미래 재생에너지의 핵심은 태양열 에너지이다. 태양에너지는 세계 각국에 존재한다. 더구나 요즈음 온난화 현상으로 더욱 폭염이 기승을 부리는 기후 변화에 능동적으로 대응하는 길이기도 하다.
우리나라 에너지 생산과 소비 문제가 경제 문제로 불거지는 것을 보면 우리가 에너지를 이용하는 데에 빈틈이 많았나 싶다.
사실 인류는 지구에 등장한 이래로 근본 에너지원인 태양을 제대로 이용해 본 적이 없으니 에너지 문제는 애초부터 있었을지 모른다.
태양은 인간에게 필요한 양보다 훨씬 많은 에너지를 지구로 보내준다. 태양처럼 세계 어디서나 쉽게 접할 수 있고 가능성이 무한한 에너지원은 찾아보기 어렵다. 그런데도 인류는 여전히 태양을 충분히 활용하지 못하고 있다.
태양이 지구에 쏟아붓는 에너지 양은 인류가 쓰는 전력량의 약 6,000 배에 달하는데도 이를 활용하지 못하는 이유가 기술력 부족일까? 아니다. 지금 기술만으로도 태양에서 인류에게 필요한 전력의 수십 배를 생산할 수 있다는 것이 전문가들의 분석이다. 태양광 발전은 태양광을 직류로 변환하고 여러 개의 태양 전지가 부착된 태양 전지판을 사용하여 전기를 생산하는 방식이다. 세계 각국에서 관심을 갖고 발전하는 추세라고 한다. 그것은 아인슈타인이 노벨상을 수상한 광전 효과를 기반으로 한다. 광전 효과에 따르면 빛에는 에너지가 있는데, 광자가 특정 물질에 부딪히면 전기로 변환된다. 따라서 태양광 발전에는 태양광에 반응하는 배터리 모듈, 즉 태양전지가 사용된다. 따라서 저장된 물을 태양열로 끓여 터빈을 돌리거나 열에너지를 직접 사용하는 태양광 발전과 달리 태양광 효과라는 미세한 물리적 변화를 통해 전기를 생산한다. 이것은 전기를 생성하는 다른 방법과 비슷하지만 효율적인 방법은 제조 비용이 많이 든다. 상용 셀이나 모듈은 약 15~22%를 차지하며, 저가의 양산 제품은 이보다 낮다. 가정용 및 주거용으로 직접 사용하는 경우는 미미하나, 도심에서 멀리 생산하여 송전할 경우 저장 또는 송전 효율이 5~10% 추가 감소될 수 있다. 하지만 태양광 에너지 자체는 완전 무료이기 때문에 지가나 면적 문제가 아닌 이상 어느 정도 무시하게 된다.
모든 재생 에너지원으로 생산 가능한 전 세계 전력량은 약 98만 테라 와트시(Twh)로 추정 한다.(1 테라 와트시=100만 메가와트시). 이 가운데 태양 에너지원은 약 75만 Twh로 전체의 77% 정도를 차지한다.
2018년 기준 인류가 생산, 소비한 전력량이 2만 2,315 Twh이니 태양 에너지원만으로도 우리가 소비하는 에너지의 약 34 배에 이르는 양을 생산할 수 있다. 이런데도 환경 위기의 근원인 화석 연료 소비에 의존한 에너지 체계를 벗어나지 못하는 이유는 친환경 수소 자동차가 휘발유나 경유 자동차를 대체하지 못하는 이유와 같다. 즉 태양 에너지 중심으로 체제를 전환하는 데에 드는 시설 비용이 화석 연료를 계속 쓰는 것보다 비싸다는 경제 논리가 앞서기 때문이다. 흐린 날이 많아 우리나라보다 지표면에 도달하는 태양 복사 에너지 수준이 한 등급 아래인 독일은 태양 에너지 생산 전력이 우리의 수십 배에 이르며 세계 최대 태양 에너지 생산국이 되었다. 에너지 이슈를 경제 논리로 따지지 않고 환경과 사회 가치를 고려한 합리적 논리로 풀었기 때문이다. 우리도 이와 같은 여러 문제들을 해결하기 위한 노력으로 삼성전자가 가전과 스마트폰은 2030년, 반도체는 2050년 100% 재생에너지 전력을 사용한다는 ‘RE100 이니셔티브’를 발표한 바 있다. 특히 태양광 발전은 신재생에너지 중에서도 주된 발전 원을 보완하는 틈새 에너지로 가치가 높다. 그러나 한국은 인구 밀집도가 높고 국토 면적의 70% 이상이 산지라서 대규모 태양전지 설치 공간을 확보하기 어렵다. 그래서 도심 빌딩 숲 한가운데서 전력을 생산하는 건물 일체형 태양광발전(Building-integrated photovoltaics, BIPV)이 주목받고 있다.
여기에서 가장 중요한 기술이 빌딩의 창문을 투명하게 유지하면서도 태양광발전 효율이 높도록 개선하는 것이다. 건물에 직접 활용 가능한 대표적 태양전지 기술인 창호 형 태양전지 기술은 빛을 부분적으로만 투과시켜 투명성을 확보할 수 있는 비정질 박막(薄膜) 실리콘, 유기 박막, 염료감응 소재를 중심으로 연구·개발이 진행 중이다. 반면 한국 과학기술연구원(KIST) 차세대태양전지연구센터 정증현 센터장, 유형근 박사 연구팀은 12일 뉴욕주립대 연구팀과의 공동 연구를 통해 발전 성능과 장기 안정성이 뛰어난 구리(Cu), 인듐(In) 및 갈륨(Ga), 셀레늄(Se) 화합물 박막 소재의 투광형 태양전지 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 연구 결과는 에너지 분야의 국제학술지 ‘태양광발전의 진보: 연구와 응용’(Progress in photovoltaics: Research and Applications) 최신호 표지논문으로 선정됐다. 에너지 자원 부국인 미국이나 석유 생산국에서는 관심이 덜 하지만, 한국 같이 에너지 부존자원이 없고, 기술만이 있는 우리로서는 개발해야 할 최상의 에너지원이다. 집열판 등 부품들이 지구를 오염시키지 않는 친환경적인 소재로 개발된다면 문재인 정부의 뒤를 이어서 윤석열 정부에서도 태양광 발전은 계속 추진하여야 할 것이다. 지구를 살리는 길이기 때문이다.