태양 ‘에너지’의 이용

당신은 문이 닫힌 채 뜨거운 햇빛 아래 오랫 동안 놓여 있던 자동차 속에 들어가 본 일이 있는가? 그 열기는 거의 견딜 수 없을 정도이다! 태양이 엄청난 ‘에너지’의 보유고라는 점에는 의심의 여지가 없다.

태양 ‘에너지’를 이용하여 난방을 하고, 가정 전기 기구를 움직이고, 도시의 전등을 밝히며, 자동차를 움직이고, 우리가 필요로 하는 기타 모든 ‘에너지’를 공급할 수 있다고 상상해 보라. 사실 막대한 양의 태양 ‘에너지’가 지구 위에 쏟아지고 있기 때문에 단지 15분 동안 흘러내리는 ‘에너지’만 이용할 수 있다해도 그 양은 현재 전세계가 만 일년 동안 소비하는 동력에 해당된다.

그러나 회의적인 사람들도 있다. 태양 광선은 분산이 너무 잘되어 실용적인 ‘에너지’원이 될 수 없다고 그들은 생각한다. 그러나 「전문 기사」라는 책의 편집자 ‘제이. 티이. 케인’은 이렇게 말하였다. “일반적으로 미국에 있는 건물을 난방하는 데 필요한 ‘에너지’의 6배 내지 10배 정도가 매년 태양에서 그 건물 위로 쏟아져 내려 온다.”

그러나 태양 ‘에너지’의 이용은 참으로 실용성이 있는가? 그처럼 쏟아지는 엄청난 ‘에너지’를 가정에서 오늘날 경제적으로 이용할 수 있는가?

실용적인 ‘에너지’원인가?

태양 ‘에너지’의 이용에 이미 장족의 발전이 있었음을 알면 당신은 아마 놀랄 것이다. 저명한 지질 학자 ‘엠. 킹 허버트’ 박사는 다음과 같이 말하였다. “태양 ‘에너지’란 탁상 공론이 아니다. 우리는 이미 존재하고 있는 것들 즉 이미 우리가 사용할 수 있는 것들에 관하여 이야기하고 있는 것이다.”

그러한 것들에는 어떤 것이 있는가? 예를 들어 태양 광선을 이용하여 가정에 전기를 공급할 수 있는가? 「뉴우요오크 타임즈」의 편집자에게 보내는 편지에서 미 상원의원 ‘제임스 아부레스크’는 다음과 같이 설명하였다. “태양 ‘에너지’를 상당량의 전기로 변화시키는 기술은 개발되어 있다.” 그러므로 그 상원의원은 다음과 같이 촉구하였다. “태양 ‘에너지’를 가용 전기 ‘에너지’로 변화시키는 면에 연구를 집중해야 할 것이다.”

그러나 아직은 값싼 이용 방법이 없다. 사실 태양열을 이용하여 가정의 전기 수요량을 전부 충당할 수 있다는 점에는 의심의 여지가 없다. 궤도상의 우주선은 태양 ‘에너지’로 전기 장치를 움직인다. 그러나 태양 광선으로 전기를 생산하는 일은 경비가 너무 많이 들기 때문에 아직은 실용적이 되지 못한다.

대부분의 권위자들은 태양 ‘에너지’ 이용의 첫 단계가 전기 생산이 아니라 물을 데워 건물을 냉난방하는 일이라고 생각한다. 일부 태양 ‘에너지’ 전문가들은, 많은 경우 현재도 이렇게 하는 것이 실용적이라고 말한다. 그 방법은 태양열을 받아 축적한 후 그 열을 순환시켜 난방을 하고 그 열로 ‘에어컨’ 장치를 움직이는 것이다.

태양 ‘에너지’를 연구하는 ‘아더 디이. 리틀’ 회사의 판매 및 영업 부장 ‘디이. 엘리오트 윌버’는 이렇게 말하였다. “건물에 태양열 난방 장치를 설치하는 데 필요한 모든 재료는 지금도 시장에서 구할 수 있다. 문제는 전 재료를 조합하여 일반 대중에게 공급해 주는 회사만 있으면 된다.”

회사들이 그러한 일에 곧 착수할 것인가? ‘리틀’ 회사의 부사장인 ‘피터 이이. 글라저’는 낙관적으로 생각하고 있다. 그는 “3년 내지 5년 내에 태양열 난방 장치가 상품 광고 가운데 나타날 것이다”라고 주장하였다.

그러한 낙관적인 견해에는 그럴 만한 근거가 있는가? 태양열 난방 산업이 대대적으로 나타날 것인가?

관심이 고조되다—그 이유는?

