지구를 둘러싸고 있는 대기는 기본적으로 매우 불안정해서 끊임없이 이동한다. 대류권에서의 바람은 지역적인 특성에 따라 달라지기도 한다. 건조한 지역의 대기는 열함량이 큰 수분이 적기 때문에 쉽게 가열되거나 냉각된다. 산악 지형도 기류의 특성에 큰 영향을 준다. 바다나 호수 주변의 대기는 습도가 높기 때문에 전혀 다른 특성을 나타낸다. 불안정한 대류권에서 나타나는 바람은 엄청난 에너지를 가지고 있다. 태풍이나 토네이도의 엄청난 파괴력도 그런 에너지에 의한 것이다.

그런 바람의 에너지를 이용하는 것이 바로 ‘풍력’이다. 풍력을 이용하려는 시도는 최근에 처음 시작된 것은 아니다. 10세기경 페르시아에서 처음 사용되었던 것으로 보이는 풍차가 그 시작이었다. 풍력 발전기는 제방이나 산간 오지에도 쉽게 설치해서 운전할 수 있기 때문에 국토의 효율적인 활용에도 도움이 된다. 풍력 발전으로 얻을 수 있는 에너지의 양은 일반적으로 풍속과 회전 날개 직경에 의해 결정된다. 최근의 기술 개발 덕분에 풍력 발전 단가도 충분히 낮아졌다. 대규모 풍력 발전 시설을 운영하고 있는 미국이나 독일의 경우에는 원자력이나 화력 발전과 비슷한 수준으로 개선된 상황이다. 최근에는 회전 날개의 직경이 100미터에 이르고, 발전용량이 5메가와트에 이르는 초대형 풍력 발전 시설도 개발되었다. 지역적 특성에 따라 다양하게 활용할 수 있는 풍력 발전기가 개발되어 있다.

그러나 바닷물의 에너지를 이용하는 것도 결코 쉽지는 않다. 조력발전을 위해서는 밀물과 썰물의 효과를 극대화하기 위한 조력댐을 만들어야 한다. 밀물로 밀려들어오는 바닷물을 댐 안에 가둬두었다가 댐의 안과 밖의 수위차가 최대가 되는 썰물에 맞춰 방류하는 과정에서 전기를 생산하는 것이다. 조수에 따라 정해진 시간에만 발전을 할 수 있고, 조력댐을 만드는 비용이 상당하고, 환경에 부담이 될 수도 있다는 단점이 있다. 이렇게 볼 때 바닷물의 이동을 이용하는 에너지는 풍력과 마찬가지로 미래에너지의 대안이 되는데에 한계가 있다.

바이오 연료의 대표적인 특성은 ‘탄소 중립’(Carbon Neutral)이라는 점이다. 바이오 연료도 연소를 시키면 대기 중에 온실가스인 이산화탄소를 배출한다. 그런 점에서는 지구 온난화의 원인으로 비난을 받고 있는 화석 연료와 크게 다르지 않다. 그런데 바이오 연료에 들어 있는 탄소는 기껏해야 한해 전에 대기 중에서 흡수했던 것이다. 바이오 연료의 생산이 정상 궤도에 오르게 되면 바이오 연료의 생산과 소비가 함께 진행된다. 그렇게 되면 바이오 연료의 소비에 의해 방출되는 이산화탄소의 대부분을 바이오 연료의 생산 과정에서 다시 흡수하게 된다. 다시 말해서 지구 온난화에 대한 걱정을 상당 부분 덜 수 있다는 것이 바로 탄소 중립의 의미다. 그러나 바이오 연료의 원료 작물을 바이오 연료로 전환시키는 과정이 그렇게 단순하지는 않다. 상당한 양의 추가적인 에너지가 필요하고, 그런 에너지까지 고려하면 탄소 중립적 특성은 상당히 줄어드는 것이 사실이다.

바이오 에탄올은 옥수수와 같은 곡물이나 사탕수수에 들어 있는 당(糖)을 산소가 없는 상태에서 효모와 같은 미생물로 발효시켜 얻어지는 에탄올을 연료로 사용하겠다는 것이다. 기본적으로 술을 만들 때 사용한 것과 똑같은 발효 공정으로 최대 농도가 25% 정도의 에탄올 수용액이 얻어진다. 발효를 통해 생산된 에탄올을 연료로 사용하려면 상당한 양의 에너지를 이용해서 수분을 제거해야 한다. 발효액을 높은 온도로 가열해서 물과 에탄올을 분리하는 증류 공정을 거치면 에탄올의 농도를 96%까지 높일 수 있다. 농축한 증류 에탄올을 자동차의 연료로 직접 사용할 수도 있지만 수분을 완전히 제거한 후에 원유에서 생산한 휘발유의 옥탄값을 증가시키는 첨가제로 사용하는 것이 더 일반적이다.

② 바이오 디젤

그러나 바이오 에너지에 대한 논란도 있다. 바이오 연료의 원료가 되는 옥수수, 유채, 팜을 대규모로 경작하는 과정에서 엄청난 양의 물이 소비된다는 것도 문제가 된다. 앞으로 깨끗한 민물을 확보하는 일이 더욱 어려워진다는 사실은 이미 널리 알려져 있다. 에너지 공급을 위한 작물의 경작이 지나치게 늘어나면 자칫 식수로 사용해야 할 물까지 부족해지는 상황에 이르게 될 수도 있다. 또한 바이오 연료의 원료로 사용하는 작물의 대규모 경작 자체가 환경에 상당한 부담이 될 수 있다.

