에너지로 연결된 세상 읽기 우리가 주변에서 관찰할 수 있는 에너지 중 하나라도 일상에서 사라진다면 어떤 일이 벌어질까요? 빛에너지가 사라진 세상은 어둠만이 존재할 겁니다. 열에너지가 없다면 겨울에 펭귄처럼 두꺼운 잠바를 입고 잠을 자야 합니다. 전기에너지가 사라진다면 가전제품이 없던 오랜 옛날 원시인처럼 생활해야 할지 모릅니다. 위치에너지를 제거하면 시냇물과 강이 흐르지 않고 물이 제자리에 고여서 썩게 됩니다. 운동에너지가 없으면 농구공과 야구공은 손에서 벗어나자마자 멀리 나가지 못하고 금세 멈추게 됩니다. 소리에너지를 없애면 아이돌 가수의 아름다운 노랫소리를 더 이상 들을 수 없습니다. 에너지가 가진 성질은 세상을 움직이는 동력원이며 자연현상을 설명하는 원리입니다. 인류는 약 150만 년 전부터 불을 사용해 왔다는 기록이 있습니다. 아주 오래전부터 인간은 외부 환경의 변화와 위험으로부터 자신을 보호하고 생존하기 위해 최소한의 에너지원을 찾아 사용해 왔습니다. 전깃불 대신 반딧불이를 유리병에 잡아서 불을 밝히던 시대는 역사박물관에서도 자리를 내줘야 할 만큼 아주 오래된 이야기입니다. 1880년경 조선시대 말기에 석유가 처음 소개되면서 호롱불을 밝히던 빛에너지는 세상을 바꾼 놀라운 발견이었습니다. 에너지는 인류 문명의 발자취를 따라 흐릅니다. 이 책은 인류가 사용해 온 다양한 에너지의 여정을 따라가며, 그 안에 숨은 흥미로운 이야기를 하나씩 풀어냅니다. 또한 10년 뒤, 100년 뒤의 지구는 어떤 에너지를 사용할지 함께 상상해 봐요.

저자 : 이상현 한국석유공사 글로벌기술센터에서 근무하고 있습니다. 지구과학 경시대회에서 금상을 받고 영일고등학교 대표로 서울시 과학 경시대회에 참가하며 과학자의 꿈을 키웠습니다. 세종대학교 지구정보과학과를 졸업하고, 영국 헤리엇와트대학교에서 석유공학 석사 학위를 받았습니다. 18년 차 에너지 전문가로, 남미, 중동, 중앙ㆍ동남아시아의 석유 개발 프로젝트를 맡아 전문성을 쌓아왔습니다. 또한, 베트남에서 주재 근무하며 생산 현장을 직접 경험했습니다. ‘찾아가는 미래 에너지 교육’ 강연을 통해 학생들과 소통하며, 과학기술을 더욱 쉽게 전하고자 글을 쓰고 있습니다. 국제석유공학학회(SPE)에 「히스토리 매칭 자동화」 관련 논문을 발표했으며, 지은 책으로 《석유야 놀자》, 《공룡이 사라진 자리에 주유소가 생겼다》가 있습니다.

ㆍ이 책의 구성 4 ㆍ한눈에 보는 에너지 분류표 6 ㆍ한눈에 보는 탄소중립 기술 7 ㆍ들어가며 에너지로 연결된 세상 읽기 8 ㆍ첫 번째 이야기 자연에서 시작된 에너지 세계 1 에너지와 자연현상 29 2 부싯돌을 발견한 인류 35 3 생활 속 에너지 41 4 에너지 소비 종류 49 5 에너지를 이해하는 두 가지 법칙 57 6 천연 자연 에너지 62 ㆍ두 번째 이야기 우리의 오랜 친구 천연자원 1 검은 돌 석탄 79 2 세계를 지배한 석유 86 3 청정에너지로 가는 천연가스 95 4 핵에너지 공급원 우라늄 102 ㆍ세 번째 이야기 신비로운 신재생에너지 1 모두를 위한 재생에너지 122 2 새로 발견된 신에너지 138 ㆍ네 번째 이야기 미래를 준비하는 에너지 1 깨끗한 청정 수소 158 2 최종 에너지 전기 166 3 에너지 저장 시스템 172 4 탄소 길들이기 179 5 스마트 에너지 관리 186 ㆍ다섯 번째 이야기 지구가 웃는 에너지 습관 1 에너지 효율성 202 2 환경보호는 또 하나의 에너지 절약 209 3 정의로운 행동 214 4 우리가 세상을 바꾼다 220 5 생태시민성을 갖춘 에너지 소비자 226 ㆍ나가며 에너지를 향해 내딛는 한 걸음 232 ㆍ참고 자료 234

