<이전 글: [오가닉 에너지] 기후변화에 대처하는 자세: 무엇이 문제인가?>

지난 7월 제인구달 박사의 강연을 듣기 위해 이화여대 대강당에 많은 사람들이 모여들었다. 티케팅이 1분 컷이었을 정도로 망가진 지구와 환경에 대한 관심은 뜨거웠다. 그녀는 ‘희망’의 메시지를 던졌다. 희망이란 막연한 생각이나 바람이 아니라 ‘실천’이며 매일 작게라도 행동하고 주변을 전염시키는 삶을 멈추지 말아야 한다고 강조했다. 90세를 맞이한 그녀는 온 삶을 통해 이 메시지를 전해왔다. 남은 삶도 파괴된 자연의 복원을 위해 헌신하겠다는 말에 감동과 희망이 일렁였다.

보통 사람이라면 할 수 없는 헌신과 희생이며 사랑의 실천일 것이다. 우리는 그녀의 사랑을 배우고 싶고 실천하고 싶다. 다만 오늘은 이 감동의 메시지와 별개로, 함께 하는 작은 행동이 주변만 변화시키는 것이 아니라 기하급수적인 결과를 현실적으로 가져올 수 있다는 점에 주목하고자 한다. 이를 위해서는 문제의 핵심을 정확히 이해하고 틀 밖에서 답을 찾아와야 한다. 제인구달 박사의 사랑의 메시지는 가슴에 품되 실천은 더 냉정하게 하자. 각자의 삶에서 뭔가 좋은 일을 하고 있다는 위로가 아니라, 진정으로 기후변화를 종식시키는 것이 목적이라면 이 글을 계속 읽어주기 바란다.

당면한 문제는 지수함수적(비선형적)이다

그녀는 2020년 월드 이코노믹 포럼(WEF) 패널에서 ‘지금의 기후환경 문제는 인구가 너무 많아서이고 인구의 수가 500년전(현재의 1/20 수준)이면 아무 문제가 없을 것이다(“We cannot hide away from human population growth. Because, you know, it underlies so many of the other problems. All these things we talk about wouldn’t be a problem if there was the size of population that there was 500 years ago.”)’라고 얘기한 바 있다. 아마도 문제의 심각성을 강조하기 위해서였을 것이다. 물론 지금에 와서 숫자를 억지로 줄일 수도 없고 (앞선 글에서 다룬 것처럼) 안타깝지만 모든 사람들이 희생과 절약, 헌신을 통해 기후변화의 위기를 해결할 수도 없지만, 심지어 문제의 핵심은 다른 데에 있다.

아래 그래프는 최근 500년간 인구가 어떻게 증가해왔는지 보여주고 있다. 500년 전의 인구수는 5억명 수준으로 2021년 기준 인구수 80억명의 1/20이다. 지구를 해치는 인구의 숫자가 이렇게 많이 늘어났다는 것이 아니다. 우리가 당면한 문제가 선형적이지 않고 ‘기하급수적’인 속성을 가지고 있다는 것이다.

에너지 사용량의 증가 속도는 더 빠르다. 지난 100년 간 인구 수는 4배, 이에 비해 에너지 사용량은 10배 가까이 늘었다. 역시 강조하고자 하는 것은 몇 배가 늘어났다는 것이 아니다. 인구 수와 에너지 사용량이 ‘기하급수적’ 증가를 보이고 있다는 것이다. 지난 500년간의 인구 수는 기하급수적(지수함수적)으로 증가하고 있는 한편 여기에 제 3세계의 경제성장은 1인당 에너지 사용량을 크게 높이고 있다. 결과적으로 에너지 사용량은 인구 수 보다 더 빠른 증가를 보이게 된다. 

