온실가스문제 LNG냉열로 해결하자
온실가스문제 LNG냉열로 해결하자
  • 승인 2007.01.29
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

균형있는 에너지 정책은 선진국 진입의 첫걸음
▲ 김청균 홍익대학교 기계·시스템디자인 공학과 교수
에너지 절약정책

에너지를 절약하자는 선언적 구호는 더 이상 불필요하다. 에너지를 직접 사용하는 모든 설비나 장치에 적합한 에너지 절약기술을 적용한 에너지 절약형 부품이나 시스템을 개발해야 한다. 그동안 우리나라는 주로 고온에너지에 대한 자원절약이나 기술개발에 초점을 맞추었으나, 이제는 저온에너지에 대한 관심을 가져야 할 때다. 하절기에 집중된 저온에너지는 지구온난화와 생활여건의 전반적인 향상에 힘입어 2000년대 이후로 소비량이 급증했다. 냉방수요를 충족시키기 위해 발전소를 더 건설하고, 피크전력을 운영에 따른 구조적인 에너지 과소비 형태는 에너지 낭비의 문제를 넘어서 환경오염 물질을 과도하게 배출하기 때문에 부작용이 증폭되고 있다. 결국 산업발전 과정에서 불가피한 에너지 과소비는 기후변화에 연계된 자원절약 및 환경보호 국제협약 프로그램에 역행되는 것으로 국내 산업발전의 장애요소로 작용하는 것은 물론 우리나라 공산품 수출을 억제하는 결과를 초래하게 될 것이다.

평균이상으로 연료를 과다하게 사용하는 업체는 열에너지의 대부분을 외부로 방출해 낭비하지만, 에너지를 절약하고 재활용하는 업체는 사용 후의 폐열도 모두 회수하는 재생산 에너지 사이클을 구축해 총에너지의 활용도를 높이고 있다. 현장에서 일단 사용하고 난 고온에너지를 지역집단으로 추구하는 난방에너지 공급시스템이 우리가 추진하는 대표적인 에너지 절약, 환경친화적 에너지 공급시스템이라 할 수 있다. 최근 생활여건의 향상과 아열대 현상의 지속은 냉방에너지의 합리적인 운영과 효율적인 공급시스템을 갖추는 계기를 제공하였고, 에너지절약과 환경오염원 발생을 낮추는데 보다 많은 관심을 갖도록 하였다. 현재의 냉방에너지는 연료를 태워서 확보하지만, LNG의 기화과정에서 발생되는 냉열을 비롯한 냉각수, 저온의 심층수 등은 저온에너지 자체를 가공하지 않고 그대로 활용하는 것이다. 기존의 냉방에너지는 전기에너지와 냉매를 동시에 사용하므로 난방에 비하여 냉방은 냉방공급 시스템 구축에 많은 비용이 든다는 특징이 있다.

한국 CO2배출량 1.9%로 세계10위급
에너지절약·대체에너지 개발 정책 핵심

환경보호정책과 LNG

석탄, 석유, 천연가스 등을 태우는 과정에서 발생하는 연소 생성물 CO2, CO, NOx 등은 지구환경을 파괴하고 기후변화에 지속적인 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 화석연료를 연소한 후에 발생하는 가스물질은 자연 생태계나 기후변화에 심각한 영향을 미치는 징후는 대기오염, 지구온난화, 오존층 파괴, 이상기온 등과 같은 지구환경의 변화를 겪으면서 지구촌 곳곳은 큰 피해를 입고 있다.

