온실가스 감축을 위한 에너지 정책

고범규 전 정의당 김포시당 사무국장. 현재 프리랜서 과학강사. 인천대 총학생회장.

온실가스, 왜 문제인가?

우리가 살고 있는 지구의 위성인 달의 평균 표면 온도는 영하 54℃ 정도로 매우 낮다. 여기에 그치지 않고 낮에는 117℃ 이상의 극한 고온, 밤에는 영하 173℃에 이르는 극저온 현상이 나타난다. 태양으로부터의 평균 거리가 지구 와 거의 같음에도 불구하고 달의 표면 온도가 극고온~극저온을 오가는 이유 는 물과 대기가 없기 때문이다.

반면, 지구 표면에는 물과 대기가 있기 때문에 낮과 밤의 변화에 따라 표면 온도가 심하게 변화하지 않는다. 또한 태양복사에너지와 지구복사에너지의 일부를 흡수한 뒤에 다시 방출하는 온실가스가 일정량 존재하기 때문에 지구 전체의 평균온도는 15℃ 부근을 유지하고 있다. 이처럼 지구 대기와 대기 속에 존재하는 온실가스는 생물이 살아가기에 적당한 수준의 온도를 유지하기 위한 필수 요소이기도 하다. 이러한 온실가스는 자연 상태에서는 대기권과 해 수, 지표면, 생물권을 끊임없이 순환하며 일정한 균형을 이뤄왔다.

그러나 산업혁명 이후 석탄과 석유, 천연가스 등 화석연료를 캐내어 사용하 기 시작하면서 탄소수지의 균형이 깨지고, 대기 중 온실가스 농도가 증가하면 서 지구 전체의 평균기온도 상승하고 있다. IPCC(기후변화에 관한 정부 간 협의체)에 따르면 이번 세기 말 지구 평균 기온은 산업혁명 이전 대비 3.2℃ 가량 오를 전망으로, 현재까지는 약 0.9℃ 상승한 상태이다. 단순한 숫자상으 로는 매우 적은 차이처럼 보이지만, IPCC는 단 2도의 지구 평균기온 상승으 로 현존하는 동식물 중 8~18%가량이 멸종하고, 해수면 상승과 극한 고온-극 한 저온 현상 등 기상이변으로 인해 인간과 생태계가 중대한 위기에 접어들고 있음에 대해 경고하고 있다.1)

이뿐 아니라, 지질시대의 대량 멸절 사태에서도 지구 평균온도의 단기간 급격한 상승이 생물종의 대멸종과 밀접한 관계가 있었다는 과학적 증거들이 존재한다. 특히 생물분류 계통에서 종보다 위 단계인 속의 단계에서 83%, 과 의 단계에서 57%에 달하는 생물이 멸종하여 지구 역사상 최악의 대멸종사태 로 일컬어지는 페름기말 대멸종의 원인으로 지구온난화가 지목되기도 한다.2) 현재의 온실가스 배출 추세와 지구 평균 표면 온도의 상승 속도를 감안한다면 2300년 무렵에는 해수의 온도 상승 폭이 페름기말의 35~50% 수준에 이를 전망이다.3) 이는 인류를 포함하는 대부분의 생물종이 수백 년 이내에 매우 높 은 멸종 가능성에 노출된 위급한 사태로 가능한 수단을 총동원하여 온실가스 의 배출량을 적극적으로 줄여야 함을 의미한다.

온실가스 감축을 위해 미래의 에너지가 갖춰야 할 조건

그렇다면 온실가스 감축을 위해 미래의 에너지는 어떠한 조건을 갖춰야 할 까? 당연한 이야기지만, 각 에너지원 활용을 위한 자원 채굴-운송-가공-발전 소 건설-전력 생산-폐기물처리에 이르는 전 과정을 통틀어 온실가스 배출량 이 적은 에너지일수록 좋다. 또한 현재를 기준으로 온실가스 배출량이 많다 고 하더라도 기술 개발을 통해 온실가스의 배출량을 크게 줄일 여지가 있다 면, 경제 및 사회적 요인 등을 복합적으로 고려하여 미래에도 제한적인 사용 을 고려해볼 수 있다. 현재 인류가 사용 중인 에너지원들의 단위 전력 생산량 당 발생하는 온실가스의 양은 아래의 그래프와 같다.

