차세대 자원 가스 하이드레이트! 왜 주목받는가?
청정에너지, 풍부한 자원. 미래를 책임져줄 수 있을까?

‘세계는 에너지 전쟁 중’ 이라고 해도 과언이 아닐 정도로 많은 국가들이 에너지산업에 많은 힘을 쏟고 있습니다. 특히 현재 쓰고 있는 자원의 고갈문제나 환경문제 때문에 한계에 부딪히는데 이를 해결해줄 자원으로 가스 하이드레이트가 주목받고 있습니다. 우리나라는 자원이 부족해 거의 모든 자원을 수입하여 사용하는데 가스 하이드레이트는 동해의 독도 주변에 엄청난 양이 잠들어 있다는 것! 가스 하이드레이트에 대해 알아봅시다!


그전에 앞서! 이전에 제가 소개해드렸던 신재생에너지 분야의 기사도 함께 읽어보세요~

신재생에너지

조력발전 : 세계 최대규모의 신재생에너지 발전소가 한국에? (http://nstckorea.tistory.com/512)
풍력발전 : 풍력발전, 바람이 전기를 만든다! (http://nstckorea.tistory.com/545)

가스 하이드레이트(Gas Hydrate)란?
깊은 바다에서 저온과 고압상태에서 천연가스가 물과 결합해 생긴 고체 에너지원입니다. 물분자간 수소 결합으로 형성되며 메탄, 에탄, 프로판, 이산화탄소 등 가스 분자가 물리적으로 결합된 상태입니다. 메탄이 90%이상 인 것이 특징입니다. 깊은 바다에서는 얼음으로 존재하지만 높은 온도나 높은 압력 상태에서는 물과 가스가 분리되어 불을 붙이면 타오르는 얼음입니다. 이처럼 불에 타는 성질이 있어 ‘불타는 얼음’이라고도 불립니다.

함께 읽어보기 : 우리땅 독도, 왜그리 탐내는거야? (http://nstckorea.tistory.com/204)


가스 하이드레이트 어디에 있나?
지구에는 총 250조이라는 어마어마한 양이 매장되어 있는 것으로 추정됩니다. 이 양은 인류가 5천년동안 쓸 수 있습니다. 우리나라에는 동해 주위에 6조에 달하는 양이 매장되어 있는 것으로 추정됩니다. 이 양은 연간 천연가스 소비량의 100배에 달하며 국내 가스 소비량의 30년분의 양이며 150조원이 넘는 자원입니다. 주로 저온 고압의 퇴적층에서 생성되며 알래스카나 시베리아와 같은 석유, 천연가스 저류층이나 석탄층과 같은 인접된 지역에 많이 발견됩니다. 러시아, 캐나다 등 영구동토나 심해저에 많이 분포해 있습니다.

독도 주변에 많은 매장량이 있다고 한다. @Army Vet / http://www.flickr.com/photos/bryan_retreat/5604121739

어떻게 찾아냈을까?
가스 하이드레이트 탐사방법은 지질·지화학적 탐사, 지구물리 탐사, 지구물리검층 등의 방법이 있습니다. 지질·지화학적 탐사는 퇴적물과 해수를 채취해 분석하거나 잠수정에 카메라를 이용해 해저지형을 확인하는 간접적인 방법입니다. 이 분석을 통해 형성이나 가스의 기원을 파악할 수 있습니다.

지구물리 탐사는 하이드레이트의 물리적, 음향학적 특성을 이용한 방법입니다. 지구물리검층은 시추할 때나 시추 후에 지층에 대한 여러 물성 등을 연속적으로 측정하는 방법입니다. 검층장비를 시추공에 투입하여 전기적, 음향학적, 방사성, 전자기 등의 발생원을 통해 수신된 정보를 해석합니다.

왜 이렇게 열광하는가?
가스 하이드레이트가 가장 각광받는 이유는 청정에너지라는 것입니다. 현재 쓰고 있는 화력(석유나 석탄)에너지는 공해를 배출하고 원자력 에너지는 발전소 주변 해수의 온도를 높인다거나 발전소에 문제가 생기면 위험성이 큽니다. 반면 가스 하이드레이트는 연소시킬 때 이산화탄소 발생량이 미미하다고 합니다. 또 기존 석유이용시설을 이용해 에너지원으로 사용할 수 있습니다. 부존량 또한 풍부하여 미래의 에너지원으로 탁월하다는 평가를 받고 있습니다.

