수요 변동에 따라 이러한 가변적인 재생에너지원에서 전체 시스템으로의 에너지 흐름을 지능적으로 관리할 수 있는 스마트하고 잘 연결된 그리드가 필요하다.

 

억제가 아닌 초대량 도입(Super Power)

IEA가 주창하는 "암묵적 스토리지"의 개념이 너무 제한적이라는 것을 보여주는 좋은 연구도 있다. 잉여 전력을 사용할 수가 있는데, 왜 그것을 "억제"하는가?

 

IEA의 PVPS에 정의된 암묵적 스토리지는 잉여전력을 계획적으로 배제하는 것을 전제로 한다. 그러나 현재 수요의 약 3배를 생산하기 위해 시스템을 초대량으로 배치하면 "한계비용 제로"의 잉여 전력을 대량으로 생산할 수 있다.

 

한계 비용이 0이라는 것은 추가 전기 생산에 대한 추가 비용이 없음을 의미한다. 일단 재생에너지 시스템이 구축되면 그 건설비는 1~4년 안에 회수할 수 있을 뿐만 아니라 길게는 30년 동안 유지된다.4) 즉 초대량의 재생에너지 시스템의 수명은 대부분 현재보다 3배 더 많은 에너지를 무료로 생산한다는 것을 의미한다.

 

많은 연구자들은 이 잉여 전력을 억제하기보다는 새로운 목적으로 사용해야 한다고 지적한다.

2013년 스탠포드대학의 한 과학자 팀은 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 학술지인 Energy & Environmental Science에 억제의 에너지 투자 수익률(EROI)의 의미를 논한 논문을 발표하였다.5) 결론 중 하나는 사회가 잉여 전기를 폐수 처리, 담수화 및 관개와 같은 중요한 서비스에 적극적으로 사용할 수 있다는 것이다.

 

저장되거나 억제될 수 있는 풍력과 태양광의 전력을 다른 용도로 사용할 수는 없을까 라는 의문을 갖는 것은 의미가 있다. 예를 들어, 잉여 전력은 주문형 전력에 대한 니즈가 낮고 간헐성이라는 단점이 중요하지 않은 분야(예 : 해수의 담수화 및 정화, 관개 펌프의 구동 등)에 사용할 수 있다. 이러한 조건에서 높은 EROI 그리드 값을 얻을 수 있으며, 이는 송배전 부문을 넘어 사회적 이익을 가져다 줄 수 있는 잠재력이 생긴다. 순 에너지 분석, 경제성 및 환경 관리(스튜워드쉽)을 포함한 다른 관점에서 추가 연구를 수행하여 억제될 운명에 처한 에너지의 추가 및 대체 이용법을 탐색해야 한다.

 

2020년 RethinkX의 획기적인 보고서 Rethinking Energy 2020-2030: 100% Solar, Wind, and Batteries is Just the Beginning은 이러한 결론을 더욱 발전시켰다. 보고서에 따르면 재생에너지 시스템의 가장 최적, 최저의 비용 설계는 재생 에너지 시스템에 필요한 태양광과 풍력의 3배에서 5배의 도입이 필요하며, 이렇게 함으로써 배터리 저장 용량을 크게 줄일 수 있다고 한다.

 

이 설계는 지구상 대부분의 인구 밀도가 높은 지역의 기후에 적용할 수 있으며 연중 대부분의 날에 많은 양의 잉여 전력을 생산할 수 있다.

 

"새로운 시스템의 가장 직관에 어긋나고 놀라운 특성 중 하나는 전체적으로 훨씬 더 많은 양의 에너지를 생산한다는 점과 이 매우 풍부한 청정에너지 출력(우리는 이것을 슈퍼 파워라 부른다)은 거의 모든 인구 밀집 지역에서 연중 대부분의 기간 동안 한계 비용이 거의 0에 가까운 비용으로 이용할 수 있다는 점이다.

 

 

* 출처: RethinkX, Rethinking Energy, 2020년

 

 

이러한 과잉의 전력을 억제하려고 노력하는 대신 "슈퍼 파워"의 출현에 의해 많은 부문과 산업의 전기화가 가능할 수 있다.

