[과학] 바다에서 얻을 수 있는 친환경에너지 알아보기

바다는 우리가 주변에 가지고 있는 무한한 자원 중 하나로, 그 잠재력은 매우 큽니다.

바다는 거대한 파동, 조류, 해류 등의 운동 에너지를 갖고 있으며,

이러한 에너지를 이용하여 친환경 에너지를 생산할 수 있습니다.

 

바다의 잠재력을 활용하여 우리의 환경을 보호하고

친환경에너지를 얻을 수 있는 바다에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

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해수력 발전

해수력 발전은 해양 조류, 해일(물결), 해류 등 바다의 운동 에너지를 이용하여 전기를 생산하는 방식입니다. 조류 발전은 바다의 조류 흐름을 이용하여 터빈을 회전시키고, 물결 발전은 파동이나 물결 운동을 이용하여 전기를 생산합니다. 조력 발전은 바다의 조수간만의 차이를 이용하여 터빈을 회전시켜 전기를 생산합니다. 해수력 발전은 지속 가능하고 친환경적인 장점이 있으며, 몇몇 국가에서 상용화되어 운영되고 있습니다.

각각의 작동 원리를 간략히 설명하겠습니다.

 

조류 발전

조류 발전은 바다의 조류 흐름을 이용하여 전기를 생산합니다. 조류 터빈은 바다의 조류로 인해 발생하는 물의 흐름에 의해 회전합니다. 회전하는 터빈은 발전기와 연결되어 전기를 생산합니다. 터빈의 크기와 설치 위치는 조류의 세기와 흐름 패턴에 따라 결정됩니다.

 

물결 발전

물결 발전은 파동이나 물결 운동을 이용하여 전기를 생산합니다. 물결 에너지를 효율적으로 수집하기 위해 물결 에너지 수집기가 사용됩니다. 일반적으로 부유체나 파장과 반사 패널, 기계 장치를 이용하여 물결 운동을 효과적으로 활용합니다. 물결 운동은 수집기를 통해 터빈으로 전달되어 회전하고, 회전하는 터빈은 전기를 생산합니다.

 

조력 발전

조수간만의 차가 큰 곳에 댐을 건설하여 조수의 상승과 하강 시에 부력이나 압축 공기를 이용해 발전하는 방식입니다. 그래서 시화호 조력발전소처럼 해안선이 복잡하고 조수간만의 차가 큰 서해안이 조력발전에 적합합니다.

 

시화호 조력발전소 전경(이미지출처 : 수자원시화사업본부)

 

해수력 발전은 바다의 운동 에너지를 이용하기 때문에 지속 가능하고 친환경적인 장점이 있습니다. 그러나 조류, 물결, 해류의 세기와 예측의 어려움, 설치 및 유지 관리 비용 등에 도전해야 할 과제가 있습니다. 그래도 전 세계에서 해수력 발전 기술의 연구와 개발이 계속되고 있으며, 실제 운영되는 발전소들이 있어 친환경 에너지의 하나로 주목받고 있습니다.

 

 

해수 온도 차이 발전

해양 온도 차이를 이용한 발전, 일명 "온도 차이 발전" 또는 "온도 차이 열병합 발전"은 신재생 에너지 형태 중 하나입니다.

온도 차이 발전은 해양의 표면과 깊은 부분 사이의 온도 차이를 이용하여 발전하는 원리입니다. 주로 해수면과 해저의 차온을 활용하는 방식이 많이 사용됩니다. 이 방식은 열 엔진을 사용하여 발전기를 구동하거나, 열교환기를 통해 열을 이용하여 바이너리 사이클 시스템을 작동시킵니다.

 

"온도 차이 열병합 발전" 방식은 열 변환 매체를 사용하여 온도 차이에서 얻은 열을 전력으로 변환합니다. 열 변환 매체로는 일반적으로 액체 중간 매체인 "작동 액체"를 사용하며, 이 작동 액체는 낮은 온도와 높은 온도 사이에서 증발하고 응축합니다. 그런 다음 작동 액체의 증발과 응축 과정에서 생성된 압력을 이용하여 터빈을 회전시켜 발전기를 구동합니다.

 

해수 온도차 발전 원리 (이미지출처 : 아시아경제)

 

해양 온도 차이 발전은 지속 가능하고 친환경적인 에너지 형태로 인정받고 있습니다. 그러나 상당한 기술적 도전과 경제적 제약이 존재합니다. 해양 온도 차이 발전을 상용화하고 보급하기 위해서는 효율적인 시스템 설계, 자금 투자, 환경 영향 평가 등의 다양한 측면을 고려해야 합니다.

 

현재 해양 온도 차이를 이용한 발전 방식은 아직 상용화되어 운영 중인 국가는 없으며, 일본, 미국, 프랑스, 한국 등 일부 선진국에서는 시범 프로젝트를 통해 해당 기술의 가능성을 평가하고 있습니다.

 

예를 들어, 일본은 '오시마 파워 스테이션'이라는 해수 온도 차이 발전 시스템을 개발하고 시험 중입니다. 이 프로젝트는 일본 해안에서 온도 차이를 이용하여 최대 1MW의 전력을 생산하는 것을 목표로 하고 있습니다.