우리가 해결해야 할 문제의 핵심이 여기에 있다. 문제가 선형적이지 않고 ‘지수함수적(비선형적)’이라는 것이다. 현재 나와있는 해결책은 일인당 에너지 사용량을 줄이거나, 인구 증가를 억제하거나, (전기) 에너지 생산을 친환경적으로 대체하는 것들이다. 즉 모든 해결책이 선형적이다. 그런데 우리가 풀어야할 문제는 비선형적이다. 어떻게 선형적인 해결책으로 비선형적인 문제를 따라잡을 수 있겠는가? 심지어 지금의 선형적인 정책과 실천이 현실적이지도 않지만(조금은 기여한다. 기후미식과 탄소배출 줄이는 장보기 등 할 수 있는 한 나도 참여중이다), 설사 그런 실천을 100% 할 수 있다고 가정하더라도 비선형적으로 증가하는 문제를 해결하는 것은 산술적으로 불가능하다(지수함수의 저주 참조).

세상을 바라보는 사고가 선형적 틀에 갇혀있으면 해결책도 그 안에 머물 수밖에 없다. 어쩌면 우리가 당면한 문제의 본질이다. 선형적 틀을 깨고 비선형적 접근을 해야만 가능하다. 이미 늦었지만 지금이라도 시작하려면 어떻게 접근해야 하는가? 비선형적 문제에 대응하는 해결책은 비선형적 접근 뿐이다. 지수함수적 접근이다. 즉 억제, 규제, 대체가 아니라 풍요, 자유, 참여를 통해 가속도를 낼 수 있는 접근법이다. 절약이 아니라 풍요에서 답을 찾아야 한다.

절약이 아닌 풍요를 통한 해법

이를 위해 제안하는 오가닉 에너지 생태계는, 살아있는 에너지 생태계를, 모두의 참여로 만드는 것을 말한다. (1) 참여자 개개인에게 경제적 이익이 되기 때문에 (2) 우리 모두가 주체가 되어 (3) 지속가능한 에너지를 생산/유통/소비하는 (4) 풍요로운 에너지 생태계(abundant energy ecosystem)를 말한다. 태양광을 에너지원으로 전기를 생산하고, 이를 배터리에 저장하고 유통하여, 서로의 모든 에너지 수요를 만족시키는 생태계다.

풍요에서 답을 찾는다는 것은 모두가 쓰고도 남을 에너지를 생산, 유통, 소비한다는 것다. 오가닉 에너지 생태계는 전기가 콘텐츠다. 이는 가장 효율적이기도 하고, 누구나 생산할 수 있고, 실시간 유통이 가능하다. 이미 오가닉 미디어 세상에서 여러분 모두가 콘텐츠를 생산/유통/소비하고 있다. 하지만 올바른 미디어 환경 만들자고 하는 일은 아니다. 각자에게 이익이 되기 때문이다. 그 결과 정보의 양이 기하급수적으로 증가하고 있다. 오히려 넘쳐나서 문제다. 그런데 가짜뉴스가 넘치는 현실과 달리, 전기는 가짜 전기가 없다. 전기는 다 전기다.

이를 위해서 ‘모두’가 참여할 수 있는 가장 직접적이고 강력한 인센티브는 바로 경제적 이익이다. 경제적으로 더 유리해서 참여했는데 결과적으로 지구도 구하는 것이다. 경제적 이익 때문에 선택한 나의 작은 행동이 내 다음 세대를 구하는 결과까지 만드는 것이다. 인간의 욕심과 이기심을 이기는 사랑, 감동, 실천의 전염을 우리도 원하고 그런 삶을 살기 위해 노력한다. 이 위기가 우리에게 주는 메시지를 알아듣고 삶의 태도를 바꾸는 실행도 물론 필요하다. 그러나 우리에게 주어진 시간이 많지 않다. 앞선 글에서 언급한 자연의 섭리(욕망, 경쟁, 진화 등)에 기반한 접근, 이 글에서 논의하고 있는 지수함수적인 접근을 통해, 선형적 접근에서 비선형적 접근으로 완전히, 가능한 빠르게, 전환시켜야 한다.

에너지의 한계 비용을 0으로

전 인류가 움직이기 위해서는 가장 저렴한 에너지 솔루션이 가장 친환경적이고 지속 가능한 솔루션이어야 한다. 감동적인 메시지는 아니지만 가장 현실적이며 가장 효과적인 방법이다. 그래서 기후변화를 비선형적인 속도로 막을 수 있게 된다면 충분히 아름다운 협업이 아닌가. 정부, 환경단체 뿐 아니라, 소비자, 산업체들이 각자의 이익을 위해 행동하는데 결과는 화석연료를 사용하지 않는 지속가능한 에너지로의 완전한 전환을 가져오는 것이다.

