생활 속 바이오(26) 태양을 닮은 미래에너지-해양바이오 에너지

*뜨거운 샤워, 얼마나 더 할 수 있을까

 

출근시간대의 지하철은 단단히 각오를 하고 가야 한다. 특히 서울 중심 방향 일때는 움직이기는 커녕, 문에 밀고 들어가기도 힘들다. 이런 것쯤은 대도시에 사는 시민으로서는 늘 있는 일이라 견딜만하다. 최소한 악취는 없기 때문이다. 같은 만원기차라 해도 30년 전과는 비교가 안 된다. 그 당시의 통근기차는 우선 숨을 쉬기가 힘들었다. 더구나 여름이라도 되면 온갖 땀 냄새가 진동했다. 대부분이 남학생인 기차 안은 남학생 고유의 체취와 퀴퀴한 냄새, 오랫동안 쓰지 않던 방에서 나는 듯한 냄새 등이 코를 마비시킨다. 어쩌다 여학생들이 몰려와도 며칠은 감지 않은 머리냄새는 여학생이라는 환상을 깨기에 충분했다. 자주 못 씻은 덕이다. 한 달에 한번 목욕탕에 가게 되면 호강하던 시절이었으니 이 정도는 약과이다. 중고등 학생이 이럴 정도면 초등학교는 말할 것도 없다. 초등학교에서는 매일 용의검사를 했다. 손을 내밀고 손톱이 깨끗한가, 머리는 단정한가 등을 검사하지만 늘 선생님의 막대기를 피해가지는 못했다. 손가락에 내리치는 대나무는 선생님에 대한 원망을 하기 이전에 목욕을 자주 하지 못함에 대한 창피함으로 얼른 손을 감추곤 했다.

 

불과 30 전만해도 동네에 목욕탕이 하나둘 있어서 그곳은 아주 특별한 날, 예를 들면 추석이나 설날 전날에 다녀오곤 했다. 이런 목욕탕 행사는 1년에 한 두번 있는 일종의 명절 선물이다. 그나마 조금 더 시간이 지난 이후의 이야기이다. 더 어렸을 경우에는 커다란 솥단지처럼 생긴 목욕통에 장작을 피웠다. 데워진 물에는 많은 식구들이 몸을 담구고는 했다. 늘 마지막을 차지했던 어린 아이에게는 이미 식은 물이었지만 퐁당거리던 기억은 손에 잡힐듯 가까이 있다. 불과 몇 십 년전에 비교한다면 지금은 뜨거운 물을 맘놓고 쓰고 있다는 면에서는 가히 천국이라 할 수 있다. 뜨거운 샤워에 중동 석유를 태우고 있는 셈이다. 얼마나 더 이런 사치를 누릴 수 있을까?

 

* 제주 감귤, 이제는 남해안에서 수확한다

 

최근 원유 값이 100달러를 넘어선지 오래이다. 이는 중동국가들의 정책이라던가 전쟁등의불안한 요인등도 있지만 근본적으로는 매장량이 정해져 있다는 사실이다. 그리고 우리들은 매일 그것을 뽑아 올려 사용하고 있고 이제 얼마 있지 않아서 땅속에는 석유나 석탄이 동이 날 것이라는 예측이면 원유값이 오르는 것은 자명한 일이다. 이는 원유사용량을 보면 더욱 이해하기 쉽다 (사진; 지구 전체의 원유 사용량).

(그림; 원유 사용 예측량)

(그림; 에너지 소비량)

최근 50년간의 에너지 사용량을 보면 입이 벌어진다. (사진; 지구전체의 에너지별 사용량) 특히 원유의 경우는 증가도가 절벽수준으로 급히 증가하고 있다. 이런 현상은 내 주위에서 일어나는 현상으로도 충분히 설명되고 고개가 끄떡여진다. 인구가 늘어나고 개인이 소비하는 에너지가 많아 진 것이다. 인구가 두 배 늘고 일인당 샤워를 두 배 한다면 당연히 네배의 기름을 태워야 한다. 한 시간에 한번 오는 버스를 타고 다니던 시절과 분단위로 오는 지금의 지하철 시대의 시간 차이는 불과 40년이다. 지구 전체의 에너지 사용량이 급증하는 것을 피부로 느낄 수 있다. 눈에 보이는 이런 뻔한 사실에도 아직 대체 에너지를 연구하는 회사의 주식을 사지 않는 것은 뭔가 믿는 구석이 있어서일까? 아니면 미지근한 물에 들어간 개구리를 온도를 조금씩 올리면 그 차이를 몰라서 결국은 데워져 죽는 것과 같은 지구인 전체의 어리석음인가? 그래도 개인적으로 믿는 것은 있다. 지구상에서 가장 똑똑한 생물인 인간이 이런 불편한 진실을 모를 리는 없다. 이미 지구가 정상을 벗어난 증상이 나타나고 있기 때문이다.