 

또한, 한국에서는 "호남해수온도차발전소"라는 해수 온도 차이 발전 시스템 시범 운영이 진행되었습니다. 이 프로젝트는 국내에서 처음으로 해수 온도 차이 발전을 상용화하기 위한 시도로, 지속 가능한 신재생 에너지 발전을 위해 다양한 기술 및 운영 상황을 평가하는 데 중점을 두고 있습니다.

 

이러한 시범 프로젝트들은 해양 온도 차이 발전 기술의 발전과 상용화에 대한 기반을 마련하기 위한 중요한 단계로 볼 수 있습니다. 앞으로의 연구와 개발 노력에 따라 실제 운영되는 나라가 늘어날 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

 

염분 차이  발전

염분 차이를 이용한 발전 방식은 "염분 차이 발전" 또는 "염기 발전"이라고도 불립니다. 이 방식은 바다와 담수 간의 염분 차이를 이용하여 전기를 생성하는 원리입니다.

 

염분 차이 발전은 주로 역삼투(Reverse Electrodialysis, RED)라는 과정을 활용합니다. 이 과정에서는 바다물과 담수 사이에 양이온 교환 막과 음이온 교환 막을 번갈아 배치하여 염분 차이에 의한 이온 이동을 활용합니다.

 

양이온 교환 막과 음이온 교환 막 사이에 염분 차이가 형성되면, 양이온 교환 막을 통과하는 양이온은 음이온 교환 막으로 이동하고, 음이온 교환 막을 통과하는 음이온은 양이온 교환 막으로 이동합니다. 이렇게 이동하는 이온들은 전기적인 에너지를 생성합니다. 이 생성된 전기는 전기 회로를 통해 사용 가능한 전력으로 변환됩니다.

 

염분 차이 발전은 친환경적이고 지속 가능한 에너지 형태로 간주되며, 해양과 물 관련 산업에서 염분 차이 발전의 잠재력을 탐구하고 연구하는 노력이 이루어지고 있습니다. 그러나 현재까지는 상용화되어 운영 중인 염분 차이 발전 시스템은 제한적입니다. 연구와 기술 개발이 계속 진행되고 있으며, 우리나라에서는 "동해시에 세계 최대 규모 염분차발전 실증단지 건립(한겨례 신문 보도자료  https://www.hani.co.kr/arti/area/gangwon/1091433.html)"이 진행된다고 합니다. 

 

 

 

해양 풍력 발전

해양 풍력 발전은 바다 위에 풍력 발전기를 설치하여 바람의 에너지를 전기로 변환하는 방식입니다. 바다는 풍력 자원이 풍부하며, 해상에 풍력 발전기를 설치하면 육지에서의 풍력 발전과는 다른 강력한 풍력을 활용할 수 있습니다. 해양 풍력 발전은 대규모 발전소로 개발되고 있으며, 유럽 국가와 중국 등에서 주로 활용되고 있습니다.

 

부유식 해양 풍력 발전 (이미지출처 https://news.skecoplant.com/)

 

 

대체 에너지의 개발, 그리고 우리가 환경을 위해 할 수 있는 실천들

바다에서의 에너지 개발은 지속 가능한 에너지 공급을 위한 중요한 영역으로 인식되고 있으며, 미래 에너지 전환에 큰 역할을 할 것으로 기대됩니다. 친환경 에너지의 연구와 개발은 우리의 지구를 보호하고 미래 세대에 더 나은 환경을 전달하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

하지만 우리 각자의 개인적인 노력과 실천도 중요합니다. 친환경 에너지에 대한 연구와 기술 개발은 긍정적인 변화를 이끌어낼 수 있지만, 개인으로서도 실제 행동을 통해 친환경을 실천하는 것이 중요합니다.

 

우리는 에너지 사용에 있어서도 더욱 효율적이고 지속 가능한 방식을 채택할 수 있습니다. 에너지 절약을 위해 전력 소비를 최소화하고 에너지 효율을 높이는 노력을 기울일 수 있습니다. 불필요한 전기 용품의 대기 전력 소비를 막고, 절전 장치를 활용하며, 에너지 효율이 높은 가전제품을 선택하는 등의 조치를 취할 수 있습니다.

 

또한, 대중 교통을 활용하고 자동차를 공유하는 것은 환경에 친숙한 선택입니다. 대중 교통 수단을 이용하거나 자전거를 타는 등의 친환경 이동 수단을 선택함으로써 대기 오염과 교통 체증을 줄일 수 있습니다.

 

마지막으로, 재활용과 분리수거에 적극적으로 참여하여 자원의 재활용과 재사용을 지원할 수 있습니다. 일회용품을 최소화하고 재사용 가능한 제품을 선택하여 환경에 부담을 주지 않는 선택을 할 수 있습니다.

 

이렇게 개인적인 노력을 통해 우리는 친환경 에너지의 연구와 기술 발전에 기여할 뿐만 아니라, 우리 자신과 미래 세대를 위한 지속 가능한 환경을 만들어 나갈 수 있습니다. 우리 모두가 작은 행동들을 실천함으로써 큰 변화를 이루어내고, 지구의 아름다운 자연과 바다를 보전하는데 기여해야 합니다.