힘과 에너지, 그리고 에너지 전환

 

                                                                           에너지 나눔 연구소장  심재철

 

 

‘과학적 사실을 단순히 암기하고 있지는 않은가요?’

심재철 강사님이 가장 먼저 교육생들에게 던진 물음이다.

 

 

 

 

'상현달과 하현달을 제대로 구분하는지요?'

달은 월령에 따라 뜨고 지는 시각과 위치가 결정된다. 월령이 커짐에 따라 매일 같은 시각 천구상에서 약 12~13도 정도 동쪽으로 이동한다. 즉 달은 매일 50분 정도씩 늦게 뜬다.

보름달이 지는 걸 한번만 제대로 지켜봐도 알 수 있다.   

 

 

'물방울이 왜 식물에서 떨어지지 않을까?'

만유인력 법칙 중력은 아래로 당기고 있다. 그런데도 물방울은 떨어지지 않는다.

접착하고 있는 그 힘은 무엇일까?

 

 

 

 

오늘 강의를 통해 그 힘의 근본 정체에 관해서 알아보기로 한다.

원소와 원자의 차이는? 원자는 개수를 원소는 종류를 나타낸다.

전골과 찌개의 차이는? 전골을 앞에서 끓이는 것, 찌개는 끓여서 나오는 것.

쿠키와 크래커, 행성과 항성, 크래커는 구멍이 뚫려있다.

밤하늘에서 위치가 변하지 않는 별들을 항성이라 하며, 하늘에 붙박여 있다. 움직여 다니는 것은 행성이다.

 

힘이란 물체의 운동 상태 또는 모양을 변화시키는 원인이다.

폭발력, 열팽창은 큰 힘을 갖고 있다.

팽창하는 힘에 맞서는 힘의 정체는? 태양의 크기가 변하지 않는 이유는?

교육생들의 호기심을 극대화 시킨다.

폭발하는 힘에 맞서는 힘이 뉴턴의 사과와 만유인력이다.

지구 만유인력이 중력이다. 중력은 오늘 배울 네 가지 힘 중에서 가장 약한 힘이다.

    

 

중력에 맞서는 힘: 원심력 ->운동에너지

 

달의 기조력 : 달의 인력 차(차동중력)에 의해 바닷물이 지구의 양쪽으로 부푸는 힘이다.  

교대로 뜨고 지는 해와 달이 인류 삶에 지대한 영향을 준다.

시화 호 조력발전소는 지구의 중력을 이용한 발전소다.

 

중력보다 센 힘 : 식물의 물관을 따라 높은 곳으로 오르는 물. 물을 오르게 하는 힘이

오늘 강의에서 제일 중요하다. 바로 전기력이다. 전기력은 중력보다 훨씬 세다.

지구 공전 속도는 총알 속도 보다 빠르다.

지구에서 가장 작은 원자는 수소 원자다.

세상의 모든 물질은 전자와 양성자로 구성되어 있다.

같은 극끼리 밀쳐내는 센 힘을 생각해 본다.

 

    

 

중력<전자기력<원자력(강력, 약력)

지구는 산소가 지배하는 세상이다. 세상의 변화는 산소의 접근으로 시작된다.

산소가 부족해지면, 심장이 빠르게 뛰고 혈압이 높아진다.

머리카락의 단백질 전자를 비비면, 순간적 전기력이 생긴다. 정전기다.

다이아몬드도 정전기의 힘으로 뭉쳐져 있다.

전기력은 중력보다 훨씬 세다. 앞에 언급했던 모세관 현상도 그 중 하나다.

 

힘의 종류?

 

다이아몬드는 탄소끼리 결합이다.

흑연으로 다이아몬드를 만들 수 있지만, 납으로 금을 만들 수 없다.

원자력은 강력과 약력이 있다. 마찰력, 마력(HP), 탄성력, 근력, 화력

양성자의 개수를 원자 번호라 하며 이는 원소의 종류를 결정한다. 우라늄은 +를 92개 갖고 있다. 우라늄 235의 원자핵이 중성자를 흡수하면 2개의 다른 원자핵으로 분열하는 것을 핵분열이라고 한다. 이때 분열하는 원자핵은 전혀 다른 물질로 변화하면서 엄청난 열을 발생하게 된다.

