[에너지타임즈 윤병효 기자] 화석연료 매장량이 많지 않고, 갈수록 에너지 사용량이 늘어나면서 멀지 않은 미래에 인류는 심각한 에너지 부족 문제에 부딪칠 것이라는 전망이 나오고 있다.

이를 해결하기 위해 각국 정부는 ‘어떻게 하면 더 많은 에너지를 생산할까’에만 몰두하지만, 과학자들은 ‘어떻게 하면 에너지 개발·생산·사용을 극대화할까’를 생각한다. 그만큼 현재 우리의 에너지 개발부터 사용 과정에 개선의 여지가 많다는 뜻이다.

최근 한국지질자원연구원(이하 지자연)은 미래 10대도전과제를 선정했다. 지자연은 에너지·자원의 미래문제와 기후변화 대응방법까지를 사명 그대로 지질에서 찾고 있다. 인류의 미래상을 바꿔 놓을 수 있는 10대 도전과제들에 대해 자세히 알아본다.

10대 미래도전과제는 3분야 10개 과제로 나뉜다. ▲에너지·자원분야에는 1. 석유·가스 자원 BT·NT 융복합 개발 기술 2. 전력에너지 압축공기화 지하저장 기술 3. 심부지각과 심부지열자원 개발 연구. ▲자원탐사분야에는 4. 해수용존 유용자원 개발 5. 통합탐사모델 기술 개발과 해외 전략광물자원 확보 6. 희유금속 BT기반 융복합 고순도화 기술 7. 무인·원격 프론티어 지역 자원 탐사개발 기술 8. CO₂ 대용량 저감 처분기술 개발 9. 기후변화 수반 연안지질환경 변화 대응 U-시스템 개발 10. 수중-지진-공중음파 이용 해저 재난탐지 기술 등이다.



“미래 에너지·자원 보고는 바로 땅속”
에너지·자원분야의 3가지 기술은 땅속을 활용해 에너지를 개발하고 기존 개발방식을 극대화하는 것이다.
먼저 ‘바이오(BT)·나노(NT) 기술을 활용한 석유·가스 자원 개발 극대화 기술’은 기존 개발방식의 효율성을 더 높이는 것이다.

석유 전문가들은 현 인류의 석유사용량과 지구 매장량을 비교해 봤을 때 향후 40년후에는 석유자원이 고갈될 것으로 판단하고 있다.

하지만 현재의 석유·가스 채굴기술로는 전체 매장량의 25% 정도밖에 채굴하지 못해 나머지 75%는 아직도 땅에 묻혀 있다.

지자연은 극한의 온도와 무산소 공간에서도 살 수 있는 미생물을 활용해 석유·가스 회수율을 극대화 할 수 있다고 보고 기술개발에 착수했다.

현재 이 기술은 미국기업이 개발에 성공, 시범 테스트 중으로 상업화가 성공적으로 이뤄지면 엄청난 시장이 열릴 것으로 기대되고 있다.

김현태 박사를 비롯해 연구진은 앞으로 10년간 3단계에 걸쳐 관련 연구기관들과 협업으로 기술개발에 나선다.

전력에너지 압축공기화 지하저장기술은 생산된 전력을 압축공기로 변환시켜 지하에 저장해놨다가 필요할 때마다 이를 다시 전력으로 변환해 쓰는 기술이다. 현재 전력저장기술은 2차전지 기술이 가장 각광을 받고 있지만 최대 20MW까지밖에 저장하지 못하는 단점이 있다.

압축공기화기술은 100MW 이상의 대규모 전력도 저장 가능하며, 특히 기간이 30년 이상이어서 각국이 기술개발에 뛰어들고 있다.

송원경 박사를 비롯한 연구진은 기술개발을 위해 현재 강원도 정선에 막바지 1MW급 시범플랜트를 건설하고 있으며, 향후 남해 해상풍력단지 등에 적용할 예정이다.

심부지각과 심부지열자원 기술은 화산과 같은 고온지열이 없는 지역에서 지하 6km 내외까지 시추한 후 고압의 물을 이용해 지하암반을 파쇄, 인공적인 지열 저류층을 생성시키고 이를 지표로 끌어올려 발전 등에 활용하는 기술이다.