(17쪽) 화력발전소가 1시간 동안 생산하는 전력량의 80분의 1 정도라고 합니다. 부엌에서 사용하는 작은 전구 10만 개를 1시간 동안 밝힐 수 있는 규모입니다. 자연현상에서 만들어지는 번개의 위력이 그저 놀라울 따름입니다. 사람은 물론이고 신과 싸우는 악마조차 당해 낼 수 없을 겁니다. 번개가 언제, 어디로 치는지 알 수 있다면 저장소에 가두어 에너지로 사용하면 좋을 텐데 말이죠.

(54쪽) 목적과 방법에 따라 에너지는 몇 단계를 거쳐 전환됩니다. 천연 에너지는 1차 에너지에서 출발해 2차 에너지, 그리고 최종 에너지로 바뀝니다. 경우에 따라 더 많은 단계를 거쳐야 소비자가 사용할 수 있게 되기도 합니다. 물론 이때 에너지 전환은 최초에 가진 에너지 크기가 마지막까지 전달되지는 못합니다. 전환 과정에서 손실이 발생하기 때문이에요. 에너지 손실은 마찰과 같이 외부에서 방해하는 원인에 따라 발생하며 에너지 산일이라고도 부릅니다. 전기는 발전소에서 수 킬로미터의 전선을 따라 가정으로 전달되는 과정에서 일부가 손실됩니다. 전선을 지나면서 발생하는 저항에 따라 일부가 열에너지로 바뀌기 때문에 발생하지요. 이를 전력 손실이라고 합니다. 튀김 소보로 빵이 집에 도착할 때 식는 현상도 에너지 손실입니다.

(56쪽) 계영배의 원리를 살펴보면, 술잔의 중심에 원통 모양의 통로가 있습니다. 이 통로는 두 개의 구멍으로 연결되어 있는데, 하나는 술잔 안쪽에서 바닥으로 이어지고, 다른 하나는 술이 일정량 이상 차면 흘러나가게 되는 구멍입니다. 술잔 안에는 술이 70% 이상 채워졌을 때 술잔 아래쪽에 있는 구멍으로 연
결되는 통로가 열리도록 설계되어 있습니다. 계영배의 숨은 비밀은 바로 사이펀(Siphon)의 원리입니다. 술이 빠져나가지 않도록 술잔 안의 기둥 모양 위쪽에 구멍 높이보다 부족한 듯 채워야 합니다. 높이에 따른 위치에너지를 이용해 욕심부리지 않는 삶을 살라는 지혜를 엿볼 수 있는 술잔입니다.

(61쪽) 애니메이션 〈포켓몬스터〉 속 피카츄는 볼에서 전기에너지를 생성합니다. 피카츄는 음식을 먹어 체내에서 화학에너지를 얻고, 이를 전기에너지로 바꾸어 볼 속에 저장합니다. 건전지처럼 볼 속에 가득한 전기는 언제든 번개 같은 기술을 사용할 때 방출됩니다. 전기자동차처럼 전기샤워로 충전할 수도 있습니다.
포켓몬 속 파이리는 같은 음식을 섭취한 뒤 열에너지로 전환합니다. 입에서 불을 뿜어낼 수 있는 파이리는 연소 조건을 만족시키는 연료를 입으로 분출합니다. 음식을 먹고 에너지를 자유자재로 전환하는 포켓몬스터는 상상력으로 만들어낸 작품입니다. 현실에서도 자유롭게 에너지를 전환할 수 있는 장치가 개발된다면 얼마나 좋을까요. 방전된 스마트폰도 언제든 다시 살아날 수 있을 텐데요.

(81쪽) 탄소가 얼마나 남아 있는지에 따라 무연탄 〉 유연탄 〉 갈탄 〉 토탄으로 분류합니다. 갈탄은 상대적으로 탄소가 적은 석탄의 종류입니다. 석탄이라고 하면 일반적으로 무연탄을 가리키며 우리나라 광산에서 주로 생산하던 종류입니다. 우리나라 화력발전소는 유연탄을 핵심 연료로 사용합니다.