슈퍼 파워의 응용 분야로는 도로 교통 및 난방의 전기화, 해수의 담수화 및 정화, 폐기물 처리 및 재활용, 금속 제련 및 정제, 화학 처리 및 제조, 암호 화폐의 채굴, 클라우드 컴퓨팅 및 통신, 탄소 제거 등을 들 수 있다.

 

이러한 매우 풍부한 한계 비용 제로의 전력은 엄청난 화석 연료 에너지 비용과 투입을 배제할 수 있는 전례 없는 기회를 제공해 주는 것으로, 중공업을 변혁시킬 수 있는 잠재력을 가진다.

 

부문과 국경을 초월한 상호 연결

재생 에너지 시스템의 효율성을 높이기 위한 또 다른 중요한 접근 방식은 부문과 국경을 넘어 상호 연결되도록 하는 것이다.

 

전통적으로 전기, 난방, 냉방, 운송 및 산업 소비는 완전히 별개의 부문이었다. "섹터 커플링"이라는 아이디어는 이들 섹터를 통합하고 가능한 한 많이 전기로 변환하여 에너지가 섹터 간에 유동적으로 이동할 수 있도록 하는 것이다.6) 연구에 따르면, 대량 전기화와 섹터 커플링의 조합은 100% 재생에너지로의 전환을 가속화하는 동시에 전기 요금을 현재보다 훨씬 낮출 수 있다고 한다.

 

또 하나의 보완적 접근 방식은 지역, 국가, 심지어 전체 지역 및 대륙 간의 에너지 전송 및 공유를 촉진하기 위해 국경 간 송전선 연결을 추구하는 것이다.

 

버밍엄 대학교 전자, 전기 및 시스템 공학과 과학자들이 2021년에 발표한 연구 논문에 따르면,7) 초고압 직류 전송을 사용하여 전 세계적으로 상호 연결된 전력망을 만들 수 있다고 한다. 이 시나리오에서는 수요 변동에 대응하여 지능적인 방식으로 에너지를 신속하게 공유하고 국경을 넘어 전송할 수 있도록 한다. 이 상호 연결된 글로벌 그리드를 통해 서로 다른 시간대의 다양한 요구 사항에 따라 국가 및 지역 간에 에너지를 공유할 수 있다.

 

이 연구는 간헐성을 해결하기 위한 방법으로 발전설비 용량의 초대량화의 가능성을 고려에 넣지 않았다. 그럼에도 불구하고 우리는 글로벌 전력망의 상호 연결이 배터리 저장 요구 사항을 50%까지 줄일 수 있다는 것을 알 수 있다.

 

둘 다 하면 어떻게 될까요? 태양광과 풍력의 배치를 초대형화함으로써 스토리지 필요량을 90%까지도 줄일 수 있다. 즉 초대량 생산과 재생에너지 시스템의 글로벌 상호 연결을 조합하면 저장 필요량을 거의 0에 가깝게 줄일 수 있음을 의미한다. 즉, 시스템이 아직 구축되지 않은 과도기에는 에너지 저장의 필요성이 중요하지만, 시스템이 전 세계적으로 더 완전하게 개발되고 세계 규모로 최적화되면 그 중요성이 줄어들 수 있다.

 

순환 경제와 탄소 격리

태양광 및 풍력 발전의 도입 규모 확대의 중요성은 아무리 강조해도 지나치지 않다. 초대량화는 가장 비용이 많이 들고 물질적으로도 집약적인 시스템의 구성 요소인 스토리지를 줄이는 열쇠가 된다. 또한 재료가 영원히 재활용되는 "순환 경제"의 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 매우 풍부한 청정 에너지 시스템을 구축하는 열쇠이기도 하다.

 

스위스 연방 재료 과학 기술 연구소 (Swiss Federal Institute for Materials Science and Technology)의 과학자들의 연구에 따르면, 이 시스템을 전 세계적 규모로 초대량화하면 현재 필요한 것보다 10 배 더 많은 전기를 생산할 수 있다. 잉여 전력은 순환 경제를 포함한 다양한 새로운 분야에 사용할 수 있다.

 

현재의 시스템이 30~50년 안에 노후화되어 결국 완전히 교체되어야 한다는 점을 고려하면 새로운 재료의 도입이 당연히 필요할 것이다. 그러나 제로에 가까운 한계 비용으로 상당한 "슈퍼 파워"를 생산해 내는 시스템은 재료 엄격한 재활용을 통해 새로운 에너지 집약적 산업에 저렴하고 깨끗한 전력을 공급하는 것을 가능하게 해 줄 것이다. 중공업, 제조업, 재활용을 '슈퍼 파워'에 넘겨주면 화석 연료에 의존하는 현 시스템으로는 불가능한 전례 없이 저렴한 순환 경제가 가능해질 것이다.