메탄의 주범인 가축 @Mike Licht, NotionsCapital.com / http://www.flickr.com/photos/notionscapital/4508058635


온실가스의 주범, 메탄이 많아 우려의 목소리도...
반면 우려의 목소리도 많습니다. 가스 하이드레이트에는 메탄이 90%이상 차지하고 있습니다. 메탄은 이산화탄소보다 20배 이상의 온실효과를 내는 기체입니다. 메탄이 방출되면 앞으로 지구 온난화를 더 가속화할 것이라는 전문가 의견도 있습니다. 또한 바다 밑에 있어 실제 상용화까지 걸리는 시간과 경제성에 대한 문제도 있습니다.

이미 세계는 상용화 전쟁
하지만 각 국은 상용화를 하기 위한 노력을 많이 하고 있습니다. 특히 일본의 기술력은 타국보다 앞서있다는 평가를 받고 있습니다. 가스 하이드레이트 생산 공정 개발을 2002년부터 시작하여 생산 기지와 수송선을 연결해 선적할 수 있는 시스템을 개발 중입니다. 수송차량도 개발한 것으로 알려져 있습니다.
우리나라는 2007년부터 사업에 뛰어들었으며 2014년 기술 상용화를 목표로 하고 있습니다.

@EscoPhotog / http://www.flickr.com/photos/87250300@N08/8025104769

우리나라는 2015년부터 탄소배출권 거래 제도를 시행하는가 하면 온실가스 감축의무국으로 또한 지정될 가능성이 높습니다. 이런 시기인 만큼 청정에너지자원인 가스 하이드레이트의 관심이 필요한 때입니다. 에너지수입국에서 에너지생산국의 변모도 기대해봅니다.


참고 :
 http://www.gashydrate.or.kr/ (가스하이드레이트 개발사업단)

블로그 이미지

굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기


                  새로운 전기기반 사회를 가져오는 기술, 스마트그리드


지난 9월 15일, 평소에 비해 급격히 늘어난 전기수요 때문에 전국에서 정전이 일어나는 사건이 벌어졌다. 이런 사고가 일어난 원인은 무엇일까? 예년과 달리 갑자기 더워진 날씨에 전기 수요가 급증했고, 잘못된 전기수요 예측으로 비상시 추가로 전기 생산을 더 해낼 수 있는 방법이 없었기 때문이다. 날이 갈수록 전기 수요는 늘어만 가는데 이 수요를 맞추기 위해 발전소만 계속 짓는다면 발전단가의 상승, 환경오염 등의 단점을 피할 수 없다. 그렇다면 새로 발전소만 계속 짓는 것이 아니라 지금 있는 전기를 더 똑똑하게 사용해서 환경을 더욱 보존할 방법은 없을까?

현재의 전기사용방식, 무엇이 문제일까?
전기는 너무나 편리하지만 보기와 다르게 매우 까다로운 녀석이다. 만드는 것도 쉽지 않을 뿐더러 보관도 잘 안되고, 쓰지 못하면 그 시간 그대로 버려진다. 우리의 전기사용패턴은 어떤가? 주업무시간인 낮에 거의 대부분의 전기수요가 몰리고 다른 시간대에는 급격히 전기사용이 줄어든다. 이에 따라 발전단가가 낮은 발전소를 계속 가동하다 수요가 많을 때에는 단가가 비싼 대신 빠르게 전기공급을 할 수 있는 발전소를 함께 가동하는 식이다. 

다음은 전력거래소에서 제공한 2011년 8월31일 전력사용분포 그래프다.
새벽과 저녁7시 이후에는 전력사용량이 낮고, 오후 3시경 가장 높은 사용하는 것을 확인할 수 있다.
(단위 :만㎾, %, ℃)

8월 31일 전력사용분포그래프
 

현재의 전기사용방식은 사용자가 일방적으로 전기를 쓰고 공급자는 일방적으로 전기를 공급하는 단방향 시스템이기 때문에 사용자의 필요에 따른 전기 생산·판매가 어려우며, 이번과 같은 제한송전 시 사용자가 대처할 수 있는 방법이 거의 없다.