(107쪽) 방사선은 동식물을 죽이거나 유전자 변형을 일으킬 수 있는 강력한 에너지원입니다. 종이나 나무, 얇은 콘크리트 벽을 투과할 수 있어 건물을 붕괴시키거나 생명체를 통과하면 세포가 죽거나 변형됩니다. 방사선은 핵분열 과정을 거친 핵에너지 연료에서 나옵니다. 핵연료는 사용 후 방사능이 안정될 때까지 처분하는 데 1만 년이 걸립니다. 1만 년이 지나야만 생태계에 해로운 방사선 방출이 멈춥니다. 강력한 에너지 자원이라는 장점만큼 오랜 시간 안전하게 폐기물을 보관해야 하는 문제점도 함께 가지고 있습니다. 한마디로 우리가 사용한 핵에너지는 1만 년이라는 긴 시간에 걸쳐 미래 세대에게 넘기는 짐입니다.

(145쪽) 빛의 성질은 1923년 아서 콤프턴(Arthur Compton, 1892~1962)에 의해 입자성과 파동성을 모두 가지고 있다는 사실이 입증되었습니다. 콤프턴이 역사 속 뉴턴, 아인슈타인과 하위헌스를 한자리에 모아 화해시켜 준 셈입니다. 오랜 탐구로 밝혀낸 밤하늘의 비밀은 아주 작은 빛의 입자들이 파동성과 입자성을 동시에 지니며 모여 있다는 것입니다. 오늘은 고개를 들고 밤하늘을 유심히 관찰해 보세요. 작은 점들로 이루어진 별빛이 흔들리는 게 보일 겁니다.

(148쪽) 수소는 연소할 때 많은 열에너지를 방출하기 때문에 발전소 연료로 활용하기 위해 개발되고 있습니다. 산소와 결합하면 전기에너지를 생성하며, 온실가스를 전혀 배출하지 않습니다.
수소를 연료로 사용하는 자동차는 수소와 반응할 산소를 흡수하면서 대기 중 오염물질도 함께 제거하기 때문에 도로 위 공기청정기란 별명도 가지고 있습니다. 수소차는 연료인 수소와 산소가 반응해 물만 배출하는, 신기하고 깨끗한 미래형 에너지 차량입니다.

(163쪽) 탄소중립 연료(E-fuel: Electricity-based Fuel)는 청정 수소를 이산화탄소와 합성하여 만든 일종의 인공 석유입니다. 공장에서 배출되거나 대기 중에 존재하는 이산화탄소를 포집해 청정 수소와 화학적으로 결합시켜 만듭니다. 이때 쓰인 이산화탄소는 공기 중에서 모은 것이기 때문에 연료를 써도 새로운 오염물질이 추가로 생기지 않습니다. 그래서 탄소중립 연료로 불립니다. 즉, 이렇게 만들어진 연료를 사용하더라도 탄소가 더 늘어나지 않는다는 의미입니다. 탄소중립은 사람이 활동하면서 내뿜는 이산화탄소만큼, 다시 숲이나 기계로 흡수하거나 없애서 결국 공기 중에 남는 이산화탄소 양이 ‘0’이 되는 것을 말합니다.

(209쪽) 산림이나 숲이 광합성을 통해 이산화탄소를 저장하면 그린카본(Green Carbon)이라고 합니다. 바다나 강 같은 해양 생태계에서 생물이 이산화탄소를 흡수하면 블루카본(Blue Carbon)이라고 합니다. 탄소를 뜻하는 카본(Carbon)은 온실가스 중 탄소화합물을 가리킵니다. 땔감으로 인류에게 최초 에너지원이 되었던 식물은 이산화탄소를 흡수해 저장하는 역할로 바뀌었습니다.

