박남규 성균관대 화학공학부 교수지난 100년간의 지구 온도를 조사하면 지난 1970년 이후 온도가 가파르게 증가하는 것을 알 수 있다. 지구온난화의 시작을 알리는 경고다. 태양에너지가 지구에 도달할 때 지구의 온도는 섭씨 영하 18도로 사람이 살기 어려운 환경이지만 지구 복사열이 대기층에 일부 흡수돼 되돌아오는 온실효과로 영상 15도의 쾌적한 환경이 만들어진다. 수증기·이산화탄소와 같은 온실가스로 이뤄져 있는 대기층에서 온실가스 농도가 높아지면 온실효과로 지구 온도가 상승하는 것이다.
산업혁명이 인류의 문명에 지대한 공헌을 한 것은 사실이지만 석유와 석탄 등 화석연료를 남용하며 과도한 지구온난화를 불러왔다. 지구온난화는 기후변화를 야기해 생태계가 위협받게 된다.
그렇다면 기후변화는 생태계 파괴 등 환경에만 악영향을 미칠까.
지속적인 경제성장에도 걸림돌이 된다는 주장이 나오고 있다. 2018년 노벨경제학상은 장기적으로 지속 가능한 경제성장에 대해 연구한 윌리엄 노드하우스 예일대 교수와 폴 로머 뉴욕대 교수에게 돌아갔다. 노드하우스 교수는 1970년부터 지구온난화에 따른 기후변화 현상과 그 심각성에 주목해왔으며 기후변화는 경제성장에 부정적으로 작용하기 때문에 기후변화를 완화할 탄소세 부과와 같은 경제적 수단을 찾을 필요가 있다고 했다. 반면 내생적 성장이론으로 유명한 로머 교수는 기술과 지식의 혁신이 지속적인 경제성장을 이끈다고 주장했다. 둘의 이론을 통합해 분석하면 온실가스를 감축할 수 있는 기술적 혁신으로 기후변화를 완화한다면 지속적 경제성장이 가능할 수 있다고 재해석될 수 있지 않을까.
오는 2030년이 되면 인류가 필요한 에너지는 1만6,500메가toe(1toe=1만1,630㎾h)에 이를 것이라고 한다. 현재보다 약 40% 증가한 양이다. 이 중 화석연료가 1만3,500메가toe로 80% 이상 차지할 것으로 보인다. 여전히 많은 양의 온실가스 배출이 예상되는 것이다. 물론 온실가스 배출이 없는 태양광발전과 같은 신재생에너지 비율도 증가하지만 800메가toe로 5%에도 미치지 못할 것으로 전망된다.
따라서 화석연료를 사용하는 화력발전소를 신재생에너지 등 다른 발전으로 대체하면 온실가스 감축에 크게 기여할 것으로 예상된다. 그동안 태양광발전이 많이 보급되지 않은 것은 높은 발전단가 때문이었다. 하지만 태양전지 기술의 진보와 보급의 확대로 태양광 발전단가는 그리드패리티(신재생에너지 발전단가가 화석연료 발전단가와 같아지는 시점)에 도달하고 있다. 태양전지의 발전단가가 더 낮아지면 태양광발전시설 보급이 더욱 확대돼 온실가스 감축에 크게 기여할 것으로 보인다. 에너지 변환 효율을 높이면 발전단가를 더 낮출 수 있어 태양전지의 혁신적 기술이 필요하다.
1954년 미국 벨연구소가 실리콘 반도체를 이용해 개발한 4% 효율의 태양전지가 지금 사용하고 있는 태양전지의 모체이며 1958년 9% 효율의 태양전지가 인공위성에 처음으로 탑재돼 사용됐다. 미국 재생에너지연구소(NREL)에 따르면 실리콘 태양전지 효율이 26% 수준으로 기술이 발전됐다. 태양전지를 만드는 데 여전히 비싼 재료와 공정이 요구되지만 최근에는 실리콘 태양전지의 절반 이하 가격으로 효율이 23% 이상 가능한 신기술이 등장해 주목받고 있다. 바로 실리콘보다 햇빛을 잘 흡수하는 페로브스카이트 차세대 태양전지이다. 제조공정도 간단해 많은 과학기술자가 앞다퉈 기술개발에 참여하고 관련 산업도 커지고 있다. 페로브스카이트 태양전지와 같은 기술혁신이 기후변화 문제를 해결하고 지속적 경제성장도 이끌 수 있기를 기대해본다.
