영국 글래스고에서 2주 동안 열리는 제26차 유엔기후협약당사국회의(Cop26)회의가 12일 막을 내린다. 이 회의는 기후온난화를 막기 위한 전 지구적 차원의 구체적 실행계획을 마련하는데 초점이 맞춰져 있다. 화석연료의 사용을 줄이고 대신 재생에너지 사용을 늘리는 데 필요한 투자 비용을 어떻게 분배하느냐가 핵심 쟁점이다.

그런데 재생에너지 사용을 늘린다는 것이 구체적으로 어떤 것인지, 비용과 효과를 따져보면 현실성은 충분한지 등에 대한 논의는 많지 않다.

이와 관련해 미국의 월스트리트저널(WSJ)이 10일(현지시간) 태양광, 원자력, 풍력, 지열, 수소 등 현재 주로 사용되고 있거나 앞으로 각광받게 될 재생에너지 5가지에 대해 현황과 비용, 넘어야 할 문제 등을 점검하는 기획기사를 실었다. 다음은 WSJ 기사 요약.

컨설팅회사 IHS Markit 자료에 따르면 전세계에서 생산되는 전기에너지의 60%가 석탄, 석유와 천연가스 등 화석연료를 태워 만드는 것이다. 이는 2010년의 67%에서 줄어든 수치다. 이 수치는 각국의 화석연료 사용 감축노력에 따라 2030년에 42~48%까지 줄어들 것으로 예상된다. 이같은 예상이 현실화되려면 줄어드는 화석연료 발전을 대체할 재생에너지의 현황과 비용, 넘어서야 할 과제 등을 이해할 필요가 있다.

◆태양전기

▲현황: 태양 에너지를 포착해 전기를 생산한 역사는 길다. 기본 기술은 크게 달라지지 않았지만 비용이 크게 줄면서 최근 몇 년 사이 태양광 발전이 크게 늘고 있다. 햇빛을 전기로 전환하는데 사용하는 태양광 패널은 광전지를 부착해 만든다. 재생에너지 사용을 강화하는 정부 정책과 세금감면, 재생에너지 구입을 확대하려는 기업들의 노력으로 광전시 세계시장이 크게 활성화됐다. 가격이 내리면서 전기공급회사는 물론 개별소비자들도 관심이 커지고 있다.

IHS Markit의 전세계 동력 및 재생에너지부문 부사장 시저우 추는 기술 발전이 "강력한 테이크오프 단계"라고 강조했다. 성장여지가 매우 큰 것이다. 미국 에너지부에 따르면 현재 미국에서 생산되는 태양전기는 전체의 3%에 불과하다. 전세계적으로는 4%에 달하는데 이는 5년 전보다 1.4%포인트 증가한 것이다. 올해 태양전기 생산시설은 20% 늘어 175 기가와트에 달할 것으로 IHS Markit는 예상하고 있다. 이 양이면 미국 3500만 가구가 1년 동안 사용할 수 있는 용량이다.

태양전기 산업도 현재 공급망 혼란으로 어려움을 겪고 있다. 철강, 유리, 알루미늄과 같은 원자재 가격이 치솟고 핵심 부품인 반도체부족도 지속되고 있다. 투자은행 라자드의 부의장 조지 빌리치치는 노동력 부족과 공급망 문제가 앞으로 2년 더 이어질 것이라고 예상했다. 그러나 "장기적으로는 (태양전기 산업 성장세가) 강력하고 극적일 것"이라고 말했다.

▲비용: 태양전기의 균배비용이 계속 내려가고 있다. 균배비용은 발전소를 짓고 수명 기간 동안 유지하는데 드는 비용을 모두 감안해 단위당 생산비를 계산한 것이다. 투자결정을 하는데 중요한 자료다. 각국 정부가 부여하는 세금감면이나 지원금 혜택은 균배비용 계산에 포함하지 않기 때문에 태양전기 실제 생산비는 균배비용보다 훨씬 더 줄어들게 된다. IHS Markit에 따르면 석탄의 균배비용은 메가와트시당 55달러(약 6만5000원)인데 비해 태양전기는 2010년 381달러(약 45만2000원)이었으나 현재는 45달러(약 5만3000원)다. 세금감면이나 보조금 지원을 감안하지 않아도 모든 에너지원 중에 가장 저렴하다. 석탄 발전은 2010년 62달러(약 7만3500원)였다.