 

감귤하면 제주, 사과하면 경북 영주를 꼽고 있다. 감귤이 노랗게 매달려 있고 검은 돌로 둘러싸인 제주의 농가를 둘러보는 일은 제주 여행의 즐거움이다. 하지만 이제는 남해안에서도 감귤이 재배되고 있다. 전체 기온이 올라가서 남해안도 제주같은 아열대가 되고 있다. 경북지방에서 주로 재배되고 있던 사과도 이제는 강원도로 올라가고 있다. 인제, 평창이 사과의 주산지가 될 판이다. 

(그림; 공장에서 뿜어져 나오는 연기)

(그림; 지구 이산화탄소와 온도)

   

지구는 쉬지 않고 태우는 석유와 석탄으로 서서히 더위지고 있다. (그림; 공장에서 뿜어져 나오는 연기, 지구의 평균 기온의 상승) 소위 지구의 온난화 현상이고 그 원인은 뿜어져 나오는 이산화탄소등이 증가해서 지금보다 더 많은 태양복사열을 흡수하기 때문이다. 지금껏 대기의 0.03%를 차지하고 있던 이산화탄소에 의해서 지구는 그동안 15도씨를 잘 유지해왔다. 덕분에 생물이 번식하고 성장하고 우리가 자자손손 잘 있는 이유이기도 하다. 이산화탄소같은 가스는 그런 면에서 지구를 적당히 데워주는 고마운 존재이다. 지구에 내리쬐는 태양열의 44%를 지구는 흡수한다. 지구표면을 데운 열은 적외선 형태로 대기중의 이산화탄소에 전달되어 일종의 온실을 만들고 있다. 온실인 지구는 정확히 온도가 잘 유지되고 있었다. 이제 그 평형이 조금씩 깨지고 있다. 원인은 이산화탄소가 늘어나면서 더 많은 복사열을 잡아주기 때문이다. 산업화 이전에 비해 45% 이상 늘어난 이산화탄소 배출량은 대기중의 농도를 300ppm에서 380ppm으로 30% 가량 증가시켰다.

 

사과가 달려 있는 과수원 풍경을 보려면 이제는 강원도로 차를 돌려야 한다. 그런 변화가 무슨 대수로운 일 이겠나마는 북극의 빙산이 녹아내리고 산을 덮은 빙하가 내려오면서 해수면이 높아지고 있는 상황은 심각하다. 더구나 그것이 내가 즐기고 있는 반신욕도 책임이 있다고 생각하면 그리 즐거운 기분은 아니다. 반신욕의 나른한 기분으로 오히려 두뇌가 너무 민감해졌나?

 

* 원유고갈과 지구 온난화; 두 문제, 하나의 답

 

급격한 인구증가, 일인당 에너지 소비증가, 이런 결과 나타난 기하학적인 에너지 소비증가, 지금의 에너지 위기의 원인이다. 이 문제는 다른 문제, 즉 지구 온난화를 촉발했다. 두 문제가 동시에 나타난 셈이다. 원인과 결과인 두 문제는 쉽게 해결 할 수 있다. 이산화탄소, 더 정확히는 지구온난화 가스(Green House Gas)를 내지 않고 에너지를 만들면 된다. 더 좋게는 이산화탄소를 모아서 에너지를 만들면 된다. 이 방법이 최선의 방법이다. 아니면 인구가 줄어야 하고 50년전 시대로 돌아가서 매일 샤워대신 년중 행사로 동네 목욕탕을 다녀와야 한다.

 

지구는 하나의 온실이다. 비닐로 덮여있는 밀폐된 온실이다. 그 안에서 이산화탄소는 순환된다. 온실안에는 나무도 있지만 사람도 있다. 사람이 뱉어낸 이산화탄소는 온실안에 쌓이게 되고 이것은 나무에 의하여 광합성작용으로 산소가 만들어지고 나무의 영양분이 된다. 온실내에서 탄소는 이산화탄소로 그리고 나무의 성분으로, 다시 분해되어 이산화탄소로 자연 순환되어 왔다. 여기에 인간이 개입하면서 이산화탄소가 늘어났다. 온실내에서 난로를 피기 시작한 것이다. 늘어난 이산화탄소는 온실 내에서 점점 농도가 높아지고 온실 밖의 태양열을 흡수하기 시작한다. 온난화의 시작이다. 물론 온실내의 나무 숫자를 늘린다면 이런 문제는 해결할 수 있다. 하지만 내가 본 지구의 나무들은 늘어날 가망성이 없어 보였다.

