신재생에너지란?(개념 및 종류)

안녕하세요 에듀몬입니다. 화석연료 및 원자력에너지의 지속가능성에 대한 우려가 고조되면서 재생 에너지에 대한 관심이 전 세계적으로 증가하게 되었습니다. 유럽의 많은 국가들이 화석연료 저감에 대한 적극적인 정책을 내어 놓고 있는 시점에서 신재생에너지의 가치는 매우 높다고 할 수 있습니다. 이번 시간에는 신재생에너지의 개념 및 종류에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

1. 신재생에너지의 개념

 

  신·재생에너지는 신에너지와 재생에너지, 두 가지의 에너지 영역을 포함한 용어입니다. 먼저 신에너지는 기존 화석연료를 변환시켜 이용하거나 수소와 산소 등의 화학 반응을 통하여 유용한 에너지를 이용하는 기술입니다. 구체적으로는 수소에너지, 연료전지, 석탄 액화 및 가스화 3가지로 분류됩니다. 이는 화석연료를 변환하여 이용하는 경우를 포괄합니다. 예를 들어, 수소에너지를 생성하는 과정에서 화석연료를 사용하는 경우와 연료전지의 연료극에 화석연료를 직접 투입하는 경우도 포함됩니다.

  재생에너지는 햇빛, 지열, 물, 생물유기체, 강수를 포함하는 에너지를 변환시키고 이용하는 에너지입니다. 태양광, 태양열, 풍력, 수력, 지열, 바이오 매스, 폐기물, 그리고 해양에너지가 해당됩니다.

 

 

 

 

2. 신재생에너지의 종류

 

 1) 연료전지

 

  연료전지는 수소 및 산소의 전기화학 반응을 통하여 전기 또는 열을 생산하는 설비라고 정의됩니다. 그러나 이 정의는 모든 연료전지를 포괄할 수 있는 정의라고 보기 어렵습니다. 전 세계에서 개발되고 있는 연료전지는 그 기준에 따라 다양한 종류로 분류할 수 있습니다. 실제로 다수의 종류는 수소와 산소만의 반응이 아닌 석탄, 탄산, 메탄올과 같은 다양한 화학 물질을 산화 및 환원제로 사용할 수 있습니다. 따라서 연료전지는 연료 및 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 생산하는 장치라고 정의하는 것이 옳습니다.

 

 2) 석탄 액화 및 가스화 에너지

 

  석탄 액화 및 가스화 기술은 석탄을 가스화하거나 액화한 에너지 및 중질잔사유를 가스 처리한 에너지로 정의할 수 있습니다(산업통산자원부, 2015). 화석연료 중 가채년수가 상대적으로 높은 석탄은 사용 시 분진이나 중금속 물질과 같은 오염물질이 다량 발생한다는 문제를 갖습니다. 이러한 문제를 막기 위해 적절한 전처리 과정을 통해 석탄을 개질하여 사용하는 기술을 의미합니다. 용매처리를 통한 초청정석탄 제조 또는 고온 및 고압 처리를 통한 직접액화 방식을 대표적인 사례로 꼽을 수 있습니다.

 

 3) 수소에너지

 

  수소에너지는 유기물이나 물 등에 존재하는 수소를 분리하고 생산 및 포집하여 이용하는 기술을 말합니다. 수소는 우주에서 가장 많이 존재하는 원소로 천연가스, 석탄, 가솔린, 메탄올 등 다양한 원료로부터 분리하거나, 물의 전기분해를 통해 얻을 수 있습니다. 공해물질이 적으며 저장과 운반에 있어서 전기에너지와 비교하여 효율적이고 경제적이라는 장점을 갖습니다. 아직은 기술적인 문제로 생산 비용이 높고 저장 밀도가 낮다는 한계점 역시 보입니다.

 

 4) 태양광

 

  태양광에너지는 광전 효과를 이용하여 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 변환, 사용하는 발전방식입니다(산업통산자원부, 2015). 보통 태양전지로 구성하는 모듈과 축전지, 전력변환장치로 포함하며 빛이 태양전지에 흡수될 때 전자와 정공이 생성되는데 이때 광전효과로 발생하는 기전력을 사용합니다. 최근 연구개발과 상업화에 많은 비용이 투자되고 있으며 기술의 급진전이 이루어지고 있습니다.