자연에서 미래까지, 인류를 움직인 힘의 이야기 아침에 일어나 사용하는 빛에너지, 전기에너지, 운동에너지, 열에너지처럼 우리의 일상은 다양한 에너지로 움직입니다. 이러한 에너지를 만들어 주는 물질을 ‘에너지 자원’ 또는 ‘에너지원’이라고 하며, 이는 우리가 살아가는 데 꼭 필요한 존재입니다. 에너지원은 언제 어디서든 활용할 수 있도록 다양한 형태의 에너지로 전환됩니다. 이 책은 에너지가 변화해 온 과정을 다섯 가지 주제로 나누어, 인류의 에너지 역사와 미래를 함께 짚어봅니다. 첫 번째 이야기는 천연 자연 에너지를 통해 에너지의 근원을 탐구합니다. 두 번째는 검은 돌 석탄과 세상을 움직인 석유, 청정에너지로 이어지는 천연가스, 그리고 핵에너지의 원료인 우라늄까지-인류 문명을 지탱해 온 자원들의 이야기를 담았습니다. 세 번째는 태양과 바이오 등 재생 가능한 자원들과 새롭게 주목받는 수소에너지, 연료전지를 함께 살펴봅니다. 네 번째 주제는 다가올 세대를 위한 지속 가능한 에너지 혁신을 소개합니다. 마지막 이야기는 에너지 효율과 환경 보호, 정의로운 행동, 그리고 생태시민성을 갖춘 지속 가능한 삶의 방식을 함께 생각해 봅니다. ? 에너지가 없으면 아무 일도 일어나지 않아요 과학은 자연을 이해하고 설명하는 강력한 무기입니다. 생명과학, 지구과학, 물리학, 화학이라는 학문은 우리에게 자연현상을 알 수 있도록 안내해 줍니다. 음식을 맛있게 먹을 수 있도록 도와주는 숟가락, 젓가락, 칼, 포크와 같은 역할입니다. 에너지는 모든 과학 분야에서 빠지지 않고 등장하는 핵심 개념입니다. 에너지가 없으면 설명할 수 없는 현상이 수두룩합니다. 예를 들어 식물의 한살이 과정에서 빛에너지는 물과 이산화탄소를 이용한 광합성을 통해 식물이 자라는 데 필요한 화학에너지로 전환됩니다. 화학에너지는 식물의 영양소입니다. 물은 대기 중에서 열에너지를 받아 수증기로 증발하고, 에너지를 잃으면 응결하여 빗방울이 되어 지상에 내립니다. 냉동고에 물을 넣으면 에너지를 잃어 얼음으로 변합니다. 밤하늘에 별똥별은 작은 천체가 지구의 대기권을 뚫고 다가오다 마찰에 의해 높은 열에너지로 타 버리는 현상입니다. 이 모든 과정은 에너지가 있어야 설명할 수 있습니다. ? 에너지의 개념을 풍부하게 이해하고 에너지 윤리를 생각하는 시간, ‘과학과 에너지’ 에너지를 더 풍부하게 이해하려면, 과학뿐 아니라 상상력도 필요합니다. 소제목마다 주제와 어울리는 천문 이야기와 에너지와 연결된 그리스 신화를 소개합니다. 하늘에서 내려온 에너지의 시작을 상상해 보고, 고대인들이 별과 자연을 어떻게 이해했는지 탐구해 봐요. … 신화와 천문 이야기ㆍ프로메테우스 신의 선물, 불ㆍ신비의 잔, 계영배에 숨어 있는 위치에너지ㆍ제우스 신의 선물, 판도라ㆍ빛의 발견과 별의 탄생: 에너지의 본질을 우주의 시선으로 바라보는 이야기ㆍ별에 붙은 이름, 별자리ㆍ지구를 넘어 우주로: 인류가 향하는 다음 에너지의 무대ㆍ에너지 노마드ㆍ무한 에너지원 태양의 정체ㆍ포켓몬의 에너지 전환: 상상 속 존재도 다양한 에너지를 쓰며 움직인다는 사실 … 또한, 사회적 이야기를 통해 오늘과 내일을 위한 에너지 성찰의 시간도 가져요. 에너지는 단순한 과학 개념을 넘어, 사회적 책임과 선택의 문제이기도 합니다. 독자와 함께 오늘날 우리가 맞닥뜨린 에너지 윤리, 환경문제, 미래 기술을 고민해 봅니다. … 지구를 위해 1시간 동안 불을 꺼요ㆍ한정된 물질, 자원ㆍ몸속에서 배출되는 가스 등 … ? 생태부터 탄소중립까지, 기후위기 어디까지 알고 있나요? 