이처럼 패널 설치비용이 하락함에 따라 갈수록 개인 주택 설치가 늘고 있고 그들이 투자비를 회수하는 기간도 짧아지고 있다. 태양전기 시스템을 판매하는 선파워사 피터 파리시 CEO는 "10년 전에는 돈많은 소수 얼리 어댑터만 사용했었다"고 말했다.

▲과제: 태양전기는 태양이 떠 있을 때만 전기를 생산할 수 있다. 따라서 태양전기 단독으로 사용할 수 없고 다른 동력원 또는 배터리가 필요하다. 배터리 가격이 하락하면서 태양전기 저장 비용도 갈수록 내려가고 있다. 그러나 비용효과면에서 쓸만한 배터리는 저장능력이 3-4시간에 불과하다. 그러나 배터리 비용이 빠르게 하락하고 캘리포니아 같은 지역은 산불 등으로 전력 공급이 불안정해 배터리와 태양전기를 함께 사용하는 경우가 많아지고 있다.

태양전기의 또다른 문제는 패널과 광소자의 거의 전체가 중국산이라는 점이다. 바이든 정부는 중국산 태양전기 재료 수입을 막고 있으며 트럼프 대통령 시절 매긴 관세를 계속 유지하고 있어 미국 태양전기 산업의 성장을 저해하고 있다. 특히 중국 정부는 부인하지만 태양전기 제품 생산에 강제노동을 동원한다는 비판 때문에 규제가 한층 강화되고 있다.

이에 따라 미국내 생산을 늘리려는 움직임이 진행중이지만 시간이 오래 걸리는 문제가 있다. 직접 생산하는데 필요한 노동력을 채용하고 교육하는 비용도 크다. 국제재생에너지기구(IREA)에 따르면 전세계 태양광 부문 고용이 2015년 280만명에서 2020년 400만명으로 늘었고 2030년까지 태양전기 산업 종사자가 1000만에서 1700만명에 달할 것으로 예측하고 있다. 노동력 부족 문제는 하루빨리 해소되기 어려운 과제다.

◆원자력

▲현황: 원자력 발전은 이미 확립된 기술이지만 안전에 대한 우려가 커지고 건설비용이 증가하면서 매력이 줄어들고 있다. 그렇지만 청정에너지로 전환과정에서 원자력을 우선적을로 고려하는 나라들이 많다. 이유는 원자력이 온실가스를 발생시키지 않으면서도 태양전기나 풍력과 달리 24시간 지속해서 전기를 생산할 수 있기 때문이다.

2020년 전세계 전력생산에서 원자력발전량은 약 10% 정도다. 1990년대 17.5%에서 크게 비중이 줄었다. 맑은공기태스크포스(Clean Air task Force)의 환경정책그룹에서 핵혁신을 담당하는 브렛 람팔은 "핵발전소만 있으면" 태양전기처럼 간헐적 전력생산을 확충하는 것이 쉬워진다고 밝혔다. 그는 낡은 원자로를 폐쇄하고 태양이나 풍력에 맞춰 전력생산을 손쉽게 조절할 수 있는 새 원자력 발전소를 건설하는 것이 "미래 청정에너지 경제의 근본이 될 것"이라고 강조했다.

기존 방식의 원자력발전도 중국, 러시아, 아랍에미리트연합(UAE) 등지에서 활발해지고 있다. 테라파워사가 진행하는 소형모듈형 원자로(SMR) 개발은 차세대 원자력 발전 방식이다. SMR은 오지에서도 탄소를 발생시키지 않고 값싸게 지속적으로 에너지를 공급할 수 있는 장치다. 기존 방식의 원자로에 비해 전력 생산량이 3분의 1 이하지만 모듈화한 설계로 저비용으로 대량생산이 가능하다. 영국, 프랑스 등 9개 국가에서 SMR 개발이 진행되고 있으며 미국 에너지부도 개발을 지원하고 있다.