1986년에 LNG가 국내에 처음 도입되면서 그동안의 핵심연료였던 석유나 석탄의 사용량을 줄이고, 가스 사용량을 대폭적으로 늘리는 에너지 정책으로 인해 에너지 수급정책에는 혁명적 변화를 가져왔다. 그 이후로 정부는 LNG 설비투자를 지속적으로 추진하였고, LNG에서 생산된 도시가스는 전통에너지인 석탄, 석유, 수력·원자력을 포함한 국내 에너지 소비량에서 11.3%(2004년도 기준)를 상회하는 핵심에너지로 성장하였다. 특히 IMF 이후로 국내 자원의 소비추이는 큰 변화를 가져왔는데 석유는 -1.3%, 무연탄은 -5.2%, 수력은 -14.9%, 원자력은 0.8%로 정체내지는 지속적인 감소세를 유지하였지만, LNG는 17.4%라는 폭발적인 수요증가로 연료에너지의 소비패턴에서 가스연료의 중요성이 크게 부각되었다. LNG는 석유나 석탄에 비해 친환경 에너지 자원으로 매장량이 풍부하고, 운송과 사용이 편리하기 때문에 국제기후협약의 규제강도가 높아질수록 화석연료에서는 유일한 대체에너지 자원으로 소비가 더욱 증가할 것이다. 그러나 LNG도 다량의 온실가스 CO2를 발생한다는 측면에서 항구적인 환경대책은 될 수 없다.

소비량이 증가할수록 LNG의 기화과정에서 발생되는 냉열도 함께 증가하므로 현재 버리고 있는 미이용 LNG 냉열의 활용방안은 에너지 업계의 중요한 관심사항으로 부각되고 있다. 하절기의 냉방에너지 공급원으로 제안된 LNG 냉열은 국민생활의 전반적인 향상과 지구온난화에 따른 아열대 현상의 지속, 화석연료 및 냉매사용 억제에 대한 국제협약을 극복할 수 있는 가장 현실적 대안으로 한국가스학회와 같은 전문가 사회에서 많은 논의를 거쳤고, 산자부의 에너지 산업정책으로 반영될 수 있도록 수차례 건의가 이루어졌다. 특히 최근에는 국회의 국정감사에서도 에너지 자원절약 및 온실가스 발생량 감축, 하절기 피크전력 완화방안 측면에서 냉열에너지의 효율적 활용에 대한 논의가 지속적으로 거론되고 있다.

인위적 환경변화와 국제기후협약

자연적 요소에 의해 지구환경이 변하는 것은 장기간에 걸쳐서 아주 서서히 진행되기 때문에 자연환경에 미치는 영향은 지극히 작다. 그러나 산업사회에서 배출하는 인위적 오염물질은 자연 생태계에 의해 정화되기도 전에 인간이나 동물을 포함한 자연에 대해 국지적 재앙으로 되돌아오는 순환적 폐해특성을 나타내고 있다. 지구환경의 변화는 특정 국가에만 국한되지 않고 지구촌 기후변화라는 부메랑으로 모든 국가들에게 직접적으로 영향을 미치기 때문에 세계의 환경 전문가와 정부 대표자들이 모여서 환경문제를 같이 해결하려고 국제기후협약을 맺어 강력하게 추진하고 있다.

지구촌의 환경오염 문제는 1992년의 리우기후변화협약에서 출발한다. 특히 1997년 12월에 일본 교토에서 합의한 ‘기후변화협약 교토의정서’에 의하면 선진국은 2008∼2012년까지 온실가스 배출량을 1990년도 기준 5.2%를 평균적으로 감축하고 CO2 배출권 거래제도, 공동이행제도, 청정개발체제 등을 강제하는 구체적 국제협약을 유럽국을 중심으로 강력하게 시행하고 있다.

선진국을 중심으로 화석연료 사용량을 감축하자는 국제적 환경합의는 수출주도형 국가인 우리로 하여금 산업발전과 환경보존이라는 현안을 어떻게 대처하느냐에 따라 선진국으로 진입할 수 있는 계기를 잡을 수 있다. 이제 OECD 선진국으로 가입한 우리나라는 2013년부터 국제협약을 준수해야 할 의무국가로 지정될 예정이지만, 화석연료 사용량 감축에 대한 실효적 대책은 부진한 상태이다.