 

 5) 태양열

 

  태양열에너지는 태양의 복사광선을 흡수하고 열에너지로 변환하여 냉난 방이나 열발전 등에 활용하는 기술입니다. 태양열 시스템은 집열부, 축열부, 이용부로 구성되며 열을 모아 얻은 고열을 난방에 이용하거나, 열교환기로 물을 끓이고 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 

 

 6) 풍력

 

  풍력에너지는 바람에너지를 터빈과 같은 장치를 이용하여 기계적 에너지 로 변환시키고 발전기를 돌려 전기를 생산하는 기술을 말합니다. 바람이 가진 에너지를 변환시키는 동력전달장치, 운동량변환장치, 제어장치, 동력변환장치 등으로 구성됩니다.

 

 7) 지열

 

  지열에너지는 지하수와 같은 지하의 열을 이용하여 냉ㆍ난방에 활용하는 기술입니다. 지표면을 통해 태양열의 47% 정도가 지하에 저장되는데 지표면 에 가까운 땅속의 온도는 약 10℃∼20℃ 정도를 유지하여 열펌프를 사용하는 냉난방시스템에 이용합니다. 우리나라 일부 지역의 지중온도는 약 80℃ 정도가 되기 때문에 직접 냉난방에 이용 가능합니다.

 

 8) 수력

 

  수력에너지는 물의 운동에너지와 위치에너지를 이용하여 유용한 일을 생산하는 기술입니다. 높은 곳에 위치한 저수지나 하천의 물을 수압관로를 통해 낮은 곳에 있는 수차로 보내며 수차를 돌리고 발전기를 회전시켜 전기를 발생시킵니다. 즉, 물이 갖는 위치에너지를 운동에너지로 변환시키고 발전기를 구동시켜 전기에너지를 얻게 되는 것입니다.

 

 9) 바이오

 

  바이오에너지란 식물 및 동물유기물 등을 열분해나 발효하여 수소, 에탄올과 같은 다양한 연료를 얻는 기술입니다. 다양한 곡물, 볏짚, 나무와 같은 식물이 이용되며 식물체의 당분을 발효하고 바이오에탄올이나 식물성 기름을 추출해 만드는 바이오디젤을 만들기도 하고 동물체나 음식물 쓰레기를 발효시킬 때 발생되는 메탄가스를 추출하여 사용하기도 합니다. 특히 바이오 디젤과 바이오에탄올은 휘발유나 경류에 섞어 사용하여 대체에너지로 활용 되고 있습니다. 바이오에너지는 다른 재생에너지원과 달리 기존 연료의 대체제로 활용이 가능할 뿐만 아니라 화석에너지와 달리 재생성을 가능하기 때문에 석유 자원 고갈과 지구온난화 문제에 대한 실질적으로 대응책으로 각광받고 있습니다. 또한 사용하면서 발생한 이산화탄소는 식물의 광합성에 의해 흡수되기 때문에 공해가스 배출 염려가 적고 연료나 전력 또는 천연화합물과 같은 다양한 형태로 존재할 수 있다는 장점을 갖습니다.

 

 10) 폐기물

 

  폐기물에너지는 폐기물을 변환시켜서 연료와 에너지를 생산하는 기술입니다. 사업장과 가정에서 생산되는 가연성 폐기물 중에서 에너지 함량이 높은 폐기물을 수집 및 열분해하거나 가스 제조기술, 소각을 통하여 가공ㆍ 처리합니다. 이를 통해 폐열, 액체, 고체, 가스 연료, 액체 등을 생산하고 이를 산업 활동에 사용합니다. 현재 폐기물에너지는 국내 신·재생에너지 공급 량의 약 71%를 차지하고 있으며, 20년 후에는 신·재생에너지 공급량의 절반 이상을 차지할 것으로 예상되는 중요한 에너지원입니다. 다른 대체 에너지에 비해 경제성이 높고 조기보급이 가능하며 폐기물의 재활용과 청정 처리로 환경문제를 해소할 수 있는 장점을 갖습니다.

 

 11) 해양

 

  해양에너지는 해양의 모든 에너지 자원을 뜻합니다. 해양의 조류, 조수, 온 도차, 파력 등을 이용하여 전기나 열을 생산하는 것으로 그 종류로는 조류 발전, 조력발전, 파력발전, 온도차발전 등이 있습니다. 조류발전은 바닷물의 유동에 의한 운동에너지를 활용하는 기술이고 조력발전은 조석간만의 차를 이용하여 전기를 생산하는 기술입니다. 온도차발전은 해양의 표면층과 심해 사이 온도차를 이용하는 발전이고, 파력발전은 파랑에너지를 이용하여 전기를 생산하는 기술입니다.

 

 

※ 출처: 중학교 기술 교육에서 공학설계과정을 적용한 파력에너지 체험활동과제 개발 및 적용(천주홍, 2020)