 

스위스 과학자들의 연구에 따르면,8) 한계 없는 청정에너지가 과도하게 풍부해지면 "슈퍼 파워"를 사용하여 전력을 공급할 수 있으므로 직접 공기 포집과 같은 현재는 비싸서 쓸모없는 탄소 격리 기술이 경제적으로 실현 가능해질 것이라고 한다.

Environment Research Letters에 실린 논문의 주저자인 하랄드 다이징(Harald Dizing)은 태양광 발전으로의 급속한 전환 전망을 논하며 초대량 생산을 가정하고 있다.9)

 

"장기적으로 기후를 안정화하려면 대기 중 CO2 농도를 350ppm 이하로 줄여야 한다. 태양광 발전의 과잉 도입은 이러한 문제에 이상적이며, DACS(Direct Air Carbon Capture and Storage)의 작동은 유휴 시설을 사용할 수 있는 일조 피크의 낮 시간과 여름철에 대응할 수 있다.

 

다시 말해, 기후 위험 지대에서 벗어나기 위한 최선의 희망은 어쨌든 우리가 지금까지 설명한 설계 경로를 따라 청정에너지로의 전환을 가속화하고 최적화하는 것이다. 화석연료를 완전히 대체하면 화석연료 배출을 없앨 수 있을 뿐만 아니라 대기 중의 탄소 제거도 가속화할 수 있다.10)

 

풍요로움을 공유할 수 있는 전례 없는 가능성의 공간

이 연구는 글로벌 청정에너지 시스템 설계에 대한 최적의 경로가 있음을 보여준다. 그러나 이러한 경로를 탐색하려면 모든 단계에서 올바른 결정이 필요하다. 이는 자동적으로 결정되는 것도 아니고, 기술에 의해 요구되는 결정도 아니다. 이러한 기술의 특성상 보다 네트워크화된 설계 경로가 필요하며, 또한 최적의 전개를 위해서는 인류와 지구 간의 조화로운 관계를 근본적으로 지원하는 가치관이나 윤리적 실행에 뿌리를 둔 의사결정이 필요하다.

 

이 새로운 시스템이 적절하게 선택된다먄, 최소 30년 동안 한계비용 0에 가까운 상태로 현재 화석연료 시스템이 생산하는 것보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있을 것이다. 본질적으로 중앙 집중화되고 독점적인 경향이 있는 화석연료와 달리 재생 에너지, 특히 태양광 발전의 특성과 설계는 개인, 가정, 지역사회, 기업, 마을 및 도시에 상응한 분산형 소유에 적합하다.

이 풍부하고 깨끗한 에너지는 글로벌 상호 연결을 통해 가정, 지역 사회, 국가 및 지역 전반에 걸쳐 지능적으로 공유되고 관리될 것이다. 이 글로벌 시스템에서 에너지는 독점되는 것이 아니라 국경과 경계를 넘어 분산된다.

 

시스템이 구축되면 수십 년 동안 사용되므로 화석연료 시스템처럼 사용되는 물질 처리량이 계속 늘어나는 것이 아니라 시스템의 수명이 다할 때까지 전기를 계속 생산하는데 새로운 물질의 투입이 필요하지 않기 때문에 그 물질 처리량이 크게 감소한다. 새로운 기술에 필요한 재료 투입량 및 추출량 역시 화석연료 시스템보다 훨씬 적어진다.(정확히는 1/300)11)

슈파 파워를 활용하고 재료 재사용이라는 진정한 순환경제를 가능하게 하는 올바른 설계 선택을 통해 이 시스템은 자체 재생도 가능하다. 모든 중공업과 제조업이 전기화됨에 따라 새로운 태양광과 풍력 및 배터리 저장 장치를 만드는 것이 이 "슈퍼 파워"를 사용하여 가능해진다.

 

즉, 인류 역사상 처음으로 물질적인 처리 능력을 극적으로 저하시키고도 지구적 규모로 집단적이고 지능적으로 공유되어 모두에게 풍부한 에너지를 공급할 수 있는 시스템이 가능해 진다.