LNG는 경제성 우수한 냉열자원
에너지절약·환경보호 1석2조

온실가스 과다 배출국 ‘한국’

우리나라에서 온실가스의 주요 배출원은 기업체의 생산활동에 따른 에너지 소비부문에서 66%, 자동차를 비롯한 폐기물 매립지의 환경부분에서 27%, 기타 7%로 온실가스 배출량을 연간으로 추정하면 14,000만톤(TC)에 해당된다. 지구촌에서 온실가스를 가장 많이 배출하는 국가는 24.3%의 미국, 14%의 중국, 10%의 러시아로 이들 국가는 세계 온실가스 배출량의 과반수를 차지한다. CO2 배출량 1.9%로 세계 10위권의 한국은 이미 에너지 과소비 국가로 분류되어 있기 때문에 화석연료 사용량 감축에 관련된 우리나라의 환경정책을 국제사회는 늘 주시하고 있다.

우리나라는 에너지 소비량이 경제 성장률 이상으로 빠르게 증가하고 있다는데 산업발전을 받쳐주는 에너지 소비패턴에서 문제가 있다. 이는 OECD 선진국의 에너지 평균 소비율 1.6%보다 크게 높은 수치에서 에너지 소비패턴의 문제점을 찾을 수 있다. 1990년대의 연평균 에너지 소비 증가율을 보면 한국은 7.5%로 일본의 2.3%, 캐나다의 2.1%, 미국의 1.7%, 프랑스의 1.3%에 비하여 크게 높고, 이들 국가의 평균치 1.48%보다는 6.3배나 높다. 우리나라의 에너지 과소비가 어느 정도 높은가를 수치적으로 보여주는 국민 1인당 에너지 소비량은 지난 20년간 4배 이상 증가하여 4.1TOE인 일본이나 프랑스와 같은 선진국 수준이다. 에너지 소비효율은 선진국에 비해 낮은 에너지 원단위(TOE/1,000$)가 2000년을 기준으로 볼 때 0.42로 일본의 0.14, 프랑스와 독일의 0.17~0.18, 미국의 0.32에 비해 2~3배나 높다.

에너지 자원의 97%를 외국에 의존하는 우리나라는 연간 280억원 이상을 수입하는 에너지 과다 도입으로 문제가 있다는 사실을 인정하고, 이에 대한 대책을 수립해야 한다. 이것은 우리나라 전체 수입총량의 20%에 해당하는 수치로 에너지 수입이 차지하는 비중이 너무 높아 국제무역수지 균형을 맞추기도 어려운 구조이다. 우리나라는 원유의 도입단가가 1$/B 상승하면 경제성장률은 0.1% 하락하고 소비자 물가는 0.15%나 상승하는 것으로 알려져 있다.

결국 우리의 경제는 원유가격과 도입량에 의해 큰 영향을 받고 있다는 사실을 잘 설명해주는 지표이다. 따라서 우리는 환경문제는 차치하고 지속적인 경제발전과 경쟁력을 확보하기 위해서는 우선 에너지 과소비를 줄이고, 에너지 절약 및 대체에너지 비중을 높이는 정책을 추진하는 것이 에너지 산업정책의 핵심이 되어야 한다.
집단에너지 공급과 환경 개선효과