▲비용: 핵발전 비용이 최근 상승하고 있으며 원전 건설비용은 모든 발전소 가운데 가장 높다. 전세계 원자력 전기 균배비용 평균은 올해 메가와트시당 74달러로(약 8만7700원)로 5년전 66달러보다 많이 올랐다. 핵발전소는 또 유지를 위한 투자비가 많고 많은 인력과 높은 수준의 보안이 필요하다. 2011년 일본 후쿠시마 원전이 쓰나미로 녹아내린 이후 각국이 안전기준을 높이고 있다.

각국별로 비용이 규제 등 때문에 차이가 매우 크다. 유럽과 북미지역에선 태양전기, 조력, 석탄, 천연가스, 지열 등보다 비용이 크다. 아태지역 국가들은 타 발전방식보다 저렴하다.

▲과제: 원전 건설에 시간이 많이 걸리고 규제가 많다는 점이 생산비를 높인다. 여러나라에서 원자력 발전을 늘리려고 하지만 진행은 더디다. 세계핵산업상황보고서에 따르면 전세계적으로 건설중인 53곳의 원전 가운데 31곳이 예정보다 늦어지고 있다.

SMR이 이런 문제를 해소할 수 있다. SMR 벤처 기업 오클로사 캐롤린 코크란은 "실험용원자로 크기의 원자로를 가진 커다란 주택 크기의 핵발전소를 만들고 있다"면서 "빠른 시간 안에 모듈화된 방식으로 건설함으로써 반복 생산이 가능하도록 하고 있다"고 밝혔다.

원자력 발전은 일부 국가에서 공공 우려의 대상이기도 한다. 독일은 후쿠지마 이후 원자력발전을 중단하기로 했다. 영구적인 핵폐기물 문제도 해결되지 않고 있으며 정치적으로 풀기가 어려운 문제다.

◆풍력 발전

▲현황: 태양전기 못지 않게 풍력도 풍부한 재생에너지원이다. 최근 10년 사이 풍력 발전에 대한 수요가 세계적으로 크게 늘면서 비용이 내려가고 있어 풍력발전이 주류로 자리잡았다.

풍력발전에 사용되는 터빈의 크기가 커지면서 비용이 내려감에 따라 풍력 발전이 활성화되고 있다. 지상 풍력발전 날개 하나의 길이가 30m가 넘는 것도 있으며 해상 풍력 발전소 터빈은 축구장 크기만한 것도 있다.

풍력은 현재 전세계 전기 생산의 7%를 차지하며 2030년 최소 2배로 늘어날 것으로 IHS Markit는 전망한다. 지난해 신규로 설치된 풍력 발전 규모가 93 기가와트에 달해 2019년보다 53%가 늘었다. 팬데믹으로 인한 여행 제한과 공급망 혼선으로 인한 운송시간이 늘어 설치 기간이 늘어났지만 올해 건설되는 풍력발전 시설도 88기가와트 규모에 달할 것으로 예상된다.

터빈 생산에 필요한 철강, 구리, 알루미늄과 탄소섬유가 많이 들기 때문에 새 세대 설비를 만들기 위한 새로운 재료 실험이 활발하게 진행중이다. 또 바람이 센 날의 과잉전력을 수력발전으로 전환하는 방법도 개발중이다. 유럽은 지상 발전보다 해상발전이 일반화돼 있으며 한국, 중국 및 미국도 해상 발전으로 빠르게 전환하고 있다. 바이든 정부는 미국 해안 지대에 풍력발전을 대거 설치하는 계획을 추진중이다.

▲비용: 최근 10년새 풍력 발전비용이 극적으로 떨어져 왔다. 현재 지상 풍력발전의 균배비용은 메가와트시당 48달러(약 5만6900원)로 2010년에는 89달러(약 10만5500원)이었다. 해상 풍력발전의 균배비용은 같은 기간 162달러에서 90달러로 떨어졌다.

올해 유가가 크게 오르면서 풍력발전 유지비용도 함께 올랐다. 터빈 날개가 커지면서 운송이 힘들어지기 때문이다.

▲과제: 바람이 불지 않으면 발전이 안되는 것이 가장 큰 문제다. 항상 일정하게 바람이 부는 장소를 찾아내는 것이 풍력 발전의 핵심이다. 또 지상 발전은 풍광을 해치고 소음을 발생시키는 등의 이유로 지역 사회의 반발 문제가 크다. 해상발전은 어업과 해운업에서 반발이 있다. 또 바람이 센 지역이 도시에서 멀리 떨어진 경우가 많아서 송전선이 길어지는 문제도 있다.