지열은 태양에너지나 풍력 등과 달리 항시적이고 일정하게 에너지를 얻을 수 있다는 점에서 가장 큰 사용매력이 있으며, 또한 한번 설치로 영구적 사용이 가능하기 때문에 비용도 적게 든다.

이태종 박사팀은 2003년부터 경북 포항에서 심부지열 개발에 착수, 지하 1.5km에서 섭씨 51도의 지열개발에 성공했으며, 강화군 석모도 부근에서도 지하 3km에서 섭씨 90도 이상의 지열 개발 가능성을 타진 중이다.



“해외 자원개발에도 기술이 필요하다”
자원탐사분야 4가지 기술은 해외 자원개발 전략에 기술적 요소를 더하고, 필수자원을 바다에서 채취하는 기술을 개발하는 것이다.

해수용존 유용자원 개발은 해수에 녹아 있는 리튬 우라늄 스트론튬 등의 희소금속을 채취하는 기술로, 육상자원의 고갈에 대비할 수 있다. 현재 포스코와 합작으로 리튬자원 회수 시범사업을 하고 있으며, 2014년까지 상업화할 예정이다.

통합탐사모델 기술 개발과 해외 전략광물자원 확보는 지구구조환경, 위성자료, 지질, 지구물리 등의 자료를 확보 분석해 자원매장이 유망한 지역을 예측함으로써 탐사가능성을 높이는 기술이다. 이미 선진국에서는 많이 사용되고 있으며, 기술 확보시 국내 자원탐사 성공률을 크게 높일 수 있을 것으로 기대되고 있다.

희유금속 BT·NT 융복합 고순도화 기술은 첨단산업 필수금속인 희유금속 미생물을 활용해 개발률을 극대화하고, 또한 광석에 미량 붙어 있는 것까지 회수하는 기술이다. 이는 산과 알카리를 사용치 않기 때문에 환경오염을 줄일 수 있으며, 현재 미국은 상업화에 적용하고 있고 일본은 연구 중에 있다.

무인·원격 프론티어 지역 자원 탐사개발 기술은 정글오지, 고산지대 등 인적 탐사가 매우 힘든 지역에 무인항공기나 원격로봇전차 등을 투입, GIS 기반의 3D 매장량 평가를 도출해내는 기술이다.



“위기의 지구환경, 예측으로 대비한다”
지구환경분야 3가지 기술은 지질을 활용해 이산화탄소를 줄이고, 연안시대를 맞아 불규칙한 지각활동에 대비하는 기술이다.

CO₂ 대용량 저감 처분기술은 화력발전소 제철소 등에서 발생한 대규모의 이산화탄소를 포집 저장하고, 이를 고체화해 궁극적으로 이산화탄소를 저감시킨다.

CO₂ 지중저장은 현재 개발된 CO₂저감기술 중 가장 실현가능한 것으로 주목받고 있다. 지자연은 저장된 CO₂를 산업부산물이나 자연산광물과 반응시켜 고체형태의 탄산염으로 만들어 사후관리가 필요없거나 재활용 가능하도록 만드는 기술까지 개발하고 있다.

기후변화 수반 연안지질환경 변화 대응 U-시스템은 2030년 총 인구의 40%가 연안에 거주하는 시대를 맞아, 지진해일 등의 대규모 재난피해를 막기 위해 예측기술을 개발하고 또한 이를 스마트폰이나 U-시스템을 이용해 대중들에게 신속하게 제공함으로써 대피를 돕는다.

수중-지진-공중파 이용 해저 재난탐지 기술은 우리나라 연근해에서 발생하는 해저지진 및 이에 상응하는 수중 폭발현상을 관측하고 지구물리학적 원인규명을 위해 기존의 지진파-공중음파 관측기술에 수중음파 관측기술을 추가해 포괄적 지구관측시스템을 구축해 분석하는 기술이다.

수중음파는 주로 군사적 목적으로 사용되고 있지만 지자연은 이를 지각활동 예측에까지 적용함으로써 분석률을 높인다는 계획이다.