개별 에너지원들이 배출하는 온실가스의 양을 단순 비교한다면 태양광, 풍 력, 원자력, 수력발전 등의 저탄소 에너지원들을 적극적으로 사용하고, 석탄 화력발전과 LNG 화력발전의 사용량을 줄이는 것이 바람직함은 자명하다. 그 러나 이것 이외에도 미래의 에너지원이 갖춰야 할 요소를 몇 가지 고려해본 다면 다음과 같다.

첫째, 적어도 수백 년 이상 자원 고갈의 염려가 없는 지속 가능한 에너지원일 것.

둘째, 기술적 측면에서 발전 잠재력이 충분할 것.

셋째, 온실가스 이외에도 환경에 미치는 부정적 영향이 최소한도로 제한 가능할 것.

넷째, 에너지 생산에서 소비에 이르는 전 과정에서 충분한 안전성을 확보할 것.

다섯째, 충분히 저렴하고 안정적인 에너지 공급이 가능할 것.

각각의 에너지들이 지닌 특성을 개략적으로 살펴본다면, 석탄과 석유등의 화석연료는 수백 년 이상의 지속 가능성을 지녔다고 보기 어렵다. 기술적 측 면에서 석탄은 효율 개선 및 그에 따른 온실가스의 상대적인 감소는 가능하나, 탄소 포집 및 저장기술(CCS)의 뒷받침 없이는 온실가스 배출에 대한 근본 적인 해결이 불가능하다. 또한 화석연료의 소비 과정에서 발생하는 초미세먼 지를 비롯한 대기오염물질은 온실가스와는 별개로 인간과 생태계에 위협적 이다. LNG는 전통가스를 중심에 놓고 고려한다면 가채연수가 약 50여 년에 불과하지만, 셰일가스와 같은 비전통가스 및 추후 가스 하이드레이트 등의 잠 재 매장량까지 고려한다면 충분히 수백 년 이상 지속 가능한 에너지원이다. 그러나 온실가스 및 대기오염물질의 배출에 있어서는 다른 화석연료와 마찬 가지로 근본적인 한계가 존재한다. 따라서 석탄-석유-천연가스 등의 화석연 료는 가능한 빠른 시일 내에 사용량을 비약적으로 줄이는 한편, 이를 대체할 다른 에너지원을 찾아야 한다.

태양광발전이나 풍력, 수력, 원자력은 온실가스 배출량이 매우 적은 에너 지원으로 화석연료의 대체 과정에서 반드시 고려해야 할 에너지원들이다. 기 후 및 자연조건이 뒷받침되는 한 풍력, 태양광, 수력 에너지는 지속 가능성이 확실하며, 원자력발전 역시 초고밀도 에너지원으로서의 특성을 지니고 있기 에 지속 가능성은 충분하다. 그러나 온실가스 외의 환경부하를 고려할 때 풍 력, 수력, 태양광발전은 광범위한 환경파괴를 수반하기에, 지리적 여건이나 기후, 기타 자연환경을 고려하여 신중히 건설-운용할 필요가 있다. 예를 들어 북한의 수력자원은 대수력과 소수력을 합쳐 평균 이용률 30~35% 수준으로 총 36770GWh(≒4.2GWy)의 잠재력을 지니고 있으나, 우리는 그보다 훨씬 잠재력이 낮으며, 이용률도 11~12% 수준에 불과하여 광범위한 환경파괴마저 동반하는 수력자원을 적극적으로 도입하기 어렵다. 4)

