장석주 (퀸즈칼리지 화학과 교수·재미과학기술자 협회)

석유자원이 없어진다는 것은 상상할 수 없을 것이다. 하지만 제한되고 한정되어 있음은 분명하고, 정확히 언제일지는 모르지만 다가오는 것은 피할 수 없다. 위기설과 암울한 예측들이 석유탐사 기술의 끊임없는 발전 덕분에 여러 번 빗나갔지만 2050년을 기점으로 해서 석유생산이 정점에 달하고 그 이후로 자원문제의 심각성이 더해질 것이라는데 많은 전문가들이 동의한다. 석유가 없어져도 100여년 이상을 견딜 수 있는 석탄 매장량이 있다고 하지만 그와 관련된 심각한 공해문제가 해결되지 않으면 석유를 대체하기는 불가능하다.

앞으로 남은 40년 동안에 새로운 대체 에너지를 확보할 수 있을까? 충분한 과학기술 투자가 있으면 가능할 듯하다. 하지만 문제의 핵심은 아직 어느 정도가 충분한지 모른다는데 있다. 또한 대체에너지 연구는 특정 과학이나 기술 분야를 초월하고 단기적인 경제 가치를 보장하지 않는다. 공동연구와 융합적인 사고가 절실하지만 이를 위한 정책적인 지원이나 기업적인 투자는 아직 미미하다. 대체 에너지로 무엇이 해결책인지는 아직 전문가들 사이에서도 의견이 분분하다. 수력이나 핵분열을 통한 전기에너지 생산은 이미 그 한계에 왔다고 볼 수 있다. 일반적으로 친환경적이라고 알려져 있는 수력 발전도 장기적으로는 더 큰 환경문제를 초래할 수 있기에 개발에 많은 제한이 있다. 풍력 발전 또한 소음과 환경 문제에 대한 인식이 커지면서 최근에는 관심이 줄어들고 있다.

핵발전소의 문제는 후쿠시마 재해를 통해서 알 수 있듯이 방사능 오염을 돌이킬 수 없다는데 있다. 기술적인 보완을 통해서 이 문제가 해결된다고 하더라도 우라늄 자원의 희소성과 핵폐기물 처리의 문제를 고려할 때 주요한 대체 에너지로 쓰인다는 것은 거의 불가능하다. 핵융합 발전은 이러한 문제들을 해결할 수 있겠지만 현재의 추세로 나간다면 그 실현에 최소한 20년은 필요해 보인다. 원리적으로 봤을 때 태양 에너지는 무한한 가능성을 가지고 있다. 단순한 산술에 의해서도 일일 일조량은 일년 동안에 전 인류가 소모하는 에너지보다 많다. 과학기술적인 문제들도 많이 해결된 상태이다. 하지만 대량화에 따르는 어려움과 저 효율성의 문제가 걸려있다. 현재 상용화되는 반도체를 이용한 태양판(Solar Panel)은 효율이 만족스럽지만 그 가격 면에서 수지타산이 맞지 않는다. 일본, 독일, 그리고 최근 중국에서 태양판의 생산이 활발한 것은 그만큼 정부 보조가 크기 때문이다. 따라서 경제성과 대규모 생산을 위해서는 저가의 신소재에 근거한 새로운 방법이 필요하다.

최근 저가의 태양판으로 과학적 관심을 끄는 물질들이 반도체적인 고분자 유기물질들이다. 흔히 플라스틱 태양판이라고 일컬어지고 있는데 10년 전까지만 해도 효율이 1% 미만이라서 가능성이 희박하다고 여겨졌다. 하지만 2000년도 중반부터 눈부신 발전을 거듭해 10%에 가까운 효율성이 학계에는 보고되고 있다. 상용화는 아직 극히 초기단계이고 대량화와 영구성에 관련된 기술적인 문제들이 해결돼야 하지만 지금의 추세로 나간다면 향후 10년 후에는 경쟁력 있는 제품들이 나올 듯하다. 경제적이고 대량화된 태양판 혹은 태양전지의 생산이 가능하더라도 대체에너지 문제가 해결되는 것은 아니다. 전기에너지는 가장 저장하기 힘들고 전송 과정 중에 낭비가 심한 형태의 에너지이기 때문이다. 대형 건전지(Battery)나 다른 화학적인 형태로의 저장이 필요하다. 혹은 생물학적인 방법을 이용해서 에탄올과 같은 연료를 직접 생산하는 방법이 있을 것이다.

최근 몇 년 동안 미국에서는 옥수수를 이용한 소위 Biomass 사업이 급속도로 성장했다. 하지만 장기적인 차원에서 토양의 폐해 그리고 비효율성 문제 때문에 다른 방향으로의 추구가 필요한 상황이다. 화학과 생물학적인 방법으로 이런 문제들을 극복하고 태양에너지의 연료화를 광합성보다 효율적으로 하고자 하는 연구는 광범위하고 다방면으로 진행되고 있다. 하지만 뚜렷한 해결책은 아직도 요원하다. 인류는 20세기 이후에 혁명적인 과학과 기술의 발전을 이루어냈다. 하지만 이제까지 모든 발전들이 과연 석유 자원이 없었다면 가능하였을까? 아마도 힘들었을 것이다. 제한 없이 쓸 수 있는 에너지가 원하는 곳에서 원하는 시기에 공급될 수 있었기에 생산적인 활동에 집중할 수 있었을 것이다. 하지만 쉽게 얻을 수 있었기에 혁명적인 노력이 이루어지지 않았나하는 생각이 든다. 이제는 석유시대를 과거의 것으로 만들 수 있는 참된 에너지 혁명이 절실한 시기인 듯하다.