지구환경을 보호하면서 인간사회에 필요한 에너지를 얻는 방법으로서 태양광이나 풍력과 같은 재생가능 에너지의 연구와 발전은 기대를 받는 분야 중 하나입니다. 신재생에너지 중에서도 큰 에너지원으로서 기대되는 '지열'의 에너지를 얻는 시스템의 발전에 대해 뉴스미디어 Vox가 정리하고 있습니다.
Geothermal energy is poised for a breakout - Vox
https://www.vox.com/energy-and-environment/2020/10/21/21515461/renewable-energy-geothermal-egs-ags-supercritical
Geothermal energy is poised for a big breakout
"An engineering problem that, when solved, solves energy."
www.vox.com
지열에너지는 지구 약 5000km보다 깊은 지하에 있는 5000℃ 이상의 마그마가 만들어내는 열을 활용함으로써 얻을 수 있는 에너지. 지열에너지는 재생가능 에너지의 일종이라고 뷴류되어 있으며, 미국의 에너지고등연구계획국에서 지열에너지의 개발을 추진하는 프로젝트인 AltaRock Energy는 '지구가 가진 열량의 0.1%로 인류가 200만 년 동안 필요로 하는 총에너지를 공급할 수 있다'고 추정하고 있습니다.
지열은 오래전부터 인간에게 이용되어 온 에너지로 지열발전이 등장하기 이전부터 지열에 의해 데워져 지표면에 분출된 100℃ 전후의 온수가 요리와 난방에너지로 이용되어 왔습니다. 기술의 발전에 의해 지열에너지로 전기를 만드는 것도 가능하지만, 전기로 변환하기 위해서는 고온의 수증기에 의한 열량이 필요합니다. 기존의 지열발전소는 지열에 의해 생성된 고온의 수증기에서 수분을 분리하여 증기로 터빈을 움직여 발전을 해왔습니다.
그러나 Vox의 기자인 데이비드 로버트 씨는 "기존의 지열발전에는 몇 가지 문제가 있다"고 지적합니다. 로버트 씨는 문제점으로 "고온의 수증기를 풍부하게 얻을 수 있는 지역은 한정되어 있다"는 점을 듭니다. 아이슬란드와 캘리포니아와 같은 지역은 거대한 분기구가 지상에 있는 등 지열이 풍부하지만, 에너지에 사용할 수 있는 열원이 깊은 지하에 있는 지역이나 지질의 영향으로 지하에서 열을 끌어올리기 어려운 지역이 대부분을 차지하고 있다고 합니다.
로버트 씨는 "적어도 기존의 기술로는 지열에너지에 적합한 지역의 대부분이 개발되어 고갈되었습니다. 특히 수증기와 같은 자원에 의존하는 발전은 표준화 및 확장이 어렵습니다. 따라서 지열에너지 개발은 다른 재생가능 에너지에 뒤쳐져 왔습니다"라고 말합니다.
따라서 기존의 발전 방식과는 다른 지열에너지 활용 방법의 개발이 진행되고 왔습니다. 예를 들어, 지열을 얻기 힘든 지역에서는 고온암체 지열발전(EGS)라는 지열발전 시스템이 주목받고 있습니다. EGS는 지하의 고온암체가 존재하는 부분을 수압으로 굴착하고 공간을 만들어 물을 주입하여 증기나 온수를 얻는 방법입니다. EGS를 이용하여 미국에서는 1500만 테라와트 규모의 에너지를 생산해 낼 가능성이 있는 것으로 전망되고 있습니다.
미국 에너지부는 "주거 및 상업시설에 필요한 미국의 연간 에너지 소비량은 총 1754테라와트로, 이와 비교하면 EGS에서 얻을 수 있는 에너지는 이론적으로 적어도 8500년 이상으로 충분한 양입니다."라고 추정합니다.
또한 로버트 씨는 첨단 지열발전 시스템으로는, 캐나다 기술기업인 Eavor가 계획하고 있는 'Eavor-Loop'라는 시스템을 후보로 듭니다. Eavor-Loop는 약 2.5km 떨어진 지점에 묻은 수직 파이프 2개를 수평으로 배열된 가로 파이프로 연결하여 표면적을 늘려 가능한 많은 지열을 흡수하는 시스템.
Eavor-Loop의 파이프 내에서 A→B→C→D→E 방향으로 물이 흐르고 있습니다. 파이프에는 하나의 루프가 있으며, 온도가 낮은 것이 밑으로 향하기 쉬운 성질을 이용하여 물을 순환시킵니다. 파란색으로 표시된 냉수는 하강하고 빨간색으로 표시된 온수는 상승하기 때문에 펌프를 필요로 하지 않으며 자연적으로 물을 순환할 수 있다고 합니다. 현재 Eavor-Loop는 150℃ 전후의 열을 얻을 수 있습니다.
Eavor-Loop을 발전시킨 'Eavor-Lite'라는 프로젝트도 진행되고 있습니다. Eavor-Lite는 Eavor-Loop를 발전시킨 것으로, 어떤 모양인지는 아래의 영상을 보면 잘 알 수 있습니다.
Eavor Lite to James Joyce Animation - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=GZcFd5Xfv-0
Eavor-Lite는 Eavor-Loop의 파이프를 반으로 접은 것과 같은 형상으로…….
가로 파이프를 사방으로 확장하여 표면적을 더 늘렸습니다. Eavor-Lite는 캐나다의 3~4곳에 설치가 계획되어 있으며, 2021년 이후에는 독일과 프랑스, 일본에서도 설치가 예정되어 있다고 합니다.
로버트 씨는 "청정에너지 산업은 지속적으로 성장하고 있으며, 2020년 이후 10년은 그 어느 때보다 지열발전의 발전이 더욱 활발해질 것입니다. 완전히 재생가능한 전력을 공급한다는 세계 비전은 점점 손이 닿는 곳까지 다가오고 있습니다"라고 말합니다.
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