 

이것은 오늘날 우리가 사용하는 전통적인 이차원의 지표나 정의로 역학을 파악할 수 있는 시스템이 아니다. 이는 GDP 성장에 대한 전통적인 정의에도 부합하지 않으며, 탈성장의 개념에도 부합하지 않는다. 실제로 새로운 에너지 시스템이 도입되고 에너지 생산의 소유권이 점점 더 분산됨에 따라 세계 경제의 기본 구조도 변화될 것임에 분명하다. 이 시스템에서 가장 잘 작동하는 가치관과 세계관은 협력, 연민, 인류 결속을 전제로 하는 것이다.

 

그러나 이 최적의 시스템은 자동적으로 출현하는 것은 아니다. 이전 기사에서 지적한 바와 같이,12) 이 새로운 글로벌 태양광시스템은 방치해두면 탄소 제로로 연결될 수 없고 잘 설계되지도 못할 것이다. 그러므로 필요 이상의 비용을 들이더라도 기후 위기를 종식시키지 못하고 끝나버릴 수도 있다(우리가 최소 2°C를 향해 나아갈 수 있다는 증거가 있음에도 불구하고). 화석연료 산업이 좌초되고 경제가 혼란에 빠진 상황에서 새로운 시스템은 이전 시스템과 경쟁할 것이며 제대로 구현되지 않은 상태로 이전 시스템을 대체하게 될지도 모른다. 그 결과 경제적으로나 생태학적으로 붕괴되기 쉬운 최적이라 말할 수 없는 시스템이 출현할 수도 있다.

 

적절한 첫 번째 단계는 실제로 가능한 것이 무엇인지 이해하는 것이다. 이 기사에서 논의된 과학적 연구는 기후 안정성을 회복하면서 에너지 빈곤을 종식시킬 수 있는 진정으로 지속 가능하고 풍부한 에너지 시스템을 구축할 수 있는지를 보여준다. 이러한 인식을 통해 우리는 차세대 에너지 시스템이 출현할 때에 그 이점을 가속화, 극대화 및 분배하기 위해 협력을 시작할 수 있다.

 

 

1. Why transformation of the global energy system is now unstoppable(https://ageoftransformation.org/energyphasetransition/)

2. Phase transitions in biology: from bird flocks to population dynamics(https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2021.1111?ref=age-of-transformation)

3. Firm Power generation 2023(IEA)(https://iea-pvps.org/wp-content/uploads/2023/01/Report-IEA-PVPS-T16-04-2023-Firm-Power-generation.pdf?ref=ageoftransformation.org)

4. What is the energy payback for PV?(https://www.nrel.gov/docs/fy04osti/35489.pdf?ref=ageoftransformation.org)

5. The energetic implications of curtailing versus storing solar- and wind-generated electricity(https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2013/ee/c3ee41973h?ref=ageoftransformation.org)

6. Full energy sector transition towards 100% renewable energy supply: Integrating power, heat, transport and industry sectors including desalination(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261920316639?ref=ageoftransformation.org)

7. Global Electricity Interconnection With 100% Renewable Energy Generation(https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=9511456&ref=ageoftransformation.org)

8. Reducing climate risks with fast and complete energy transitions: applying the precautionary principle to the Paris agreement(https://osf.io/preprints/osf/5wf64)

9. Reducing climate risks with fast and complete energy transitions: applying the precautionary principle to the Paris agreement(https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac36f9?ref=ageoftransformation.org)

10. Capture or curtail: The potential and performance of direct air capture powered through excess renewable electricity(https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590174522000538?ref=ageoftransformation.org)

11. Mineral constraints for transition overstated by IEA(https://carbontracker.org/mineral-constraints-for-transition-overstated-by-iea/?ref=ageoftransformation.org)

12. Why transformation of the global energy system is now unstoppable(https://ageoftransformation.org/energyphasetransition/)

 

*번역 정리/ 지운

 

*참고 자료

-그린피스의 '에너지 혁명' : 100% 재생네저지 시스템

그린피스의 ‘에너지혁명’ : 100% 재생에너지 시스템

 

- 100% 재생에너지 발전시스템, 불가능 아니다! (tistory.com)

100% 재생에너지 발전시스템, 불가능 아니다!

Mineral co