태양 ‘에너지’에 대한 관심이 증가되고 있는 것은 분명하다. 5월 ‘와싱턴’ 시 태양 ‘에너지’ 산업 연합회 주최 태양 ‘에너지’ 연구 발표회에 수천명이 참석하였다. ‘플로리다’ 주 ‘원터 파크’의 환경 정보 ‘센터’가 “태양열 온수 난방기 설치법”이라는 무료 소책자를 내 놓았을 때 열흘도 못되어 초판 5,000부가 다 나가 버렷다.

신문과 잡지들은 수영장, 가정, 학교 및 기타 건물들의 난방에 태양 ‘에너지’를 사용한 이야기를 많이 싣고 있다. 그 중 몇 가지를 들면 다음과 같다.

◆ ‘콜로라도’의 한 개발회사는 새로운 공동 주택 지역에 태양열 난방 장치를 설치하고 있다.

◆ ‘캘리포오니아’ 주 ‘산타 클라라’ 시는 태양 ‘에너지’로 새로운 공회당의 냉난방을 할 계획이다.

◆ ‘조오지아’ 주 ‘애틀란타’의 한 학교에 태양열 난방 장치가 설치되고 있다, ‘와싱톤’ 시, ‘볼티모어’, ‘보스톤’ 근처의 몇몇 학교들은 태양 ‘에너지’ 난방의 혜택을 이미 받고 있다.

◆ ‘버먼트’에서는 새로운 오락장과 ‘스키’장 건물에 태양광 난방 계획을 세우고 있다.

◆ 서부의 농장 주인들은 곡물 건조를 위해서 ‘프로판’ 건조기 대신 태양열 집중 장치로 대치할 것을 검토 중이다.

태양 ‘에너지’의 사용에 그처럼 관심이 높아진 이유는 무엇인가? 대체적으로 현재의 발전 방식에 변화가 불가피하다는 점을 실감하고 있기 때문이다. 그러한 변화는 반드시 있지 않으면 안된다. 그 이유는? 우리가 사용하는 주요 ‘에너지’원—석유, 천연 ‘가스’, 석탄—이 제한되어 있어서 어떤 전문가들은 보유고가 머지않아 고갈될 것이라고 주장하고 있다. 이미 연료비가 엄청나게 뛰어 올랐다. 더우기 광물 연료의 사용으로 말미암아 심각할 정도로 환경이 오염되고 있다.

태양 ‘에너지’의 장래는 밝다

태양 ‘에너지’에는 많은 장점이 있다. 태양 ‘에너지’는 풍부하고 누구나 사용할 수 있다. 그것은 환경을 오염시키지 않으며 이용하는 데 드는 비용 외에는 돈이 들지 않는다. 태양 난방 장치가 대량 생산된다면 재래식 난방 장치 보다 더 경제적이 될 것이라고 주장되고 있다.

태양 ‘에너지’의 장점을 알고 있기 때문에 많은 과학자들은 대규모적으로 그것을 사용하자고 주장하고 있다. ‘뉴우요오크’의 화학자 ‘해롤드 아이. 젤리거’ 박사는 최근의 국제 환경 회의에서 다음과 같이 말하였다. “세계의 ‘에너지’ 및 오염 문제를 장기적으로 해결할 유일한 방법은 분명히 태양 ‘에너지’를 사용하는 길 밖에 없을 것으로 보인다.”

태양 ‘에너지’는 정치적으로도 지원을 얻고 있다. 미국 정부는 여러 해 동안 태양 ‘에너지’의 연구에 매년 100,000‘달라’ 정도 밖에 사용하지 않았다. 그러나 1973년에는 4백만 ‘달라’로 뛰어 올랐으며, 1975년에는 2천 5백만 ‘달라’를 사용하였을 것으로 추산된다. 또한 의회 소식통에 의하면 1976년에는 1억 ‘달라’ 이상이 태양 ‘에너지’ 연구와 개발에 사용될 것이라고 한다.

어떤 나라에서는 이미 뜨거운 물을 공급하는 데 태양열을 이용하고 있다. 예를 들어 1974년에 일본에서는 태양열 온수 공급 장치가 16만대 정도 팔렷다. ‘이스라엘’에는 그 기구가 약 15만대 설치되어 태양열로 데워진 물이 다섯 가구당 한 가구꼴로 공급되고 있다고 한다. 그리고 ‘오스트렐리아’에서는 1만 세대 정도가 태양열 온수 공급 장치를 사용하고 있다고 추산된다.