인류를 포함한 생물이 자연에서 살아가는 모습을 ‘생태’라 합니다. ‘에너지’는 인류가 먹고 입고 살아가는 데 없어서는 안 될 필수 요소입니다. 사람도 몸에 에너지가 없으면 좋아하는 여행과 운동을 할 수 없죠. 미래에는 SF 영화에서 보듯이 많은 로봇과 기계가 움직일 수 있도록 에너지를 효율적으로 생산하고 관리하는 과학기술이 더욱 중요해질 거예요. 기후위기의 주범은 ‘이산화탄소’입니다. 과자를 먹으면 쓰레기가 생기듯, 화석연료를 사용하면 이산화탄소가 배출됩니다. 지구 기온을 높이는 악당입니다. 이산화탄소는 대기 구성 성분의 0.03%를 차지하며, 식물이 광합성을 통해 영양분을 만드는 데 꼭 필요한 기체입니다. 그러나 화석연료 사용으로 이산화탄소 농도가 높아지지 않도록 균형을 유지하는 것이 중요합니다. ‘온실가스’는 지구가 내보내는 열에너지를 붙잡아 두는 성질을 가진 기체를 말합니다. 1997년에 채택된 교토의정서는 대표적인 여섯 가지 온실가스를 규정했습니다. 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황. 이 가스들은 지구 온난화의 주요 원인으로, 국제사회는 이들을 줄이기 위한 노력을 이어 가고 있습니다. 인류가 활동을 시작한 이후, 석탄과 석유 같은 화석연료를 사용하면서 이산화탄소와 메탄가스의 배출량은 해마다 증가하고 모두 탄소(C)를 포함한 기체입니다. ‘탄소중립’은 우리가 숨 쉬거나 자동차를 타고 전기를 쓰면서 생기는 이산화탄소를 숲이나 특별한 기계가 다시 빨아들여서 없애는 거예요. 그래서 결국 공기 중으로 배출하는 이산화탄소 양이 ‘0’이 되는 상태를 말합니다. 라면을 끓여서 국물까지 모두 먹으면 음식물 쓰레기가 ‘0’이 되는 것처럼요. 깨끗한 지구를 지키기 위한 일곱 가지 탄소중립 기술을 소개해 볼게요. 그린 리모델링과 탄소중립 건물, 그린수소, 스마트 에너지 관리, 에너지 저장 시스템, 우주 태양광 발전, 탄소 포집ㆍ활용ㆍ저장, 탄소중립 연료. ? 탄소발자국 줄이기, 개인을 넘어 기업까지 모든 생물은 서로 연결되어 지구에서 함께 살아갑니다. 지구에 살아가는 우리에게 환경을 지키는 일은 빼놓을 수 없는 도덕적 책임이자 반드시 지켜야 할 약속입니다. 한국은 지구 온도를 높이는 온실가스 이산화탄소를 1인당 연간 15.5톤을 배출합니다. 교통, 음식, 냉난방, 물, 쇼핑 등 학교와 집에서 생활하는 동안 탄소를 배출합니다. 우리가 노력하면 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 한 사람 한 사람이 탄소 배출을 줄이고 전 세계 생태시민이 여기에 참여하면 기후위기를 일으키는 탄소 배출을 크게 줄일 수 있습니다. 에너지를 생산하고 제품을 만드는 기업은 어떨까요? 2025년에 가동을 시작한 삼척의 석탄화력발전기는 연간 1,282만 톤의 이산화탄소를 배출합니다. 83만 명의 시민이 배출하는 이산화탄소와 맞먹는 양이 발전기 2기에서 나옵니다. 엄청난 탄소발자국입니다. 우리나라는 10개 대기업이 전체 46%의 탄소를 배출합니다. 시민이 아무리 절약하고 에너지를 아껴 써도 기업에서 배출하는 탄소만큼 줄일 수 없습니다. 탄소 감축은 개인보다 기업이 앞장서야 합니다. 개인의 탄소발자국이 개미 다리 같다면, 기업은 공룡 발자국 같기 때문입니다. ‘탄소발자국’은 사람이 활동하거나 상품을 생산ㆍ소비하는 과정에서 직간접적으로 발생하는 이산화탄소의 총량을 말해요. 과학과 에너지를 바르게 이해해야만 기후위기 주범을 정확히 찾아낼 수 있습니다. 한 사람 한 사람이 탄소 배출을 줄이고 전 세계 생태시민이 여기에 참여하면 기후위기를 일으키는 탄소 배출을 크게 줄일 수 있습니다.