철은 지각에 약 5％ 정도 함유되어 있으며, 금속 중에서는 알루미늄 다음으로 많이 존재한다. 원소 중에서는 산소(O), 규소(Si), 알루미늄(Al) 다음으로 많이 존재한다. 철(fe)보다 무거운 원소는 초신성 폭발 시 만들어진다.

 

에너지란 : 일을 할 수 있는 능력

 

일을 해주면 운동에너지가 생긴다. 운동에너지가 소비되면서 일을 한다. 1주울은 0.24

질량도 중요하지만, 속도가 중요하다. 

모든 에너지는 태양에서 별에서 만들어진다.

아파트의 베란다, 자동차 내부도 완벽한 유리 온실이다.

 

탄수화물, 지방, 단백질 중 단백질은 몸에 축적되지 않는다.

쓰고 남은 단백질은 소변으로 배출된다. 단백질 양을 줄여야 골다공증을 예방할 수 있다.

칼슘도 매일 먹은 필요한 양 이상은 소변으로 배출한다. 지방과 탄수화물은 몸에 저장된다.

고기 먹는 양을 줄이면, 지구 온난화를 막을 수 있다.

 

온실효과란 무엇인가.

 

물이 적외선을 많이 흡수한다.

복사열은 적외선이다. 유리와 비닐이 잘 흡수한다. 땅 위의 온실과 거울 위의 온실 중 땅위에 설치한 온실 온도가 더 높게 올라간다.

한 여름 밤의 불청객 열대야 현상도 적외선이 습도와 만나 온도가 높아지기 때문이다.

공기 중 이산화탄소는 한 번 날아가면, 다시 돌아오지 않는다.

온실효과와 행성의 평균기온 - 수성보다 뜨거운 금성. 수성은 대기층이 없고, 금성은 두꺼운 이산화탄소 대기층을 갖고 있다.

 

 

 

 

기후변화란?

 

일정한 지역에서 장기간 걸쳐서 진행되고 있는 기후의 변화.

지구의 온도는 이산화탄소 농도와 관계가 있다.

이산화탄소의 농도가 높아지면, 온도가 높아진다. 

 (지구 온난화 동영상 감상 / 지구는 6도의 기온하강으로 빙하시대를 맞았다. 2도 더 오르면, 생물권에 커다란 변화가 생긴다. 남태평양의 섬나라 투바로는 바다 속으로 가라앉는다. 3도 더 오르면 지구의 균형이 무너진다. 현재 지구의 기온은 0.8도 오른 상태)

 

지구환경문제: 지구가 점점 더워지고 있어요.

예) 얼음 땅이 호수로 바뀐 사례. 해수면 상승과 기상이변

기후 변화대응 -> 우리가 할 수 있는 일은 ?

 

 

 

 

 

    

 

 

 

 

에너지 전환, 에너지 자립

 

 

                                                   에너지기후정책연구소 연구부소장       김현우

 

 

상상과 현실, - 김현우 강사님은 뉴욕, 지구, 태양계, 은하계가 담긴 슬라이드를 보여준다.

지구가 0.7~0.8도 상승하는 동안 한반도 1.4~1.7도 상승했다.

위기는 이제 시작일 뿐이다, <성장의 한계> 현실화를 들여다보면, 모든 게 피크다.

인류는 축소지향 삶을 살아야 한다.

 

 

 

 

화석에너지의 정체

 

화석연료란 고생대 살았던 생물의 잔해에 의해 생성된 에너지 자원으로 지하에서 형성된다.

화석연료에는 석탄, 석유, 천연가스, 오일샌드 등이 있다.

화석에너지는 1억년~2억 년 전 땅 속에 묻힌 효율 좋은 에너지인데, 인류는 100~200년 사이에

이 에너지를 모두 소비하려하고 있다. 유한한 에너지, 피크오일, 감싼 석유의 종말은?

미국은 1970년부터 개발되는 유전보다 폐쇄되는 유전이 점점 많아지기 시작하고 있다.

 

최근엔 오랜 세월동안 모래와 진흙이 쌓여 단단하게 굳은 탄화수소가 퇴적암(셰일)층에 매장되어 있는 셰일가스를 추출해 쓰고 있다. 전통적인 가스전과 다른 암반층으로부터 채취하기 때문에 비전통 천연가스로 불린다.

 

 

 

 

 

 

 

 

한국식량자급 율 24%정도.