미국에서도 태양 광선이 머지않아 주요 ‘에너지’원이 될 수 있을 것이다. 당신은 놀랄지 모르지만 일반 가정에서 소비되는 연료비의 80‘퍼센트’ 이상이 온수공급과 냉난방을 위해 사용되고 있다. 그리고 미국에서 소비되는 모든 ‘에너지’의 사분의 일 이상이 온수 공급과 냉난방에 사용되고 있다. 그러므로 태양 광선이 단지 그러한 목적으로만 이용된다 해도 매일 수백만 ‘배럴’의 석유가 절약될 것이다.

작년의 한 연구 보고에 의하면 미국에서 태양열 난방 장치를 완성하였거나 가설 중이거나 계획 중인 가정이 200군데 정도 된다고 한다. 그러한 가정을 위해 태양열 이용 장치 제조회사들이 생겨나게 되었다. 사실상 태양열 장비 제조업체가 수십 개소에 이른다고 한다. 그런데 현대의 태양열 난방 장치는 어떤 것인가 하고 사람들은 궁금하게 여길 것이다.

태양 ‘에너지’ 이용 방법

그에 관한 공업이 초창기에 있기 때문에 일정한 표준이 있는 것은 아니다. 그러나 기본적으로 태양 ‘에너지’ 수집 장치, 열 보존을 위한 저장 ‘탱크’ 및 분배 장치로 구성되어 있다.

수집 장치는 일반적으로 지붕 위에 설치하고 있는데 태양 광선을 최대로 받을 수 있도록 기울어져 있다. 수집 장치의 근본 원리는 온실의 원리와 같다. 검은 흡수판이 유리나 ‘플라스틱’으로 덮여 있다. 그 판들은 특별히 열을 흡수 할 수 있도록 검은 칠을 한 얇은 ‘알루미늄’판으로 만들어져 있다. 그 검은 판에는 관을 통해서 액체가 흐르게 되어 있는데 일반적으로 물을 사용한다. 어떤 장치에서는 판에 주름이 잡혀 있고 그 주름에서 ‘라디에이터’식으로 관(管)들이 뻗어 있다.

태양 광선이 유리나 ‘플라스틱’을 통과해 들어오면 그 열을 검은 판이 흡수한다. 그 판에 뻗어 있는 관을 흐르는 물의 온도가 섭씨 90도 이상으로도 올라가게 된다. 뜨거워진 물은 일반적으로 지하실에 있는 저장 ‘탱크’로 흘러 간다. 그러나 단순한 온수 공급 장치의 경우에는 ‘탱크’를 열 수집 장치와 함께 지붕에 설치하는 때가 많다. 가족이 네명인 경우 530‘리터’ 정도의 ‘탱크’면 뜨거운 물을 충분히 공급할 수 있을 것이다.

그러나 냉난방을 겸하기 위해서는 보통 미국 가정의 경우 수천 ‘리터’들이 물 ‘탱크’가 필요하다. 어떤 장치는 다음과 같은 방식으로 집안을 덥게하고 있다. ‘탱크’의 뜨거운 물을 ‘코일’처럼된 ‘파이프’로 통과시킨다. 그때 공기를 ‘코일’ 주위로 불어내면 공기가 더워지고 그 더워진 공기는 순환시켜 집안을 따뜻하게 한다.

집안을 시원하게 하기 위해서는, 가열원으로서 ‘가스 버어너’ 대신 뜨거운 물을 사용하도록 변경시킨 ‘에어컨’을 통해 더운 물이 나가게 한다. 태양열 ‘에어컨’ 장치에는 장점이 있다. 태양이 더 강열해져서 ‘에어컨’ 작용이 더 많이 필요한 경우엔 그 장치를 작동시킬 ‘에너지’가 잘 공급되기 때문이다.

그러나 효율적인 태양열 난방 장치가 현재 대량 생산될 수 있는가? 그것이 가능하다고 생각하는 과학자들이 많다. 북부 ‘뉴우요오크’ ‘시라쿠스’ 대학의 두 교수는 이렇게 기술하였다. “대규모적으로 그것을 응용할 만큼 공학이 발전되어 있다. ‘시라쿠스’ 대학의 ‘에너지’ 연구회 회원들을 포함하여 얼마의 연구가, 기사, 건축가들은 현재 우리의 힘으로도 태양 ‘에너지’만을 사용하는 난방 장치를 갖춘 집을 건축할 수 있다고 생각한다.”

먼저 이야기한 바와 같이, 일부 태양열 전문가들은 3년 내지 5년 내에 그러한 태양열 난방 장치가 시판될 것으로 생각하고 있다. 그러나 여러 해 동안 태양열 장치에 대하여 연구한 바 있는 ‘시카고’ 대학 교수 ‘로랜드 윈스톤’은 이렇게 말하고 있다. “소수의 태양열 이용 가정들이 태양열 난방 장치를 시중에서 살 수 있는 날은 아직 까마득하다.”