최근에 개정된 집단에너지 사업법은 국가나 지방자치단체가 추진하는 집단에너지 공급사업을 보다 친환경적으로 유도하기 위해 천연가스 또는 신·재생에너지를 연료로 사용할 경우는 국가에서 제공하는 집단에너지 재정지원을 우선적으로 수혜 받도록 규정해 오염물질 배출로 인한 환경파괴와 지구온난화, 기후변환 등과 같은 인위적 자연재해를 줄이도록 강제하고 있다. 그동안 추진된 집단난방 공급사업은 아파트를 중심으로 확대되었지만, 부족한 에너지 소스, 부적절한 운영시스템 및 불합리한 요금체계 등은 오히려 에너지를 낭비하는 문제점을 노출하였다. 지역난방 에너지가 공급되지 않은 아파트나 단독주택의 개별난방, 특히 지역집단 냉방에너지 공급시스템을 채택하고 있지 않은 우리나라의 모든 개별냉방 시스템은 결국 에너지를 효율적으로 공급하고 관리할 수 없기 때문에 자원낭비, 환경오염을 유발하는 핵심요소로 등장하였다. 아파트라는 인구밀집 주거문화를 갖고 있는 우리나라에서 지역집단 냉난방 에너지 공급시스템을 적극 추진하지 못하는 현재의 산업정책은 에너지 효율성과 환경보존 측면에서 큰 실책이라 할 수 있다.

국내에서 추진되는 냉난방 집단에너지 공급사업은 기본적으로 화석연료에 연관된 사업으로 CO2를 비롯한 탄화물질이 불가피하게 발생하고, 냉매사용에 따른 오존층 파괴의 문제는 상존하기 때문에 결국은 지구의 온난화, 기후변화, 환경파괴 등으로 연결되어 지구촌 모든 구성원의 생활은 점차로 어려워진다. 지역집단 에너지 공급사업은 에너지 공급시스템을 집단화하고, 효율적으로 관리하기 때문에 동일한 조건에서 에너지를 소비해야 할 경우는 에너지를 보다 절약하고 오염원 발생을 줄일 수 있다는 것이다. 따라서 집단에너지 공급사업이 에너지 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 대책은 아니고 단지 완화시킬 뿐이다. 집단에너지 사업은 효율적 관리와 열효율 향상으로 저렴한 가격으로 공급할 수 있기 때문에 소비자는 다른 연료에 비하여 상대적으로 저렴하다는 착시현상으로 오히려 에너지를 더 소비하는 부작용을 나타내기도 한다. 결국 집단에너지 공급사업은 생활의 안락성과 안전성을 제공하지만, 상대적으로 높은 사용량으로 인해 환경오염원 배출량이 더 늘어나고, 지구온난화에 의한 환경문제가 증폭될 수 있다는 문제점을 경험하였기 때문에 공급자와 소비자의 심리적인 에너지 가격산정 타협점을 찾고, 동시에 에너지 절약에 대한 실천교육을 강화해야 한다.

우리나라에서 집단에너지 사업을 주도하고 있는 한국지역난방공사에서 제시한 대기환경 개선효과에 따르면, 난방에너지를 집단적으로 공급할 경우 대기오염원은 기존난방 대비 33%나 줄어들고, 온실가스 CO2는 47%나 감소하는 획기적인 대기환경 개선효과를 얻은 것으로 나타났다. 이 결과를 유추하여 난방과 냉방에너지를 함께 공급하는 지역집단 에너지 공급시스템을 구축할 경우는 이보다 더 높은 에너지 활용도로 인해 경제성과 환경개선 효과를 기대할 수 있을 것이다. 특히, 냉방에너지 공급시스템도 기존의 난방에너지처럼 배관망에 의해 냉열에너지를 공급한다면 현재의 개별 에어컨 시스템보다는 획기적인 에너지 절감효과를 기대할 수 있다. 최근에 논의되고 있는 지역집단 냉방에너지처럼 현재 버리고 있는 미활용 LNG의 냉열을 사용하면 에너지 자원절약에 의한 경제성은 높아지고, 하절기의 피크전력을 공급하기 위한 추가적 발전소 건설 및 화석연료 사용을 억제하는 파급효과를 감안하면 현재의 하절기 냉방문제는 상당부분 해결될 것이다. 특히 오존층 파괴의 주범으로 알려진 프레온과 같은 냉매를 사용하지 않아도 되므로 경제·환경적 측면에서 대단히 유리한 냉방에너지 공급전략이 될 것이다.
LNG 냉열 생산량의 연간규모

평택, 인천, 통영의 LNG 저장탱크에 안전하게 저장된 -162℃의 LNG는 상온의 바닷물과 열교환되어 도시가스로 재생산되는 과정에서 많은 냉열에너지를 생산한다. 따라서 PNG를 사용하는 유럽 국가들은 LNG처럼 냉열에너지를 생산할 수 없으므로 친환경적 냉방에너지를 공급하기 위해 불가피하게 바다나 호수의 심층수를 사용한 냉열에너지 공급기술을 개발하고 있다.