현대사회는 자연까지 쥐어짜는 에너지 시스템을 갖고 있다.

현대식 닭 산란 게이지 면적은 한 마리당 A4지 한 장이다.

 

기후변화의 영향: 한국 아열대 국가화?

 

급격한 기후변화로 발전소 예방정비 주기도 날씨 변화에 대응하기 힘들어지고 있다.

꽃 매미는 동남아종으로 땅 속에서 자지도 않고 나무에서 그대로 깨어난다.

울지도 않는 매미다. 퇴치하려면 부화하기 전에 나무 전체를 베어내야 한다.

꽃 매미는 가죽나무를 좋아하는데, 지구 온난화로 우리나라에 가죽나무가 많아졌다.

나는 힘이 세서 거미줄에도 잘 걸리지 않고, 우리 생태계를 파괴하고 있다.  

 

  

기후난민 문제

 

에덴동산의 배경이 시리아였다고 하는데, 최근 시리아에서는 기후 난민이 생겼다.

해수 변 국가인 투발루, 발리 등도 위험에 처하고 있다.

기후변화의 책임과 불평등에서 한국은 6~7위정도 나라이다.

이는 기후변화에 미친 영향순위를 말한다. 기후와 에너지정의에 관한 강의가 이어진다.  

 

 

 

 

교토 의정서 : 기후변화 대응을 위한 국제 협약

파리협정의 주요내용과 미래는?

2020년 이후의 신 기후체제 합의 - 교토 체제는 선진국에만 감축의무 부과했으나, 2020년이후

신 기후체제에서는 모든 국가를 대상으로 적용할 예정이며, 195개국이 합의했다.

 

대안의 두 방향 : 완화와 적용

    

 

 

문재인 정부의 탈핵 탈 석탄 정책

 

기후변화 체제 이행체계 구축, 안전하고 깨끗한 미래에너지로 전환(탈 원전, 신 재생에너지 확대, 탈 석탄, 에너지신산업)

탈 핵 - 에너지전환의 개념(사진)

신재생 에너지는 불순물 거의 없으며, 연소조정 편리하며, 연소장치 간단하나, 기체로서 저장과 해상수송상의 제한 및 거액투자소요(LNG), 가격이 비싸다.(LNG/LPG)

 

한국 전력수급 패턴(하절기:일일)과 캘리포니아의 오리 커브(태양광 발전이 많아 한 낮의 사용량이 적다가 퇴근 후부터 급격히 올라간다. 캘리포니아는 제조업보다 가정 사용량이 많다.)

변동성 문제는 적응하고 소화해야 할 문제이다. 피크 분산과 조절로.

토트네스 에너지전환마을(TTT)은 에너지기술, 도시텃밭, 페스티벌, 지역화폐 유통 등을 실현하고 있다.

 

 

 

 

서울시 원전하나 줄이기 정책

 

서울시가 한국전체 전력소비 중 10.9%를 사용한다.

전력 자급 율은 2.95%(2011년 기준)이다.

원전하나 줄이기 10대 핵심사업은 도시 전체가 태양광 발전소인 햇빛도시 건설,

수소연료전지활용 ‘주요시설 에너지 자립’확보,

건물 에너지 효율 개선 사업 확대,

스마트조명 및 LED 보급의 획기적 확대,

에너지 저소비형 도시공간을 위한 컴팩트 시티 구축,

신축 건물 에너지 총량제 등 설계기준 강화,

카 셰어링 활성화, 에너지 분야 녹색 일자리 창출,

시민주도 에너지절약 실천운동 전개, 서울시 ‘에너지 재단’설치 및 운영 등이다.

   

 

에너지 자립마을

 

마지막으로 에너지 자립마을의 개념과 정의, 에너지 자립마을 사업의 개요, 에너지 자립마을 사업 현황 등을 알아보았다.

에너지 자립마을 사업 정량적 성과 중, 전력 소비량 2012년 대비 평균 12.2% 감소했다.

에너지 공동체 활동을 통한 에너지 시민 성장,

서울시 정책 홍보 효과,

에너지 전환 스토리 발굴,

서울시 에너지정책 실행 테스트베드 역할,

지역에너지 거버넌스 형성 등이 진행되고 있다.

 

  

 

 

 

 

                                                                                    

                                                                                                       모더레이터          박옥주