그런 이유 때문에 발생하는 것이 바로 최근에 가시화되고 있는 ‘애그플레이션’(Agflation)이다. 농산물 가격 상승은 단순히 우리의 식생활에만 영향을 미치는 것이 아니다. 옥수수를 비롯한 많은 양의 곡물들이 가축의 사료로 사용되고 있다. 따라서 곡물 가격의 상승은 육류와 유제품의 가격 상승으로 이어진다. 그것으로 끝나는 것도 아니다. 농산물의 가격 폭등은 결국 모든 공산품과 공공요금의 상승으로 이어지게 되고, 궁극적으로는 전 세계 경제를 파탄으로 몰아넣는 원인이 될 수 있다. 바이오 연료는 심각한 윤리 문제를 제기하기도 한다. 인간의 생존에 필수적인 농산물을 에너지 공급의 수단으로 이용하는 것이 과연 윤리적으로 허용될 수 있는 것인지에 대한 해석은 입장에 따라 달라질 수밖에 없다. 그런 윤리적 문제에 대한 사회적 합의는 근원적으로 불가능한 것일 수도 있다.

그러나 세상에 공짜는 절대 없는 법이다. 수소가 같은 질량의 석유 연료보다 훨씬 더 많은 열량을 내는 것은 사실이다. 그러나 수소는 매우 가벼운 원소이기 때문에 수소 연료는 석유 연료와는 비교할 수 없을 정도로 엄청난 부피를 차지한다. 가스 상태로 활용하는 프로판의 경우와 비교하더라도 같은 온도와 압력에서 수소의 부피는 프로판보다 22배나 더 크다. 더욱이 수소는 액체로 만들기도 매우 어려운 물질이다. 그래서 수소를 운반하고 저장하는 일은 간단하지 않다. 수소를 사용하는 자동차는 엄청난 크기의 연료 탱크를 싣고 다니거나, 불편할 정도로 자주 수소를 충전(充塡)해야 한다는 뜻이다.

현실적으로 가장 가능성이 높은 것은 천연가스(CH4)와 같은 탄화수소를 이용하는 것이다. 이미 천연가스에서 수소를 생산하는 효율을 극대화시키는 기술은 상용화가 가능한 수준으로 개발되어 있다. 그러나 천연가스는 직접 연료로 사용할 수 있는 화석 연료라는 사실이 문제가 된다. 굳이 비용과 노력을 들여서 수소로 전환시키는 것보다는 천연가스를 그대로 사용하는 것이 훨씬 더 경제적이라는 뜻이다.

결국 물을 수소와 산소로 분해시켰다가 다시 물로 되돌려보내기 위해서는 에너지를 투입해야만 한다. 다시 말하면, 물을 수소와 산소로 분해시키기 위해서 필요한 에너지가 수소를 연소시켜서 얻을 수 있는 에너지보다 클 수밖에 없다. 어떤 방법으로 물을 분해시키는지는 상관이 없다. 결국 물을 분해시켜서 얻은 수소를 에너지로 활용하는 것은 열역학적으로 지극히 어리석은 일이 될 수밖에 없다. 물을 분해한 수소를 사용할수록 물을 분해하기 위해 더 많은 비용을 낭비해야 하기 때문이다.

수소가 환경에 아무 영향을 미치지 않는다는 것도 진실은 아니다. 수소를 활용하는 방법은 수소를 산소와 함께 직접 연소시켜서 열을 발생시키는 방법과 연료전지(Fuel Cell)를 통해서 이용하는 두 가지 방법이 있다. 수소를 직접 연소시킬 경우에는 상당한 양의 물이 수증기나 액체의 형태로 환경에 배출된다. 수소를 대량으로 사용하는 경우에는 그렇게 배출된 물이 환경에 영향을 주게 된다. 연료전지를 사용하는 경우에는 황산과 같은 맹독성 전해질이 대량으로 필요하게 된다. 연료전지에서 만들어지는 물에서 그런 전해질을 분리해내는 일도 결코 간단하지 않다.

메탄 하이드레이트에 갇혀 있는 메탄도 천연가스와 마찬가지로 훌륭한 화석 연료다. 특히 천연가스의 주성분인 메탄은 완전 연소를 시키기가 쉽기 때문에 청정 연료로 환영을 받고 있다. 메탄을 연소시키면 이산화탄소와 물 이외에는 다른 오염 물질이 만들어지지 않기 때문이다. 그러나 메탄을 태울 때 배출되는 이산화탄소의 양이 다른 연료보다 적기 때문에 청정연료라는 주장은 잘못된 것이다. 오히려 메탄은 연소열이 적기 때문에 같은 양의 열을 얻으려면 다른 화석 연료보다 더 많은 양을 태워야 하고, 그래서 배출되는 이산화탄소는 오히려 더 많아지게 된다. 교토의정서가 발효된 지금은 천연가스를 무작정 청정 연료라고 주장할 수는 없게 됐다.

하이드레이트를 고체 상태로 끌어올리지 못하는 것도 문제가 된다. 끌어올리는 과정에서 온도가 높아지고, 압력이 낮아지면 하이드레이트를 이루고 있는 얼음이 녹아버리고, 그 속에 갇혀 있던 메탄이 가스 상태로 빠져나오게 된다. 그런 메탄이 대기 중으로 배출되면 문제는 정말 심각해진다. 메탄은 이산화탄소보다 20배 이상 더 강력한 온실 가스이기 때문이다.