이런 문제들로 인해 풍력은 태양전기보다 설치하기가 어렵다. 많은 나라에서 풍력 발전을 허가받기까지 어려움이 큰 실정이다. 베스타스 풍력시스템의 모턴 디롬 수석부사장은 "계획에서 착수까지 10년이 걸린다"고 불평했다.

물가상승도 설비제조업체들의 우려사항이다. 케이블 제조업체인 넥산스 SA CEO 크리스토퍼 게린은 구리와 알루미늄 수요가 늘면서 풍력 산업의 비용 압박이 매년 커지고 있다고 밝혔다.

◆지열 발전

▲현황: 각국에서 지열 발전에 대한 관심이 커지고 있다. 제 시간에 맞춰 전기를 공급할 수 있으면서도 온실가스 배출이 없기 때문이다. 땅속 깊은 곳의 열기나 온천을 이용하는 지열은 발전은 물론 난방에도 적극 활용돼 왔다. 국제지열협회 회장인 마리크 브로머는 "재생에너지로 세상을 구한다고 하면서 전기 생산만 생각하는데 열을 직접 사용하는 것이 에너지 소모의 절반을 차지한다"고 말했다.

지열발전소는 전세계 전기 생산의 1%도 채 못되지만 최근 6년 사이 지열발전소 건설이 증가해 왔다. 매년 전력생산을 위한 지열 우물 180곳이 굴착되고 있고 2025년에는 500곳으로 늘어날 전망이다.

에너지 전문 연구센터 리스타드의 헤닝 뵤르비크 부사장은 신뢰할 수 있는 방식으로 지속적으로 동력을 공급하는 "우수한 기본 자원"이라면서 "땅 위에 남기는 자국이 가장 적은 에너지원이기도 하다"고 강조했다.

일부 유럽 국가들에서 지열을 지역난방에 사용하고 있다. 호주는 2020년~2030년 40곳의 지열 우물을 굴착할 예정이며 매년 20곳을 굴착하는 네덜란드도 2026년~2030년에 2배로 늘릴 계획이다. 지역난방을 위한 지열 우물 굴착은 매년 30~40곳에 달하며 2025년에는 연간 100곳으로 늘어날 전망이다. 캐나다, 일본, 터키, 이디오피아, 인도네시아가 지열발전소를 짓고 있다. 캘리포니아 전력생산의 6%가 지열발전이다.

지열발전의 수익률이 높아지면서 기술 발전으로 이어지고 있어 온천이나 뜨거운 바위가 없는 지역으로 확산되고 있다. 땅속 깊은 곳으로 물을 순환시켜서 열을 얻어내는 방식이다. 10월 중순 전세계 지열 발전 벤처기업 투자가 1억4650만달러에 달했으며 지난해 전년보다 2배로 늘었다. 5년전 투자액은 1330만달러에 불과했다.

아직 지열발전의 상업성이 충분히 확보되지 않고 있으나 지열 우물을 파는 과정에서 값비싼 리티움을 캐내는 경우도 있다. 이 때문에 지열 발전과 리티움 채굴을 병행하는 기업이 캘리포니아에서 늘고 있으며 제네럴 모터스의 경우 지열개발 프로젝트를 시작할 때마다 리티움채광권부터 확보하고 있다.

지열 원에서 리티움을 먼저 제거하는 방식을 사용하면 기존의 암반 굴착 방식보다 사용 토지면적이나 지하에서 올라오는 염분수로 인한 지표면 오염이 줄어든다. 또 자동차회사들이 대거 전기자동차 생산으로 전환하면서 배터리용 리티움 수요도 급증하고 있다.

▲비용: 지열 이용은 모든 에너지원 가운데 비용이 가장 높다. 2021년 전세계 평균 균배비용이 메가와트시당 69달러(약 8만1700원)에 달해 석탄이나 천연가스 발전보다 높다. 지난해 균배비용이 75달러에서 내린 것을 보면 알 수 있듯이 비용을 줄이기 위한 노력이 활발하지만 아직은 발전규모가 작아서 비용 절감이 쉽지 않다.

그러나 굴착비용을 절감하면서 셰일 오일과 셰일 가스 붐을 촉발했던 석유회사들이 지열 산업에 진입하고 있어 비용이 낮아질 전망이다.