-162℃로 저장된 LNG를 도시가스로 변환되는 과정에서 발생하는 냉열에너지는 200kcal/kg이다. 이것은 얼음의 융해열 79.6kcal/kg보다 2.5배나 높은 양질의 고부가가치 저온에너지 자원이다. 2005년에 수입한 LNG는 22,853천톤으로 가스연료의 안정적 공급에 큰 기여를 하였다. 도시가스 공급망이 전국을 커버하면서 LNG 소비량은 급증하였고, 부가적으로 생산된 냉열에너지도 비례하여 증가하였지만 이것을 아직도 적절히 활용하지 못하고 있다. 2005년도에 생산된 냉열에너지를 LNG로 환산하면 약 351천톤(약 1,054억원)으로 우리나라에서 떠들썩하게 언론의 조명을 받으면서 생산하는 동해-1 가스전의 연간 생산량 40만톤(2004년부터 15년간 생산예정)과 거의 비슷한 수준으로 그동안의 개발투자비 13.6억$을 고려하면 냉열에너지는 상대적으로 경제성이 우수한 냉열자원이라 할 수 있다.

우리나라 최대의 LNG 저장용량 시설을 갖춘 인천생산기지는 LNG 총저장 용량의 56%를 담당하고 있으며, 이것은 세계 제2위의 LNG 저장용량에 해당하는 대규모 저장시설이다. 도시가스 생산량에 비례하여 냉열에너지도 증가하지만, 현재는 대규모로 소비할 수 있는 경제성을 충분히 확보한 사용처를 찾지 못해 모두 바다에 버리고 있다. 현재 폐기되는 냉열을 모두 회수하여 인천의 송도나 인근의 아파트, 공단의 냉방에너지로 공급할 수 있는 집단냉방 공급시스템을 구축한다면 전기와 냉매를 사용하는 기존의 냉방에너지 공급방식인 에어컨을 더 이상 사용할 필요가 없다. 반환경적이고 비효율적인 현재의 단독형 에어컨을 LNG 냉열로 교체해 배관망으로 아파트에 공급할 수 있다면, 특히 하절기의 저온에너지 자원절약은 물론이고, 환경오염원의 발생 및 지구온난화 가속, 냉매에 의한 오존층 파괴, 도심의 온도상승 및 화재발생과 같은 부작용은 최소화하면서 자원을 절약하고 환경오염원 발생을 크게 억제하는 효과를 기대할 수 있다.

부가에너지 규모면에서 LNG는 바다/호수의 심층수나 심야전기를 이용한 빙축열과 같은 타 저온에너지에 비하여 월등히 높음에도 불구하고 냉열에너지에 대한 이해 당사자들의 연구개발 의지부족, 특히 LNG의 냉열에너지를 활용할 경우에 발생될 것으로 예상되는 매출감소에 대한 막연한 불안감으로 우수한 냉열자원이 아직도 활용되지 못한다는 것은 큰 문제점이라 할 수 있다. 전량 수입에 의존하는 LNG를 감안하면 폐기되는 냉열을 활용한 저온에너지 공급정책 개발은 대단히 중요하고, 냉열을 바다에 버리기 때문에 LNG 저장탱크 주변의 생태계에 미치는 영향을 고려한다면 냉열은 에너지 낭비에 추가하여 환경파괴라는 문제점을 갖고 있다. 따라서 매년 증가하는 부가에너지인 LNG 냉열을 모두 회수해 지역집단 냉방에너지 자원으로 활용한다면 저온자원의 활용도는 높아지고, 화석연료와 원자력에 의존하는 전기에너지 생산방식을 다변화하고, 화석연료 사용에 따른 오염물질을 획기적으로 줄이는 효과를 얻게 될 것이다. 미이용·친환경 저온자원인 냉열에너지를 기존의 에어컨을 대체한 친환경적 냉방자원으로 활용하자는 제안은 이제 선택이 아닌 필수사항으로 자원정책과 복합에너지 공급제도를 보완하여 조속히 냉열에너지 사업으로 연결해야 한다.