태양광 발전의 경우에도 현재 기술로는 같은 양의 전력량을 생산하기 위 해 원자력 발전보다 200배 이상 넓은 부지를 필요로 하는 데다, 일평균 3.5 시간만 전력 생산이 이뤄지는 등 극히 제한적인 시간 동안만 전력 생산이 이 뤄지는 단점이 존재한다. 풍력발전 역시 이러한 측면에서 비슷한 문제점을 공유하고 있어 우리나라에서의 태양광발전 및 풍력발전의 확대는 매우 신중 하게 확대해 나가야 한다. 그러나 현 정부가 추진하는 “재생에너지 3020 이행 계획” 및 “8차 전력수급기본계획”등은 이러한 문제점들을 충분히 검토하 고 있지 못하여 장기적으로 우리나라의 에너지 수급에 상당한 후유증을 남길 가능성이 크다.

그렇다면 원자력 발전은 어떠할까?

1그램의 우라늄으로 낼 수 있는 에너지의 크기는 석탄 3톤과 동일할 만큼 압도적인 에너지밀도를 지니고 있으며, 이러한 특성으로 인해 원자력발전은 타 에너지원보다 우수한 경제성을 지닌다. 또한 안정적인 에너지 공급과 좁 은 면적의 부지에서 대량의 에너지를 한 번에 생산해 내는 등, 온실가스를 배 출하지 않는 대체 에너지원들 가운데서도 확실한 장점을 갖추고 있다.

특히, 이용 가능한 국토 면적이 상대적으로 좁고, 인구밀도가 높은 우리나 라에서 원자력 발전을 배제할 경우 필연적으로 전력 수급의 안정성이나 경제 성에 문제가 생길 수밖에 없다.

단, 여러 장점에도 불구하고 대중이 원자력발전을 바라보는 관점은 긍정적이지만은 않은데 그 이유는 다음의 두 가지로 요약할 수 있다.

첫째, 원전 사고는 발생 확률은 적지만, 한번 발생하면 돌이킬 수 없는 치명적인 피해를 입힌다.

둘째, 사용 후 핵연료는 10만 년간 치명적인 방사선을 내뿜기에 처리가 어렵다.

그래서 원자력 발전의 도입이나 확대를 검토하는 과정에서 이러한 측면에 대한 충분한 기술적 대비와 공론화가 필요하다.

원자력 발전에 대한 거부감의 근원은 방사선에 대한 두려움

그렇다면 과연 원전 사고와 사용 후 핵연료에 대한 대중의 인식은 정확하다고 할 수 있는가?

여기서 짚고 가야 할 부분은 원자력 발전소에서 발생하는 사고에 대한 대중 의 두려움이나 사용 후 핵연료의 처리 문제도 결국 방사능 물질로부터 방출되 는 방사선 피폭 가능성으로부터 비롯된다는 점이다. 방사선이 실제로 인체에 끼치는 영향은 mSv(밀리시버트), Sv(시버트=1000mSv) 단위를 통해 정량적 으로 판단할 수 있다. 1000mSv 이상의 방사선 피폭에서는 무력감, 구역질, 식욕감퇴, 구토 등의 체감 증상이 나타나며, 짧은 시간 동안 3000~4000mSv 의 방사선에 피폭되면 절반가량의 사람이 수개월 이내에 사망한다. 그러 나 한 달 동안 일정한 방사선량을 나누어 피폭될 경우에는 누적 선량 기준, 6000~8000mSv 정도가 반수치사량이며 1년 이상의 장기간에 걸쳐 조금씩 나누어 피폭될 경우 그 영향은 더욱 크게 줄어든다.5) 6)

또한 만성적인 영향 역시 짧은 시간 및 1년 이내의 누적 선량을 기준으로 100mSv 이상의 방사선에 피폭되는 경우에만 나타나며, 그 미만의 저선량 방 사선은 인체에 유해하다는 과학적인 근거가 존재하지 않는다. 단지, 방사선 방호 원칙을 세우는 과정에서 과학적 근거는 부족하지만, 보수적인 가정이 필 요하다는 판단하에 사고가 발생하지 않은 평상시에는 일반인과 방사선 관련 종사자에게 각각 인체 영향이 발견되지 않은 선량의 1/100과 1/5 이하의 연 간 선량을 권고하고 있을 뿐이다.