이를 위해서는 에너지의 생산/유통/소비의 3가지 축이 균형을 이루어야 한다. 아주 단순하게 정리하면 생산 측면에서는 태양광 발전, 유통 측면에서는 배터리 기반 양방향 송배전, 소비 측면에서는 모든 에너지 사용의 전기화라고 할 수 있다.

생산: 태양광이 가장 경제적이다

아래의 에너지 플로우 차트는 각종 에너지원과 에너지 소비의 흐름을 보여주고 있다. 예를 들어 현재는 생산된 에너지의 32% 정도만 실제로 활용되고 나머지 68%는 열 등으로 낭비된다. 특히 휘발유가 중심인 교통수단은 79%의 에너지가 낭비되고 있음을 알 수 있다.

지금의 화석연료보다 더 저렴하고, 풍부하고, 깨끗한, 그리고 지속가능한 에너지원이어야 한다. 이러한 조건을 만족하는 에너지원은 태양 밖에 없다. 가장 경제적이기 때문이다. 태양광만이 직접적으로, 그래서 가장 효율적이고 저렴한 방식으로 에너지를 생산한다. 풍력이나 수력도 결국 태양 에너지를 변환시킨 것이며 전기 생산을 위해 여러 단계를 거쳐야 한다. 물론 풍력이나 수력 발전 등이 사라질 것이라는 것은 아니다. 2019년 기준으로도 태양광과 풍력이 가장 저렴한 에너지원(LCOE 기준)이고 지속적으로 원가가 하락할 것으로 예측된다. 다만 태양광 발전은 발전단가가 다른 발전 방식에 비해 훨씬 가파르게 하락(생산량이 2배가 될때 단가가 20% 하락)하고 있다. 

단가가 가장 저렴해지는 추세 외에도 태양광 발전은 다른 발전 방식에 비해 몇 가지 장점이 더 있다. 기계적 장치(터빈 등)가 없이 태양광을 직접적으로 전기로 변환하기 때문에 연료비용 즉 한계생산비용이 0이고 유지비용도 거의 들지 않는다. 물론 누구나 태양광 발전을 할 수 있으며 확장성(Scalability)도 높다. 결론적으로 누구나 가장 경제적으로 전기를 생산할 수 있는 방법인 것이다.

유통: 에너지 저장이 필수적이다

지금까지의 전기의 유통(송배전)은 생산자와 소비자의 분리를 전제로 한 온디맨드 일방향 체계였다면 앞으로의 유통은 생산자, 소비자의 일체화를 전제로 한 저장(storage) 기반 양방향 유통 체계다. 

앞선 글에서도 강조했지만 문제는 태양광이 간헐적이라는 것이다. 24시간을 기준으로 약 8시간만 빛을 얻을 수 있다. 따라서 지금 절대적으로 필요한 것은 무엇보다 에너지의 저장이다. 그런데 태양광으로 완전 전환되면 지금의 수요를 충족하는 정도의 에너지가 아니라 훨씬 더 많은 에너지가, 그것도 한계비용 0으로 생산될 것이다. 저장 용량을 아무리 늘려도 잉여 에너지를 다 담을 수 없게 된다는 뜻이다. 이렇게 태양광의 간헐성 때문에 구조적으로 발생하는 초과용량(overcapacity)은 오히려 완전히 새로운 수요를 창출하는 데에 쓰일 수 있다. 지금은 전기가 비싸서 생각하지도 못하는 곳에 저렴하게 공급이 가능해진다(일명 ‘수퍼 파워’라고도 부른다). 기존의 발전소는 생산비용 절감을 위해 생산단축(curtailment)으로 대응했지만 태양광의 경우는 구조가 반대인 것이다.