저렴할 때 쓰고 비쌀 때는 아껴 쓰자. 똑똑한 전기사용의 발판 스마트그리드
자, 다시 처음의 질문으로 가보자. 어떻게 하면 사람들이 많이 몰리는 시간의 전기사용을 줄이고 더욱 효율적으로 전기를 사용할 수 있을까? 스마트 그리드의 발상은 바로 여기서 시작됐다. 스마트 그리드는 기존의 전력망(Grid)에 ICT 기술(Smart)을 접목하여, 공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 전력 정보를 교환함으로써 에너지효율을 최적화하는 차세대 전력망을 말한다. 
시간대에 따라 바뀌는 전력단가에 따라 전기요금도 유동적으로 변하게 되기 때문에 사용자가 그 시간대의 사용량을 줄이고 저렴할 때 전기를 더 쓸 수 있는 기본 토대가 마련된다. 이런 변화를 통해 소비자는 조금 더 가벼워진 전기요금 고지서를, 전체적으로는 더욱 안정적인 전기공급이 가능해진다.

그림은 스마트그리드의 개념을 개략적으로 그림으로 나타낸 모습이다. 쌍방향 통신과 전기사용량분석, 그 정보에 기반해 빠르게 전기의 송·배전을 결정하고 집까지 안정화된 전기를 보내는 것스마트그리드의 목표이다.

스마트그리드 개념

또한 스마트그리드를 통해 신재생에너지 사용이 활성화된다. 기상조건 등 자연환경에 따라 신재생에너지의 전기생산량이 유동적이기 때문에 주된 안정적인 전기공급원으로 쓰기 힘들었지만, 스마트그리드의 실시간 정보교환을 통해 멀리 발전소에서 전기를 끌어오지 않아도 우리 주변에서 더욱 효율적으로 전기를 사용할 수 있게 된다. 전기가격이 비싼(수요가 많은) 시간에 판매를 해서 지금보다 더 높은 전기수익을 얻을 수도 있고 이번 가을처럼 전기사용량이 급격히 늘어나서 정전이 일어날 수 있을 상황에서도 충분히 단전되지 않은 채 위급한 곳의 전기공급을 계속 할 수 있다. 
그 외에도 전기자동차의 이용, 저렴할 때(수요가 적을 때) 전기를 저장했다가 비상사태나 급격한 전기수요가 생길 때 전기를 꺼낼 수 있는 ESS(energy storage system)시스템의 효율적인 사용을 위해 스마트그리드는 필수적인 요소다. 

스마트 그리드, 지금 대한민국은?
대한민국은 이런 새로운 스마트 전기시대를 선도하고 있다. 지난 4월 지능형 전력망의 구축 및 이용촉진에 관한 법률이 국회를 통과하여 법적인 지도와 제도마련을 하고 있다. 지식경제부는 그린에너지 전략 로드맵을 통해 2030년까지 약 27조원을 투입, 전국에 스마트그리드를 구축하여 저탄소 녹색성장의 기초를 다진다는 계획이다.

제주도 스마트그리드 실증단지

위의 그림과 같이 정부는 제주도 동북쪽 구좌읍 일대에 스마트그리드 실증단지를 구축하여 신재생에너지 보급, 전기자동차 운영 및 실제 사용자의 스마트그리드를 통한 생활변화 등을 실제로 실험해보고 있는 중이다. 

첨단기술이 만드는 더 편리한 전기사용, 그로 인한 똑똑한 전기사용과 자연보호, 청정에너지의 이용. 스마트그리드가 가져올 새로운 우리 미래는 바로 옆에 있다. 

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 김 일 환


참조 및 이미지 출처
- 스마트 그리드 사업단              (http://www.smartgrid.or.kr/)
- 지식경제부                            (http://www.mke.go.kr/)
- 제주도 스마트그리드 실증단지  (http://smartgrid.jeju.go.kr/)
- 전력거래소                            (http://www.kpx.or.kr/)
- GAO 2011 January report        (http://www.gao.gov/products/GAO-11-117) p.3 Figure 1: Functions of the Electricity Industry 
블로그 이미지

굿가이(Goodguy)

우리 생활 속 과학이야기