 

지구의 허파라고 불리는 아마존의 삼림은 실로 크기가 대단했다. 비록 비행기에서 바라보는 열대림이지만 장장 두어 시간을 녹색의 카펫을 날고 있었으니 지구의 허파라는 별명에 걸맞았다. 하지만 그런 뿌듯함도 잠시, 녹색 중간 중간에 비어있는 곳이 보이기 시작했고 거기에 연결된 도로가 보이기 시작했다. 숲 한 가운데를 가로 지르는 도로는 끝이 없이 이어지고 서로 연결되었다. 그 길의 끝에는 집들이 몇채씩 모여있었고 이들이 다시 모이는 곳에는 도시가 형성되어 있었다. 매일 이런 크기의 밀림이 잘려나간다면 바둑판의 한칸 한칸이 채워지듯 밀림도 곳 도시로 변하리라. 나무 하나 자라는데 20년이니 저 구멍 난 공간을 메울 수는 있기나 한 것일까? 이제 지구라는 온실내에는 나무는 점점 줄고 이산화탄소가 높아지고 있는 셈이다. 이것의 해답은 다른 에너지인가, 아니면 자연의 순환이치를 닮은 바이오에너지 인가?

 

*원유를 대체할 다음 주자, 원자력인가?

 

최근 일본의 원자력사고는 원자력이 그런대로 안전할 것이라는 생각을 단숨에 무너뜨렸다. 지진을 견디는 건축에는 세계최고라는 일본이 쓰나미 한방에 원자력발전소가 폭발해버리는 마당이니 그동안 지진 안전지대라고 여기었던 한국의 안전을 장담하기는 힘들다. 한국의 경우 울산, 고리에 20기나 집중되어 있고 그곳의 지반이 그리 안전치도 않으니 달걀을 모아서 선반에 매단 격이라 할 수 있다. 현재 운전중인 원자로의 안전성도 문제이지만 타고 남은 연료를 보관하는 일또한 큰일이다. 한참 타고 있는 연탄을 끄집어내서 밖에서 다 탈때까지 기다려야 하는 입장이니 지하에 놓으면 지진등으로 핵폐기물이 누출될까 걱정이다. 원자력과 관련된 가장 첫번째 관심이 원자로의 안전, 핵폐기물의 보관이라면 우랴늄의 가격은 두 번째 문제이다. 우랴늄은 지하자원이다. 무진장 있는 것이 아니고 원유처럼 고갈되는 자원이고 일부 국가에 집중되어 있는 자원이다. 가격은 지난 7년 사이 무려 10-18배나 증가했다. 이처럼 매장량이 제한 된 자원은 가격이 오른 다는 것은 아이들도 알고 있는 사실이다.

 

그러면 매장된 것이 아닌 것 중에서 에너지원으로 계속 쓸 수 있는 것은 무엇인가? 즉 지속가능한 에너지원으로는 수력, 태양광, 그리고 바이오 에너지가 있다. 수력은 이미 포화상황이다. 즉 할 만한 곳은 다 건설했다. 그리고 대규모 공사에 따른 비용과 지진 취약등이 단점이다. 이에 비해 태양광은 공짜로 에너지를 얻는 것 같다. 하지만 태양열을 모으는 집열장치, 넓은 부지 등으로 태양에너지 생산비용은 원자력의 10배나 된다. 또한 날씨에 의존해야 하는 어려움이 있다. 결국 원자력은 위험하고 태양열은 비싸다. 그럼 무엇이 남아 있을까?

 

*자연의 순환을 닮은 에너지, 바이오 에너지

 

지구는 수만년 동안 밸런스가 잘 유지되어 왔다. 여기에 인간이 개입하면서 나무를 베고, 석유를 퍼내서 공장을 돌리고 이산화탄소를 배출하면서 문제가 생긴 것이다. 이 문제를 해결하는 근본적인 방법은 배출하는 이산화탄소를 줄이거나, 아니면 이산화탄소를 이용하여 에너지를 생산하는 일이다. 가장 이상적인 방법은 지상에 있는 이산화탄소를 에너지원, 예를 들면 디젤 등으로 만들면 된다. 그러면 도랑치고 가재잡는 겪이다. 즉 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 줄이고 더불어 에너지원도 만들어내니 말이다. 문제는 이런 기술이 가능한가 이다.  

