1900년대에 들어서면서 시작된 급격한 인구 증가는 에너지 사용량의 팽창을 야기했다. 문제는 사용하는 에너지의 95% 이상이 석유, 석탄, 천연가스 등 화석연료라는 데 있다. 화석연료는 연소될 때 열을 방출함과 동시에 이산화탄소와 수증기를 발생시킨다. 요즘 가장 큰 이슈가 되고 있는 지구 온난화 문제는 여기에서 비롯된다.
공기의 주성분인 질소와 산소는 태양빛 중 열기를 느끼게 하는 적외선을 흡수하지 않는다. 그러나 이산화탄소는 적외선을 잘 흡수한다. 따라서 대기 중의 이산화탄소 농도가 높아지면 이들이 태양빛의 적외선을 흡수해 대기 온도가 상승한다. 대기 온도가 상승하면 해수 온도도 높아지면서 대기 중의 수증기 함유량이 증가한다. 수증기도 태양빛의 적외선을 잘 흡수한다. 따라서 대기 중의 수증기 함유량이 높아지면 대기 온도가 더욱 증가한다. 대기 온도 상승은 추운 지방의 동토층과 해저 심해층 속에 갇혀 있던 메탄 가스를 대기 중으로 방출시키는데, 메탄 가스는 이산화탄소보다 적외선을 21배나 더 많이 흡수해서 대기 온도의 가파른 상승을 유도한다.
이처럼 지구 온난화는 자가 가속화 현상을 보인다. 즉 한 요인이 촉발되면 여러 요인이 동시 다발적으로 작동하게 돼 대기 온도, 수온, 해수면의 동반 상승이 가속적으로 일어난다.
자가 가속적으로 진행되는 지구 온난화 때문에 태풍, 지진, 해일의 강도와 빈도가 매년 크게 높아지고 있다. 더 큰 걱정거리는 지구 온난화가 심각한 식량 부족 사태를 유발한다는 점이다. 이미 도처에서 농작물의 작황 감소 현상이 현실로 나타나고 있고, 제주도·남해안·동해안에서는 바닷속 백화 현상이 급격히 이루어져 해조류의 고갈과 어패류 수확량 감소가 빠르게 진행되고 있다. 게다가 사막지역은 범위가 날로 확장되고 있다.
이대로 계속 가다간 약 30년 후인 2040년에는 지구 온난화의 악화로 인해 지구상의 인구가 지금보다 현저히 감소할 것이고, 100년 후인 2110년에는 인간이 멸종 위기에 처할지도 모른다는 우려도 있다. 그런데도 세계 최대 인구보유 국가인 중국과 인도에서는 화석연료 사용량이 매년 가파르게 증가하고 있다.
지구 온난화를 막기 위해서는 저렴하고 친환경적인 대체 에너지 개발을 서둘러야 한다. 친환경 대체 에너지는 태양력·수력·풍력·지력·조력을 들 수 있다. 이 중 수력·풍력·지력·조력은 환경친화적이기는 하나 얻을 수 있는 에너지의 양에 한계가 있다. 결과적으로 가장 풍부하고, 깨끗하고, 유망한 대체 에너지는 태양에너지다. 단지 10분 동안 지구에 내리쬐는 태양에너지만 저장해도 전 세계 65억 인구가 1년간 풍족하게 쓸 수 있다.
태양에너지의 활용법 중 하나는 태양빛을 전기에너지로 전환해 사용하는 것이다. 이를 태양전지라 하며 이미 여러 분야에서 사용되고 있다. 태양전지는 1839년 발견된 이후 제조기술의 향상을 통해 생산단가를 많이 낮추긴 했으나 아직도 기존의 전력보다 다섯 배 이상 비싸다. 더구나 최근 10년 동안에는 태양전지의 전력생산 효율이 거의 향상되지 않았다.
따라서 지구 온난화를 막기 위해서는 하루속히 다양하고 새로운 태양에너지 활용 방법들을 찾아야 한다. 이를 위해선 기초 과학에 희망을 걸어보는 수밖에 없다. 새로운 방법을 찾는 역할은 기초 과학이 담당하고, 방법을 찾아내면 공학적인 접근으로 개선해가기 때문이다.
이미 미국 로렌스버클리 국립연구소에서는 태양에너지 활용 방법을 찾기 위해 대규모 연구단을 발족했다. 이들의 임무는 태양빛을 이용해 물과 이산화탄소를 메탄올과 수소로 전환하는 방법을 찾는 것이다. 메탄올은 기존 자동차 연료주입 장치를 약간만 수정하면 당장 자동차 연료로 사용할 수 있다. 하루빨리 이러한 꿈 같은 태양에너지 활용 방법을 찾기를 기대해 본다.
우리도 속히 유능한 과학자들을 대거 투입해 새로운 태양에너지 활용 방법을 찾아야 한다.
윤경병 서강대학교 화학과 교수 yoonkb@sogang.ac.kr
