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201707.11

태양에너지! 모두 똑같은 에너지가 아니다?

이하나   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/702

 지구온난화 등 환경문제가 더욱 심각해지며 온실가스를 배출하지 않는 친환경에너지에 대한 관심이 그 어느 때보다 뜨겁습니다. 그 중에서도 태양은 무한히 내뿜는 열과 빛 덕분에 가장 친근하면서도 주목도가 높은 친환경에너지원으로 자리잡고 있습니다.

 

 모두 같은 태양을 이용하지만 태양광, 태양열, 핵융합 등 원리와 범위에 따라 서로 다른 이름 때문에 어떤 차이가 있는지 의문이 들기도 하는데요.

 

 이번 시간에는 태양에너지의 종류와 차이점에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 

 

 

 


지구를 밝히는 거대한 빛, 태양광

 

 태양광은 이름처럼 태양의 빛을 이용하는 방식입니다. 태양전지라고 불리는 광전 변환기를 사용하여 태양 빛을 직접 전기 에너지로 변환시켜 에너지를 생산합니다. 태양전지의 효율이 좋을수록 에너지를 많이 생산할 수 있기 때문에 태양전지의 에너지 효율을 높이기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다.

 

 처음 태양전지가 개발되어 사용되기 시작한 1950년대에는 태양전지의 에너지 효율이 약 5%정도에 불과하여, 비교적 전력 사용량이 작은 전자계산기나 탁상용시계 같은 전자기기에 사용되기 시작하였습니다.

 

 하지만 연구를 통해 점차 에너지 효율이 개선되며 인공위성처럼 외부로부터 에너지를 받을 수 없는 첨단 장비부터 일반 가정집까지 광범위하게 사용되고 있습니다.

 

 태양광 방식의 가장 큰 장점은 환경오염이 없고, 무한한 에너지라는 점입니다. 반면에 초기 설치비용이 많이 들고 기후 및 환경의 영향을 많이 받는 다는 점이 태양광 발전의 걸림돌이 되고 있습니다.

 

 앞으로 태양광 발전 비율을 더욱 높이기 위해서는 태양광을 전기로 전환시켜주는 태양전지의 효율은 높아지면서 동시에 가격은 낮추어야 하는 중요한 과제가 남아 있습니다.

 

 


지구를 데우는 뜨거운 열, 태양열

 

 태양광이 태양의 빛을 이용하는 것이었다면, 태양열은 태양에서 뿜어져 나오는 열을 이용하는 에너지 발전 방식입니다. 플라스틱이나 투명 유리판으로 이루어진 ‘집열판’에 태양빛을 흡수시켜 그 열을 이용하는 기술로, 주로 건물의 난방 및 온수 이용 등에 활용하고 있습니다. 효율이 좋지 않아 사용 비율이 높진 않지만, 태양열을 이용해 가열한 물로 터빈을 돌려 직접 전기를 생산하기도 합니다. 

 

 태양열 방식은 태양광처럼 환경오염이 없고 무한하다는 장점이 있지만, 마찬가지로 날씨의 영향을 많이 받아 안정적인 에너지 공급이 어렵다는 동일한 단점을 가지고 있습니다. 또한, 가장 태양열의 효율이 좋은 여름에는 정작 난방 및 온수 사용량이 적어 에너지를 효율적으로 사용하기 힘들다는 문제점도 있습니다.

 

 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에 해외에서 뿐 아니라 국내에서도 태양열을 이용한 냉방시스템 개발 연구가 이루어져 가시적인 성과를 보여주고 있어, 태양열에너지를 사계절 내내 사용하는 날도 머지 않은 것으로 기대됩니다.

 


태양에너지의 근원, 핵융합에너지

 

 핵융합에너지. 이름에 ‘태양’이라는 단어는 들어가지 않지만 사실 핵융합에너지는 모든 태양에너지의 근원입니다. 지금까지 살펴본 태양광·태양열이 태양에서 뿜어 나오는 빛과 열에너지를 활용하는 것이라면, 핵융합에너지는 태양이 빛과 열을 내뿜을 수 있게 만드는 근본 원리입니다.

 

 태양처럼 스스로 빛을 내는 항성에서는 가벼운 원자핵 두 개가 서로 융합하여 조금 더 무거운 원자핵이 되는 핵융합 반응이 끊임없이 일어나고 있으며, 이때 줄어드는 질량만큼 에너지가 발생하는데 이것이 곧 핵융합에너지입니다. 즉 지구에 도달하는 태양광이나 태양열에너지 역시 핵융합에너지의 일종인 것입니다.

 

 자원고갈, 환경오염 등 에너지 관련 문제가 심각해지면서, 인류는 태양으로부터 오는 에너지인 태양광이나 태양열을 사용하는 것 뿐 아니라, 태양이 에너지를 만드는 근본 원리인 핵융합 반응을 만들어 에너지를 얻고자 하는 핵융합에너지 연구가 본격적으로 시작되었습니다.

 

 지구에서는 ‘토카막’이라고 하는 도넛모양의 ‘인공태양’ 장치를 통해 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 만들며, 연료는 중수소와 삼중수소를 이용합니다. 중수소는 바닷물에서, 삼중수소는 지표면에 풍부한 리튬을 통해 얻을 수 있어 연료 고갈에 대한 걱정이 없습니다.

 

 또한, 핵융합연료 1g은 석유 8톤과 같은 에너지를 만들 수 있을 정도로 효율이 좋아 대용량의 고효율 에너지를 안정적으로 공급할 수 있다는 것도 큰 장점 중 하나입니다. 물론 태양열이나 태양광처럼 지역이나 기후에 영향을 받지 않고 안정적으로 에너지를 만들 수 있다는 장점도 있습니다.

 

 이미 일부 상용화가 이루어진 태양열·태양광에너지와 달리 아직 핵융합반응을 통한 전기생산은 상용화가 되진 않았지만, 전 세계 핵융합 연구자들은 2040년대 핵융합에너지의 상용화를 목표로 활발한 연구를 수행하고 있습니다.

 

 우리나라는 한국의 인공태양 장치인 초전도핵융합연구장치 KSTAR를 중심으로 전 세계 핵융합 연구를 선도하고 있으며, 핵융합에너지 상용화를 통해 궁극적인 에너지 자립국으로 자리매김 할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

 

 태양의 핵융합에너지를 이용하는 태양열과 태양광, 그리고 직접 태양에너지를 만드는 핵융합. 서로 다른 특성을 지닌 이 세가지 친환경에너지가 우리 인류의 에너지 문제를 개선하고, 더 나은 미래를 만들어 가는데 보탬이 될 수 있도록 앞으로도 많은 관심 부탁드립니다.

 

 

 

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