인터넷이 정보의 한계비용을 0으로 만듦으로서 수많은 혁신의 기반이 되었듯이, 오가닉 에너지 생태계는 전기의 한계비용을 0으로 만듦으로서 기존에는 비용 때문에, 상상력 부족으로 불가능했던 수 많은 혁신(예를 들어, 남는 전기로 탄소 포집, 담수화 등)의 기반이 될 것이다. 안타깝게도 현재까지 설치된 전세계 배터리 저장용량은 28GWh로, 필요한 배터리 저장용량의 고작 0.01% 수준이다. 아무리 태양 에너지 생산을 끌어올린다고 해도 저장 장치가 준비되어 있지 않으면 소용이 없다.

일부 수요를 제외하고는 일반적으로 배터리라 불리는 화학전지가 주축을 이룰 수 밖에 없을 것이다. 화학 전지(대표적으로 리튬 이온 배터리), 열 전지(Thermal Battery), 수소(전기분해로 만든 수소를 연료전지로 전기화) 중에서 배터리가 가장 효율적이면서 경제적이기 때문이다. 태양광과 마찬가지로 배터리의 가격도 지속적으로 하락될 것으로 예측된다. 배터리는 태양광 발전과 같이 저장의 한계비용이 0에 가깝고 누구나 설치할 수 있으며 확장성(Scalability)이 높다.

이러한 유통체계의 사례 중 하나는 가상발전소(Virtual Power Plant)다. 예를 들어, 테슬라는 2022년도 여름 캘리포니아에서 3500가구의 배터리를 묶어 50MW(작은 피커 플랜트 규모)의 전력을 공급하는 발전소의 역할을 했다. 이를 위해 테슬라는 전력을 공급하기 전에 미리 참여 가구의  배터리를 충전시키고, 전력 공급 기간 동안(약 2시간) 배터리를 방전시킨 후 참여 가구들에게 kWh당 2달러를 정산해 주었다.

이렇게 누구나 생산, 유통, 소비에 참여할 수 있기 위해서는 기존의 그리드가 소위 ‘스마트 그리드(smart grid)’화 되어야 한다. 한마디로 누가, 언제, 얼마나 전기를 생산하고 유통하고 소비하는지 실시간으로 기록하고 관리하고 정산할 수 있어야 한다. 즉 모든 발전 및 유통 자원의 컴퓨터화가 필요하다. (마지막 3편 ‘배터리의 네트워크’에서 자세히 다룰 예정이다.)

소비: 전기가 가장 경제적이다

지금까지 전기는 우리의 에너지 소비의 일부분을 차지해왔다. 우리는 천연가스를 태워 난방을 하고 음식을 만들며, 휘발유를 태워서 이동한다. 기업의 경우도 다르지 않다. 하지만 앞으로는 에너지를 소비하는 모든 장비, 프로세스가 전기화(electrification)될 수 밖에 없다. 가장 효율적이고 경제적이기 때문이다.

예를 들어 자동차 ‘모닝’으로 출퇴근하며 한달에 1,000km를 주행한다면, 연비 약 20km/L 를 가정할 경우 한달간 50 리터의 휘발유를 사용하게 된다. 이를 전기 에너지로 환산하면, 휘발유가 1 리터 당 8.9kWh의 에너지를 가지고 있으므로, 445kWh가 된다. 전기보다 3배가 넘는 에너지가 필요하다. 예를 들어 실제 전비가 6.67km/kWh인 테슬라 모델 3의 경우 1,000km를 주행하면 150kWh를 사용한다. 에너지의 생산과 유통 비용을 고려하지 않고 소비의 측면에서만 봐도 3배 효율적이다. 난방 관점에서는 히트펌프가 3~4배, 조리관점에서는 인덕션 레인지가 2배 이상 기존의 가스 기반 장비에 비해 효율적이다.

따라서 소비 측면에서 화석연료 사용을 가장 획기적으로 줄일 수 있는 선택은 전기차를, 히트펌프를, 인덕션 레인지를 사용하는 것이다. 물론 현재는 가정에서 모두 전기 제품으로 바꿨을때 우리나라의 누진세 정책으로 인해 가장 저렴한 선택이 아닐 수 있다. 하지만 오가닉 에너지 생태계로 간다면 이를 위한 정책도 동반될 수밖에 없을 것이다. 