어떻게 될런지 살펴보는 것은 흥미 있을 것이다. 그러나 동시에 태양 ‘에너지’를 이용한 전기 생산의 전망은 어떠한가?

태양 ‘에너지’를 전기로

태양 ‘에너지’로 발전(發電)을 하는 방법으로 종종 두 가지가 거론되고 있다. 한가지는 태양 광선을 이용하여 액체를 데우고 거기서 증기가 발생되면 그 증기로 원동기를 움직이게 하는 것이다. 13 내지 18평방 ‘킬로 미터’의 지역에서 태양 ‘에너지’로 수집하면 가장 큰 원자력 발전소에 필적하는 증기 발전소를 돌릴 수 있을 것으로 추산된다. 그처럼 태양열 발전소를 건설하자고 주장하는 사람들이 상당히 있다.

‘미네소타’ 대학의 기계 및 항공 기술학과장인 ‘알. 시이. 죠르단’은 이렇게 말하였다. “현재의 재료와 기술을 사용하여서도 특정 지역에서 지구로 쏟아지는 태양 ‘에너지’의 20‘퍼센트’를 열 ‘에너지’로 바꾸어 그것을 가용 전기 ‘에너지’로 변화시키는 것이 가능할 것으로 보인다. 그렇게 하면 미국이 앞으로 여러 해 동안 필요로 하는 것 보다 더 많은 ‘에너지’를 전부 충당할 수 있을 것이며, 우리의 경제력으로도 그것이 가능하고 오염을 일으키지 않고 사막과 같은 불모지를 사용할 수 있다.”

그러나 그런 형태의 발전소를 적절하지 않다고 생각하는 사람들도 있다. 세계 최대 규모의 태양 ‘에너지’ 연구소 소장인 ‘에릭 에이. 파버’ 박사는 이렇게 말하였다. “‘아리조나’에 거대한 발전소를 세워 그 ‘에너지’를 먼 지방인 ‘플로리다’로 보낼 필요가 없다. 태양 ‘에너지’는 당신의 지붕 위에, 당신의 마당에, 당신의 집벽에 쏟아져 내리고 있다. 당신이 살고 있는 바로 그곳에서 그 ‘에너지’는 경제적으로 개발될 수 있다. 거대한 태양 ‘에너지’ 발전소는 필요없다.”

사실, 태양 광선을 바로 가정에서 전기로 변화시킬 수 있다. 태양전지를 사용하면 된다. 태양전지는 태양 광선이 표면에 닿으면 전류를 발생시키게 되는 아주 얇고 편편한 ‘실리콘’ 조각들이다. 궤도를 도는 우주선에서 현재 전기를 생산하는 것이 바로 이러한 광전지이다. 수명이 긴 그러한 전지들을 수십 평방 ‘미터’의 지붕에다 부착시켜 놓으면 현대의 가정에서 필요로 하는 전기를 공급할 수 있다. 그러나 그렇게 사용하기에는 태양전지가 너무 비싸다. 하지만 미국 상원의원 ‘제임스 아부레스크’는 항상 그렇지는 않을 것이라고 주장하고 있다.

그는 이렇게 말하였다. “현재 광전지를 생산하고 있는 연구실이 전국적으로 수없이 많다. 그러한 전지들이 대량 생산된다면 (태양전지 기술자들의 의견에 의하면) 다른 발전 형태와 경쟁을 할 수 있을 것이다. ··· 그리고 태양 ‘에너지’를 전기로 변화시키면 태양 광선을 이용한 냉난방 장치를 미국의 각 가정에 설치하려는 것 보다 더 많은 사람들에게 훨씬 더 큰 영향을 주게 될 것이다.”

태양 ‘에너지’의 장래는 어떠한가?

태양은 풍부하고 오염없는 ‘에너지’원이며, 그것을 인간의 필요에 맞게 이용할 수도 있다. 사실이다. 그러나 그것이 어떻게, 언제 이루어질 것인가? 그것은 좋은 질문이다.

그렇게 하는 데 장애가 있음이 분명하다. 「기계 설계」라는 책은 이렇게 말하였다. “태양 ‘에너지’가 무시되어 온 주된 책임은 경제 상태, 기득 이권, 채굴 연료의 운영 제도에 나타난 정부의 관료주의적인 태도에 있다고 할 수 있을 것이다.”

그러한 장애들이 극복될 것인가? 오염을 일으키지 않는 그러한 ‘에너지’원이 개발되어 급속도로 사라져 가고 있는 석유, 천연 ‘가스’, 및 석탄을 아끼게 될 것인가? 그것은 두고 보아야 알 일이다.