지열 발전은 어떻게 진화하고 있나

지구 환경을 보호하면서 인간 사회에 필요한 에너지를 얻기 위한 방법으로 태양광이나 풍력 같은 재생 가능 에너지 연구 발전이 요구되는 분야 중 하나다. 신재생에너지 중에서도 큰 에너지원으로 기대되는 지열 에너지를 얻는 시스템 발전은 어떻게 진화하고 있을까.

지열 에너지는 지구 5,000km보다 깊은 지하에 있는 5,000도 이상 마그마가 만들어내는 열을 활용해 얻을 수 있는 에너지다. 지열 에너지는 재생 가능 에너지 일종으로 미국 에너지고등연구계획국이 진행하는 지열 에너지 개발 추진 프로젝트인 알타록에너지(AltaRock Energy)는 지구가 가진 열량 중 0.1%로 인류가 200만 년 동안 필요로 하는 총 에너지를 공급할 수 있다고 추정하고 있다.

지열은 오래 전부터 인간이 이용해온 에너지다. 지열 발전이 등장하기 전부터 지열에 의해 데워진 지표면에 솟은 100도 전후 온수는 요리와 난방 에너지로 이용됐다. 기술 발전과 지열 에너지로 전기를 만드는 것도 가능했지만 전기로 변환하려면 고온 수증기에 의한 열량이 필요하다. 기존 지열 발전소는 지열에 의해 생성된 고온 수증기에서 수분을 분리해 증기로 터빈을 움직여 발전을 해왔다.

하지만 기존 지열 발전에는 몇 가지 문제가 있다는 지적이 있다. 고온 수증기를 풍부하게 얻을 수 있는 지역이 편향되어 있다는 점도 그렇다. 아이슬란드와 캘리포니아 같은 지역은 지열이 풍부하지만 에너지에 사용할 수 있는 열원이 깊은 지하에 있는 지역이나 지질 영향으로 지하에서 열을 끌어내기 어려운 지역 이 대부분을 차지하고 있는 것이다.

적어도 기존 기술로는 지열 에너지에서 뛰어난 지역 대부분을 파서 고갈되어 버린 상태라는 지적이다. 수증기와 같은 자원을 의존하는 발전의 경우에는 표준화와 확장도 어렵다. 따라서 지열 에너지 개발은 다른 재생 가능 에너지 분야보다 뒤쳐져 왔다는 지적이다.

기존 발전 방식과는 다른 지열 에너지 활용 방법 개발이 진행되는 것도 이런 이유에서다. 예를 들어 지열을 얻기 힘든 지역에선 EGS(Enhanced Geothermal System)라는 지열 발전 시스템이 주목받고 있다. EGS는 지하에 고온 압체가 존재하는 부분을 수압으로 굴착하고 공간을 만들어 보낸 물에서 증기나 온수를 얻는 방법이다. EGS를 이용해 미국에선 1,500만TW 에너지를 얻을 가능성이 있는 것으로 전망되고 있다.

미국 에너지부는 주거와 상업 시설에 필요한 미국 연간 에너지 소비량 1,754TW와 비교하면 EGS에서 얻을 수 있는 에너지는 이론상 적어도 8,500년 이상 미국 모든 가정과 상업 시설을 따뜻하게 해줄 충분한 양이라고 밝히고 있다.

또 첨단 지열 발전 시스템으로는 캐나다 기술 기업인 엔버(Eavor)가 계획 중인 엔버-루프(Eavor-Loop)라는 시스템을 들 수 있다. 엔버-루프는 2.5km 떨어진 지점에 묻은 수직 파이프 2개를 수평으로 배열한 가로 파이프로 연결해 표면적을 늘려 가능한 많은 지열을 흡수하는 시스템이다.

엔버-루프 파이프 안에선 파이프는 하나의 루프가 있으며 온도가 낮은 쪽이 밑으로 들어가기 쉬운 성질을 이용해 물을 순환시킨다. 냉수는 내려가고 온수는 상승하기 때문에 펌프를 필요로 하지 않고 자연적으로 물을 순환시킬 수 있다는 것. 현재 엔버-루프는 150도 전후 열을 얻을 수 있다고 한다.

또 엔버-루프를 발전시킨 엔버-라이트(Eavor-Lite) 프로젝트도 진행되고 있다. 엔버-라이트는 엔버-루프 파이프를 반으로 접은 것 같은 형상으로 가로 파이프를 사방에 늘려 표면적을 더 늘린 것이다. 엔버-라이트는 캐나다에서 3∼4개소 설치가 계획되어 있으며 2021년 이후에는 독일과 프랑스 등에서 설치를 예정하고 있다.

청정에너지 산업은 지속적으로 성장 중이며 2020년 이후 10년은 어느 때보다 지열 발전도 활발해질 수 있다. 완전히 재생 가능한 전력을 공급하려는 전 세계의 비전이 지열 발전 확대를 만들어낼 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.