 

답은 의외로 간단하다. 바로 나무같은 광합성을 이용하는 것이다. 나무는 공기중의 이산화탄소를 광합성을 통하여 나무속의 녹말등으로 저장한다. 즉 이산화탄소가 녹말로 바뀐 것이다. 녹말을 이용하여 에너지를 만들면 된다. 나무와 같이 감자도 고구마도 모두 광합성을 한다. 감자의 녹말을 이용하여 고량주 같은 술을 만드는 것은 잘 알고 있다. 술은 에탄올이고 이것은 좋은 자동차 연료로 지금도 쓰이고 있다. 먹는 원료인 감자, 고구마등을 가지고 에탄올을 만드는 것이 식량가격의 문제가 있다면 숲의 나무나 강변의 갈대를 사용할 수도 있다. 흔히 말하는 바이오에너지를 만드는 과정이다. 이 방법은 지구온난화, 대기오염등을 해결할 수 있고 전체 에너지 소요의 28%에 해당하는 휘발류, 디젤등 수송용 에너지를 태양광, 원자력등 전기를 생산하는 방법보다 쉽게 만들 수 있다. 

 

하지만 이것도 그리 만만치는 않다. 우선 가격이 문제이다. 숲의 나무나 갈대에서 에탄올이라는 원료를 만드는 과정이 복잡하고 수율도 높지 않다. 무엇보다 넓은 면적이 필요하다. 만약 콩을 심어서 여기에서 나오는 콩기름으로 디젤을 만든다면 우리나라 국토의 51%에 모두 콩을 심어야 우리나라 소비되는 디젤의 5%밖에 충당하지 못한다. 이는 콩이 자라는데 시간이 걸리고 땅이 필요하기 때문이다. 따라서 땅이 아닌 곳에서, 쉽게 키울 수 있는, 그리고도 광합성을 하는 무엇이 필요하다. 눈을 땅이 아닌 바다로 돌려야 할 때이다.

 

바다에 있는 식물은 광합성을 한다. 미역, 다시마 등이 그 예이다. 이것이외도 미세조류라 불리는 식물성 플랑크톤 계열의 작은 생물이 있다. 우리가 건강식으로 먹고 있는 클로렐라도 이런 미세조류의 한 종이다, 이런 유익한 미세조류를 키우는 기술은 많이 발전되어 있어서 좁은 공간에서도 높은 농도로 키울 수가 있다, 또 하나 흥미로운 것은 어떤 미세조류는 광합성을 통해 얻은 대부분의 이산화탄소를 거의 모두 디젤의 원료를 만든다는 것이다. 이런 미세조류를 바다에서 키우면 된다. 이런 방식이 가능할까? 놀랍게도 자연은 우리에게 힌트를 준다. 바다에서 미세조류가 급격히 증가하는 경우가 종종 있기 때문이다. 그것은 다름 아닌 적조현상이다.

 

적조현상은 성경에서도 나오는 현상으로 미세조류가 영양분인 질소, 인등의 농도가 높아지면서 급격히 증가한 현상이다. 즉 미세조류는 쨍쨍한 태양을 에너지원으로 해서 공기중의 이산화탄소를 자기 몸을 불리는데 사용하는 것이다. 이런 원리를 이용하면 서해안에도 우리가 원하는 미세조류를 아주 높게 배양 할 수 있다. 할 일은 별로 많지 않다. 이 생물체가 잘 자라도록 영양분을 공급해주는 일이다. 영양분은 서해에 흘러드는 오염물질로 대신해도 될는지 모른다. 그러면 진짜 들어가는 것이 없다. 빛과 공기만 있으면 디젤을 만드는 시대가 올 것이다. 

(그림; 미세조류로 부터 만드는 바이오 디젤)

 

 

오래전부터 인류는 에너지를 사용해왔다. 불을 발견한 시점이 100만년전이라는 최근 연구 결과를 보면 그 이후로 인류는 불이라는 에너지를 사용해왔던 것이다. 그때의 에너지원은 나무. 지금은 나무가 땅속에 묻혀있던 원유인 것 뿐이다. 모두 다 태양에서 받은 선물이다. 이제는 원자력같은 위험한 에너지원보다는 다시 태양을 바라보는 것이 현명한 방법이다. 다만 나무보다는 좀 더 효율적인 해양조류를 이용하는 방식이 현재로서는 가능성이 있는 방법이 아닌가 한다.