인류는 지열 에너지의 황금기에 진입하고 있을까?

약 섭씨 6,000도. 지구의 핵은 태양만큼 뜨겁다. 지구 표면 아래 2,000~5,000미터의 온도는 섭씨 60~200도까지 치솟을 수 있으며, 화산 지역에서는 표면 온도마저 400도에 이를 수 있다. 이러한 자연 현상은 엄청난 잠재적 열 기반 에너지를 만들 수 있다. 알려진 바와 같이 인류의 조상들은  지열 에너지의 힘에 익숙했다. 서기 1세기에 이미 지금의 아헨과 비스바덴으로 알려진 서부 독일 도시에 살고 있던 로마인들은 온천수로 집을 따듯하게 하고 목욕탕의 물을 뜨겁게 데웠다. 뉴질랜드에서는 마오리족이 지구의 열을 이용하여 음식을 조리했으며, 1904년에는 이탈리아 중부의 라데렐로에서 전기를 생산하기 위해 지열 에너지를 사용한다. 

 

 

화산 지역은 지열 에너지를 전기로 전환한다

현재 30개국 400여 개 발전소에서는 지표면 아래에서 발생하는 증기를 이용해 총 16 기가와트(GW)의 전력을 생산하고 있다. 이 전기 생성 방법은 미국, 멕시코, 엘살바도르, 아이슬란드, 터키, 케냐, 인도네시아, 필리핀, 뉴질랜드를 포함하여 태평양 불의 고리를 따라 있는 화산 지역에서 특히 중요하다. 그러나 전 세계적으로 지열 에너지는 발전량의 0.5%에 불과하다.

 

깊은 지열 에너지의 열은 모든 곳에서 사용할 수 있다

전 세계적으로 지열 에너지는 주로 수영장, 건물, 온실 난방 및 도시 난방 시스템에 사용된다. 최대 200°C의 물이 최대 5,000m 깊이의 시추공에서 펌핑된다. 그런 다음 열이 추출되고 냉각된 물이 두 번째 보어를 통해 다시 펌핑된다.

 

이 열 포집 방법은 전 세계적으로 실현 가능하고 저렴하며 화산 활동이 적은 국가에서도 점점 인기를 얻고 있다. 글로벌 재생 에너지 현황 보고서의 평가에 따르면 지열 발전소의 설치 용량은 현재 전 세계적으로 38GW로, 현재 전기를 생산하는 지열 발전소 용량의 두 배 이상이다.

 

현재 중국(14GW), 터키(3GW), 아이슬란드(2GW), 일본(2GW)은 심층 지열 에너지를 개발하고 점점 더 많은 도시 지역과 온실을 난방하는 데 앞장서고 있다. 독일의 뮌헨시는 이미 저렴한 지열 난방을 즐기고 있으며 2045년까지 전국적으로 기후 중립적인 열 공급을 가능케 하기 위해 심층 지열 에너지를 추가로 개발하는 것을 고려하고 있다. 연구에 따르면 심층 지열 에너지는 70GW의 설치 용량에서 연간 약 300 테라와트시의 열을 생성할 수 있다. 이는 모든 건물의 미래 열 에너지 수요의 절반에 해당한다.

 

열펌프를 사용하여 지구 표면에서 열을 추출한다

점점 더 많은 지열 에너지가 열펌프를 사용하여 지구 표면에서 가까운 소스로부터 길어 올려지고 있다. 50~400미터 깊이의 시추공에서 폐쇄형 파이프 시스템은 물을 지표면에서 지하로 운반한 다음 다시 10~20°C로 가열한다. 그런 다음 히트 펌프는 이 에너지를 사용하여 30~70°C의 물을 배출한다. 그런 다음 건물 난방에 사용된다.

연구원들은 독일에서 이 얕은 지열 에너지를 사용하는 것이 깊은 지열 에너지와 유사한 난방 잠재력을 제공한다고 믿고 있다. 독일에서는 이 두 가지 기술만으로도 건물에 대한 미래의 전체 난방 수요를 충족시킬 수 있다.

 

심층 지열 에너지의 열 비용은 얼마일까?

6개 독일 연구 기관의 분석에 따르면 심층 지열 에너지로 열을 생성하는 비용은 킬로와트시(kWh) 당 3유로 센트 미만이다. 러시아가 우크라이나를 공격하기 전에 천연가스는 유럽의 많은 도시에서 이보다 훨씬 저렴하게 열을 생성할 수 있었다. 따라서 심층 지열 발전소 건설에 투자하는 것이 매력적이지 않았다. 그러나 러시아의 침공 이후 휘발유 가격의 급격한 상승으로 비용이 kWh당 12센트 이상으로 올랐다. 지자체는 이제 열 공급을 위한 심층 지열 에너지에 큰 관심을 보이고 있다.

 

지열 에너지가 열 수요를 완전히 충족시킬 수 있을까?

아니다. 비록 전 세계 건물의 난방 수요는 심부 지열 에너지와 표면 근처 지열 에너지의 거의 무제한적인 잠재력으로 충족될 수 있지만 산업 응용 분야에는 때때로 200도 이상의 온도가 필요하며, 현재 기술로는 일반적으로 지열 에너지로는 이 온도에 도달할 수 없다. 이러한 고온의 경우 전기, 바이오가스, 바이오매스 및 그린 수소 등이 기후 친화적인 대안이다.

 

심층 지열 에너지는 얼마나 빨리 열 공급을 시작할 수 있나?

지난 세기 동안 석유 및 가스 산업은 특히 지구 지하, 시추 기술, 직원 교육 방법에 대한 상당한 지식을 축적했으며 정교한 기술을 개발했다. 전문가들은 석유 및 가스 산업이 지열 에너지에 관심을 기울이면 지열 에너지가 빠르게 확장될 수 있다고 말한다. 그러나 더 많은 돈을 벌기 때문에 석유와 가스 생산에 계속 집중한다면 지열 에너지를 빠르게 확장하기 위한 인력과 시추 기술이 부족할 것이라고 한다. 독일 정부는 관료들의 승인 기간을 단축하여 2030년까지 열 에너지 생산을 현재 1테라와트에서 10배로 늘리기를 원하고 있다. 

 

깊은 지열 에너지가 지진을 일으킬 수 있나?

그럴 수도 있다. 지진 활동이 있는 지역에서 지열 에너지는 물이 너무 높은 압력으로 지하에 주입될 때 작은 지진을 유발하여 기존 응력을 유발할 수 있다. 경우에 따라 건물에 균열이 생기는 정도도 있을 수 있다. 그러나 근본적인 응력이 없는 지역에서는 지진이 보고된 적이 없다고 알려져 있다.

 

한편, 지열 기술도 개선되었다. 이제 지하수 압력을 낮추고 보다 정교한 모니터링 방법을 통해 표면 진동을 피할 수도 있다. 전문가들은 석유, 가스 및 석탄 추출과 비교할 때 지열은 인류의 삶과 자연 환경에 훨씬 덜 위험하며 지구에서 가장 안전한 에너지원이라고 말한다. 

 

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