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 세계의 에너지 수요가 급증하면서, 탄소를 배출하지 않는 태양 에너지를 얼머나 충분히 크게 늘릴 수 있으며 전세계 에너지에 차지하는 비중이 얼마나 될 지에 대한 관심이 증가하고 있다. MIT 물리학 교수이며 에너지 물리학을 강의하고 있는 와싱톤 테일러 교수를 비롯한 MIT 연구진은 이런 태양 에너지의 가능성과 문제점등에 대한 전반적인 현황에 대해서 연구하였다. 태양 에너지는 무궁무진하기 때문에, 만약에 저렴하게 수확하고 저장할 수 있다면 인류의 모든 에너지 수요를 감당할 수 있을 것이다.
그러나 특별한 경우를 제외하고는 태양 에너지를 완전히 이용하기에 너무 비싸다. 만약 새로운 기술의 개발로 이런 문제를 해결할 수 있다면 태양에너지는 인류에게 안정적인 에너지를 공급해 줄 수 있는 에너지원이 될 수 있을 것이다. MIT 대학에서 에너지 물리학을 강의하고 있는 와싱톤 테일러(Washington Taylor) 물리학과 교수는 태양에너지의 잠재력은 무한다다고 말하였다. 총 173,000 테라와트의 태양 에너지가 지구에 끊임없이 공급되고 있다.
그것은 전세계에서 사용되는 전체 에너지보다 10,000배나 더 큰 것이다. 그리고 태양 에너지는 완전히 재생가능하다. 테일러 교수는 물론 태양 에너지도 언제간 소멸하겠지만 그것은 수십억년 후의 일이라고 말하였다. 태양 에너지는 적어도 이론적으로 인류의 모든 에너지 요구를 만족시킬 수 있지만, 우리의 에너지를 태양으로부터 얻기 위해서는 많은 엔지니어링 도전이 존재한다고 말하였다.
지구 사막의 10%를 커버하는 태양열 시스템은 총 2%의 효율이라고 가정할 때 15 테라와트의 에너지를 생산할 수 있다. 이것은 향후 50년동안 전세계 에너지 필요량의 증가와 대략 비슷하다. 이와 같이 광범위한 설치를 위한 제안이 제기되었다. 예를 들면, 유럽 대륙의 전력 수요를 공급하기 위해 사하라 사막에 태양열 단지를 설치하고 지중해 아래로 케이블을 설치하여 유럽에 연결하는 방안이 제안되기도 하였다.
모든 종류의 태양열 설치는 규격화된 부품을 조립하여 만들 수 있는 모듈식이기 때문에, 작은 어레이로 얻은 경험은 훨씬 더 큰 응용에 직접적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다. MIT 물리학과 교수인 로버트 자페(Robert Jaffe) 박사는 거대 스케일 태양열 시스템을 선호하며, 그것이 매우 큰 스케일로 전개시킬 수 있는 유일한 재생 에너지 기술일지 모른다고 말하였다. MIT 교수인 다니엘 노세라(Daniel Nocera)는 거대 스케일에서 태양 에너지를 수확하는 방법 연구하고 있으며, 모든 가정이 자체적인 태양 에너지 발전 시스템을 갖출 때가 올 것으로 예상하고 있다.
예를 들면, 지붕위에 설치된 광전지 패널로 지하실의 전해통(electrolyzer)을 가동시켜 전력을 생산하는 연료전지에 공급하기 위한 수소를 생산할 수 있는 것과 같은 것이다. 필요한 모든 요소는 이미 존재한다고 그는 말하였다. 그는 이전에 물로부터 수소를 생성시킬 수 있는 저렴한 시스템을 발명하기도 하였다. 원칙적으로, 우리는 태양으로부터 전기를 생산하고 저장하며, 저장된 에너지를 필요할 때 전기로 전환할 수 있는 다수의 방법을 알고 있다.
예를 들면, 태양으로부터 전기를 생산하는 방법은 직접적인 광전지 또는 터빈을 구동하는 데 사용되는 열에너지 등이 있다. 그리고 필요할 때 저장된 에너지를 전기 에너지로 전환하는 방법에는, 예를 들면 수소에 의해서 구동되는 연료전지를 이용하는 것이다. 태양 전력의 일부 종류는 이미 적어도 일부 세팅에서 가격 경쟁력이 있다. MIT 교수인 어니스트 모니즈(Ernest Moniz)는 태양 에너지 가격이 급격히 낮아지고 있다고 말하였다. 그렇지만 태양 패널의 가격은 떨어지고 있지만, 설치 비용과 관련된 가격은 거의 낮아지지 않고 있다고 그는 말하였다. 그는 태양 에너지의 한가지 중요한 장점은 설치하기 위해서 핵발전소처럼 수십억 달러의 플랜트가 필요하지 않고 작은 비용으로 설치가 가능하다는 것이라고 말하였다.
태양 에너지는 역동적인 연구 주제이며 많은 과학자들이 다른 접근 방법으로 흥미를 갖고 연구하고 있다. 예를 들면, MIT의 한 연구진은 태양 에너지 디바이스 제작을 위해서 생물학적 시스템을 이용하는 방안을 연구중이다. 같은 대학의 또 다른 연구진은 식물의 광합성을 직접적으로 이용할 수 있는 가능성을 찾고 있다. 다른 과학자들은 태양열을 이용하여 터빈을 구동하는 방법 또는 집안의 보온과 물의 가열에 직접적으로 이용할 수 있는 방법도 연구중이다. 이런 연구가 성공하면 태양 에너지는 전세계에 에너지를 공급하는데 매우 유용한 에너지원이 될 수 있을 것이다. 다른 연구자들은 쉽게 구할 수 있는 물질로 효과적인 태양 전력 시스템을 제작할 수 있는 방법을 연구중이다. 예를 들면, 카드뮴 텔루라이드(cadmium telluride)는 태양전지로 매우 유망한 물질이다. 그러나 텔루라이드는 금보다 희귀한 물질이다. 따라서 태양전지를 다른 보통 물질로 제작할 수 있는 방법을 찾아야 할 것이다.
첨부그림: 태양 에너지를 수확하기 위한 태양열 발전 설비 전경.
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