상용 원자로에서 발생한 노심용융 사고는 모두 3건이 있었고, 이 중에 체 르노빌과 후쿠시마에서는 방사능 물질이 외부로 유출되었으나, 스리마일 원 전 사고에서는 방사능 물질의 외부 유출이 발생하지 않았다. 이는 원자로의 설계 차이에서 비롯된 것으로 체르노빌과 후쿠시마 원전은 두껍고도 견고하 며 충분한 부피를 지닌 격납건물이 없었기 때문에 방사능 물질의 외부 유출 이 발생하였으나, 스리마일섬 원전은 크고 견고한 격납건물이 존재하였기에 똑같은 노심용융 사고가 발생했어도 외부로 방사능 물질의 유출이 일어나지 않았다. 우리나라의 모든 원자력발전소는 스리마일섬 원전처럼 크고 견고한 격납건물들을 기본적으로 갖추고 있어서 노심용융 사고가 발생하더라도 후 쿠시마나 체르노빌 원전 사고와 같은 방사능 물질의 외부 유출 사고가 발생 하지 않는다.

원전 사고와 방사선 피폭 등에 대해 추후 기회가 닿는다면 보다 자세히 다 룰 예정이지만, 방사선 피폭에 의한 사망자는 체르노빌에서만 발생하였고, 후 쿠시마 사고에서는 방사선 피폭에 의한 사망자가 단 한 명도 발생하지 않았 다. 또한, 방사선 피폭에 기인하는 기형아 출생률의 증가는 모든 원전 사고를 통틀어 발생하지 않았으며, 앞으로도 없을 것이라는 것이 과학적인 연구를 기 반으로 도출된 전문가들의 공통된 견해다.7) 8)

탈원전 정책으로 온실가스 감축이 가능한가?

앞에서 간략히 짚었지만, 현재 인류가 직면해 있는 가장 심각한 환경 위기 는 원전 사고나 화학물질 유출 사고 등이 아닌 인위적 온실가스 배출에 의한 지구 온난화다. 원전 사고가 1~2개 시군 면적에 해당하는 국지적 범위에서의 환경영향을 끼치는 것과 달리 지구 온난화는 전 지구적인 문제이며, 그에 따 르는 결과도 원전 사고와는 비교되지 않는 심각성을 지닌다.

우리 정부는 2014년도에 국가온실가스 감축로드맵을 통해 2020년도에 5 억 4300만 톤의 온실가스를 배출할 것을 목표로 세운 바 있다. 그러나 이미 2017년도에 7억 900만 톤의 온실가스를 배출하였고, 지난해에는 최소한 7 억 2천만 톤 이상의 온실가스를 배출하여 이러한 목표 달성은 이미 실패하였다.9) 그렇다면 2018년도에 발표한 국가온실가스 감축 수정 로드맵에서 제시 하는 2030년도 기준 5억 3600만 톤의 배출량은 가능할까? 안타깝게도 정부 의 또 다른 계획안인 3020 재생에너지 이행계획 및 8차 전력수급기본계획의 내용을 참고한다면 이 목표 역시 달성할 수 없다. 온실가스를 배출하지 않는 ESS 기술이 완벽하게 태양광 발전이나 풍력발전과 같은 변동성 재생에너지 를 뒷받침한다고 가정할 경우 각 시나리오에 따르는 전환 부문(발전 부문 및 지역난방 등) 온실가스 배출량은 아래 도표와 같다.

시나리오별 2030년 CO2 배출량 (원전이용률 84.3% 가정)

국가 온실가스 감축 수정 로드맵에 따르면 2030년에 전환 부문 배출 목표 치는 약 1억 9300만 톤이지만, 원자력을 줄이거나 배제하고 재생에너지만 늘 리는 어떠한 시나리오에서도 온실가스 감축목표량의 달성은 불가능하다. 즉, 원전 없이는 온실가스 감축 목표의 달성도 없다.