▲과제: 지질이 지열 이용의 가장 큰 과제다. 태평양 불의 고리처럼 지각 판상 가장자리에 분포된 화산지대가 가장 유망하지만 이런 곳들은 소비자들과 거리가 멀고 기존 송전시설을 이용하기도 힘들다. 국립공원이나 원주민 보호지역으로 묶여 있는 곳도 많아서 개발이 어렵다.

정치적 난제도 있다. 지열 발전에 대해 지자체와 주민들이 굴착을 반대하는 일이 많은 것이다. 지열협회 브로머 회장이 지열발전을 "잠자는 거인"이라고 부르는 이유다.

◆수소

▲현황: 최근 몇 년 사이 수소가 유력한 재생에너지원으로 부상하고 있지만 앞으로 10년 이상 더 걸릴 전망이다. 수요와 공급을 어떻게 맞추느냐는 문제가 아직 해결되지 않고 있음에도 기업들과 정부들마다 수십억 달러를 투자하고 있다. 지구상에서 가장 풍부한 자원인 수소야말로 화석연료 사용으로 인한 문제를 해결하는데 안성마춤이기 때문이다.

수소는 최근 부쩍 수송용 연료로서의 가치가 높아지고 있다. 배터리의 무게나 전기 공급 시간이 짧다는 점 등 차량의 장기운행이 어려운 점을 무게가 가벼운 수소가 해결할 수 있기 때문이다. 폭발성이 크고 색이 없는 수소 가스를 연료전지에서 산소원자와 결합시켜 전기를 생산하거나 태워서 열을 발생시키는 방식으로 가정용 열원은 물론 지속적인 고열이 필요한 철강 산업 등 산업용 열원으로도 사용할 수 있다.

태양전기나 풍력 등에서 남는 전기를 활용해 물 분자에서 산소분자를 제거해 수소를 생산해 보관하는 방식이 배터리로 전기를 보관하는 것보다 쉽다는데 착안하는 기업들도 있다.

그러나 수소는 아직 전세계 에너지 산업에서 무시해도 좋은 수준이다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 전세계 에너지 공급의 1% 미만이다. 또 이용되는 수소의 1% 미만이 저탄소 청정 수소다. 아직은 수소 생산이 대부분 화석연료를 태우는 과정의 부산물이다. 이에 따라 수소는 수많은 투자가 이뤄지고 있지만 2050년에 전세계 에너지 공급의 20% 정도만 차지할 전망이다.

▲비용: 수소는 다른 에너지원보다 비싸다. 특히 화석연료를 사용하지 않고 생산하는 경우 그렇다. 그러나 청정 수소 생산비는 생산규모가 커질 경우 크게 하락할 수 있을 전망이다. IHS Markit에 따르면 독일 풍력발전소에서 생산하는 청정 수소의 균배비용이 지난해 메가와트시당 70달러(약 82800원)로 2015년의 130달러보다 많이 하락했다. 그러나 태양발전소 균배비용은 같은 기간 70달러에서 32달러로 떨어졌다. 두가지 모두 2045년에 현재보다 균배비용이 절반으로 내릴 전망이다.

▲과제: 청정수소 생산은 닭이 먼저냐 달걀이 먼저냐의 문제가 되고 있다. 현재 이용량이 매우 적어 경제 규모에 도달하지 못한 탓에 생산비가 매우 비싸다. 높은 가격 때문에 수요도 정체돼 있다. 정부가 적극적으로 사용을 권장하는 정책을 펴는 수밖에 없다.

미국과 유럽연합(EU)에서 최근 수소 기금을 설치하고 인센티브를 제공한다고 발표했다. 가격이 내려간다고 해도 수소를 운송하는 일도 어려움이 크다. 태양열이 풍부해 수소를 싸게 생산할 수 있는 호주나 모로코 같은 곳이 북유럽이나 동아아시아에서 너무 멀어서 중공업에 청정수소를 사용하는 일이 쉽지 않다.

기존의 천연가스 파이프라인을 수소 운송에 활용할 수 있지만 수천km에 달하는 파이프를 더 깔아야 하고 폭발성이 큰 수소를 안전하게 수송하고 보관할 수 있는 기반 시설 설치에도 수십억 달러가 든다.