문제는 전환의 속도다. 이처럼 경제적 측면에서 볼 때 에너지 소비는 100% 전기로 전환될 수밖에 없지만 그 전환의 시점을 얼마나 당길 수 있느냐가 관건이다. 지금과 같이 문제의 핵심을 이해하지 못하고 선형적 사고에서 해법을 찾는 오류, 에너지 관련 모든 기업들의 헤게모니에 빠져있으면 이 시기를 앞당길 수 없다. 에너지 소비의 비선형적 증가의 속도를 전환 속도가 따라잡아야 가능하다. 소비자의 참여로 판도를 바꿀 수 있다.

에너지는 죄가 없다

우리 모두가 전기의 생산, 유통, 소비에 참여하는 생태계는 한마디로 깨끗하고, 지속가능하고, 넘치는 에너지를 무료에 가깝게(매우 저렴하게) 사용할 수 있는 생태계다. 생산, 유통, 소비의 관점에서 구조적인 변화다. 에너지 절약으로, 재활용으로, 규제로, 희생으로, 헌신으로 문제를 해결할 수 있다면 이 글을 쓰지 않았을 것이다. 아무리 절약해도 탄소중립을 달성할 수 없다. 절약으로 지구를 구하려는 노력은 논리적인 오류다. 물론 낭비없는 삶, 나아가 생명의 공존을 위해 우리는 각자 실천하고 또 서로를 깨워줘야 할 의무가 있다. 다만 이 글은 ‘기후변화의 종식’을 위해 어떤 접근이 필요한지에 관한 것이다.

에너지 절약에서 해법을 찾는 선형적 사고를 비선형적으로 전환, 생산 중심의 사고를 생태계 중심의 사고로 전환, 소비 중심의 사고를 참여 중심의 사고로 전환해야 가능하다는 메시지를 전하고 싶은 것이다. 소비 자체가 나쁜 것이 아니다(인간의 과욕과 과소비 등의 문화, 사회, 철학적 이슈는 우리의 다른 글들에서 다루고 있다). 소비에 따라 발생하는 부작용 즉 온실가스 배출을 제거할 수 있어야 하며 이를 위한 생태계를 구축하는 것이 답이다. 지금까지 살펴본 것처럼, 오히려 더 풍요로운 에너지 생태계를 만들어 이미 망가진 지구의 생태계를 복원하는데 사용해야 한다. 에너지는 죄가 없다.

원자력을, 석탄 발전을, 태양광, 풍력, 수소 발전으로 대체하는 것으로 문제가 해결되지 않는다. 대체 수준이 아니라 무한한 에너지가 공급되는 생태계를 만들어야만 가능한 일이다. 이러한 생태계는 화석연료 기반의 시스템을 유지하는 것보다 더 적은 비용으로, 점진적으로 시작하지만, 기하급수적으로 성장이 가능하기 때문에 우리가 가진 기후환경 문제를 해결할 유일한 해결책이다. 단순한 비전이나 허황된 꿈이 아니라, 가장 현실적인 해법이며 기술적으로 이미 가능하다.

시리즈 마지막 글에서 ‘배터리의 네트워크’를 통해 구체적인 예시를 살펴보도록 한다. 그래서 제인구달 박사님의 아름다운 메시지, 우리 모두가 사소한 일상의 삶에서 참여함으로서 얻을 수 있는 결과를 가서 만날 수 있기를 바란다.

* 많은 공유와 피드백 부탁드리고 글을 인용하실 때에는 반드시 다음과 같이 (링크를 포함한) 출처를 밝혀 주시기를 부탁드립니다.
* 인용 예시: 노상규, 윤지영, [오가닉 에너지] 풍요에 답이 있다, 오가닉 미디어랩, 2023, https://organicmedialab.com/2023/08/22/organic-energy-abundance-is-the-answer/

August 22, 2023

Sangkyu Rho, PhD
Professor of Information Systems
SNU  Business School

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Dr. Agnès Yun (윤지영)
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