또한 태양광 및 풍력발전의 불규칙적인 에너지 생산에 의해 전력망 안정성 이 떨어지는 문제를 보완하기 위해서는 결국 가스 화력발전소의 가동과 중지 를 비롯, 급격한 출력 변동을 반복할 수밖에 없는데, 이럴 경우 발전소 자체의 온실가스 배출량은 석탄화력발전소와 비슷한 수준이 되어 실질적으로는 온실가스를 줄이는 효과가 사라진다.

유럽에서도 전력 생산 부문에서 온실가스 배출량이 적은 국가들은 공통적 으로 원자력발전과 수력발전의 비중이 높으며, 이 두 가지의 전원 없이 풍력 과 태양광발전의 비율만 높은 국가들은 온실가스 배출량이 많다. 따라서 다양 한 실증사례 및 연구결과를 참고한다면, 탈원전 정책은 폐기하고 일정 수준 이상의 원자력발전소 유지 및 확대 정책을 기반으로 재생에너지의 신중한 확 대를 검토하는 것이 바람직하다.

※참고자료 : 화력발전소의 출력변동에 따르는 온실가스 및 오염물질 배출량10)

결론

앞에서 살펴보았듯, 우리 정부의 무리한 탈원전-재생에너지 확대 정책과 온실가스 감축 목표는 양립하기 어렵다. 도리어 우리나라가 세우고 있는 온실 가스 감축 목표는 지구 온난화의 심각성이나 우리나라의 경제수준, 현재 보유 중인 원자력 기술에 비해 소극적이라 할 수 있다. 프랑스처럼 전체 전력 생산량의 70% 이상을 원자력 발전으로 해낸다고 가정하면, 전력분야에서의 온실 가스 감축량만으로도 2030년도의 목표 달성은 충분히 가능하며, 재생에너지 는 저탄소 에너지 저장 기술이 충분히 성숙할 때까지는 원자력 발전을 보조 하는 에너지원으로서 접근하는 것이 바람직하다. 그 외에 원자력 기술의 적극 적 활용을 통한 저탄소 전력 생산, 수소차 및 전기차의 개발, 수소환원 제련법 등 저탄소 제련기술의 개발, 난방 및 에너지연소 분야에서 가능한 모든 것들 의 전기화 등 가능한 모든 수단을 총동원하여 현재 제시한 목표보다 훨씬 낮 은 배출량을 달성함이 바람직하다. 우리에겐 이미 현실적이면서도 가장 유 력한 온실가스 감축수단이 이미 있고, 미래의 후손을 위해 더 많은 온실가스 감축을 해낼 수 있다.

– 고범규

1) IPCC 5차 종합보고서
2) When Life Nearly Died: The greatest mass extinction of all time. London: Thames & Hudson. ISBN 978-0-500-28573-2.
3) Temperature-dependent hypoxia explains biogeography and severity of end-Permian marine mass extinction (justic penn et al.)
4) 정우진·박지민, “북한 CDM 사업 잠재력 분석 및 남북 협력 방안”, 에너지경제연구원, 2009
5) ICRP P103
6) ICRP P103 Effects of Cobalt-60 Exposure on Health of Taiwan Residents Suggest New Approach Needed in Radiation Protection, Chen WL et al.
7) UNSCEAR2008, UNSCEAR2011, UNSCEAR2013, UNSCEAR2017
8) The congenital anomalies registry in Belarus: a tool for assessing thepublic health impact of the Chernobyl accident, G Lazjuk et al.
9) 1990 ~ 2017년 국가 온실가스 인벤토리(환경부 온실가스 종합정보센터)
지구와에너지
(사)한반도평화에너지센터가 발행하는 신개념의 컨설팅형 입법정책 계간지 매거진 '지구와에너지' 입니다.

댓글 남기기