한국가스공사에서 2005년의 경우는 연간 2,285만톤의 LNG를 소비해 LNG 저장시설 부족이라는 문제점이 제기되어 지속적인 LNG 저장시설 확충을 추진하고 있다. 2004년 이후로 도입된 LNG가 2,000만톤을 넘어서 지속적인 두 자리 증가세를 유지하고 있다. LNG는 소비량 증가는 LNG를 기화하는 과정에서 발생하는 냉열에너지의 지속적인 증가로 연결되므로 많은 냉열에너지의 낭비를 예상할 수 있다. 도시가스를 생산하는 과정에서 발생하는 냉열에너지를 모두 활용한다면, 2005년의 경우는 연간 1,054억원의 에너지절약은 물론 냉열에너지 방출로 인해 발생될 것으로 예상되는 평택, 인천, 통영생산기지 인근의 생태계 보호를 위해 냉열에너지 산업을 육성하는 것이 국가적으로 볼 때 합리적인 에너지 정책방향이 될 것이다. 냉열을 에어컨용 냉방자원으로 활용하는 정책은 특히 지역사회의 경제 활성화에 기여하고, 수도권의 주거환경을 전반적으로 개선하는 지름길이다. 국민소득이 높아질수록 난방에너지와 냉방에너지의 균형감 있는 에너지 자원정책을 추진해야 비로소 선진국으로 진입하게 된다.

냉방에너지 공급체계 혁신적 개편

현재 바다에 버리고 있는 LNG 냉열에너지를 아파트, 공장과 같은 지역에 집단으로 공급함으로써 저온에너지의 효율적 관리와 자원절약이라는 국가의 에너지 정책목표를 함께 달성할 수 있다. 여름철의 단독형 에어컨에 전기와 냉매를 사용하지 않고 냉열에너지를 대규모로 공급할 수 있는 통합네트워크 구축 융합기술은 저온에너지의 원활한 공급을 위해 대단히 중요하다. 특히 하절기의 부족한 전력공급을 냉열에너지와 같은 다른 저온에너지로 대체하고, 냉방에너지 소스의 다변화와 새로운 냉열산업을 환경보존과 에너지 절약사업으로 연계·발전할 수 있도록 무공해 냉열공급 네트워크를 구축하는 것은 지역집단 냉난방 에너지 공급사업의 핵심전략이다.

일상생활에 중대한 영향을 미치는 난방문제는 천연가스나 원자력, 전기에너지에 의존하지만 냉방은 화력발전소의 전기와 냉매를 사용하는 독립형 냉방시스템을 환경친화적으로 바꾸어 냉방에너지를 공급할 수 있도록 국가의 냉방에너지 공급 및 소비패턴은 획기적으로 바꾸어야 한다. 즉, LNG를 생산하는 과정에서 발생하는 냉열에너지를 활용하여 기존의 전기에너지 플러스 냉매사용 에어컨을 지역집단 냉방에너지 공급시스템으로 대체하여 냉방공급의 집단화에 따른 효율성과 미이용 냉열자원의 활용에 따른 에너지절약, CO2 발생은 전혀 없기 때문에 국제환경협약을 준수한 환경친화적 냉방공급 네트워크를 구축한 냉열이용 집단에너지 공급시스템을 시급히 도입하는 것이 바람직하다.

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.

해당 언어로 번역 중 입니다.