지구 내부 열의 이용

「깨어라!」 ‘엘살바도르’ 통신원 기

1975년 8월 7일은 인구가 4백만명을 조금 넘고 면적이 21,000평방 ‘킬로미터’에 불과한 중앙 ‘아메리카’의 조그마한 나라에게 인상적인 날이었다. 이 날 석탄이나 기름을 사용하지 않는 지열 발전소가 가동을 시작함으로써, 이 나라는 발전용 연료를 수입할 필요가 없게 된 것이다. 그러면 발전기를 가동하는 것은 무엇인가? 지구 내부 깊숙한 곳에 있는 수증기이다.

‘엘살바도르’는 화산이 많은 나라이다. 지각의 지질학적 단층맥을 따르는 세로축을 따라 18개의 화산이 있다. 그 중 최소한 네개는 근년에 활동하였다. 화산의 활동은 또한 보이는 수증기 누출, 간헐천 혹은 분기공(토착 ‘인디언’의 언어로는 ‘아우솔레스’)의 형태로 나타났다.

수증기는 어떻게 산출되는가? 과학자들은 빗물이 분화구와 투과하기 쉬운 다른 곳을 통해 땅속으로 스며들어가 마침내 암석에 이른다고 말한다. 때로는, 특히 화산 지대에서, 용암에 의해 가열된 암석이 지구 표면 가까이에 있어서 물이 높은 온도로 가열되어 수증기로 변한다. ‘엘살바도르’의 서부 지역에 있는 ‘아후아차판’에는, 직경이 8 내지 10‘미터’되는 진흙 연못 형태의 분기공이 얼마 동안 존재했다. 이러한 분기공은 불그레한 갈색으로부터 황색에 이르기까지 색깔이 다양한 끓는 진흙으로 가득하며, 강한 유황 냄새가 나는 증기를 내뿜는다. 여러 해 동안 이러한 분기공은 단지 관광 명소 역할을 했을 뿐, 실용적인 목적으로 그것을 이용하려는 관심이 없었다.

지열 연구의 개시

그러나 1950년대에, 수력 발전 개발을 담당하고 있는 독립적인 정부 기관이 지구 내부에서 발생한 동력 개발에 대한 정보를 처음으로 입수하였다. 이것은 ‘이탈리아’의 ‘라데렐로’ 지방에서의 일이었다. 또한, ‘뉴우지일랜드’도 ‘와이라케이’에서 그러한 자원을 이용함으로써 전기를 일으키려고 시도하고 있었다.

이러한 소식은 많은 관심을 불러 일으켰다. ‘엘살바도르’는 당시 강물로부터의 수력 ‘에너지’ 개발에 손을 대기 시작하였다. 그러나 그러한 ‘에너지’를 가장 효과적으로 이용하려면 결국 화력 발전이 필요할 것이었다. 화석 연료로 그렇게 하려면 석유나 석탄을 수입하는 것이 필요할 것이다. 반면에, 동일한 일을 수행하기 위하여 천연 수증기를 이용하는 것이 가능할 것으로 생각되었다.

1953년에 ‘아후아차판’ 지방에서 최초의 지열 조사가 실시되었다. 1958년 ‘플라욘데아후아차판’과 ‘엘살리트르’ 평야에 11개의 얕은 탐색 우물이 파졌다. 더욱 진지한 지질학적이고, 지구 물리학적이고, 지구 화학적인 조사가 1966년에 시작되어 200평방 ‘킬로미터’에 걸쳐 시행되었다.

이러한 조사는 ‘에너지’ 자원의 가능성에 대한 전망을 밝게 해 주었다. 그러므로, 1968년에, 실험적으로 각각 865, 981, 1,192‘미터’ 깊이의 구멍들이 파졌다. 한 구멍은 말랐지만 다른 두개는 각각 섭씨 231도와 208도의 수증기를 산출했고 압력은 평방 ‘센티미터’ 당 10‘킬로그램’이었다. 이러한 구멍은 안정된 압력과 온도를 유지할 수 있는 능력을 시험하기 위해 1년 이상 수증기를 충분히 산출할 수 있는 상태로 보존되었다. 1970년 1월에, 최초로 30‘메가와트’급 지열 발전소를 창설하기 위한 목표로, 전문적 경제적 가능성 연구를 위한 자료를 얻고자 ‘아후아차판’의 ‘플라욘’ 평야에 700‘미터’에서 1,400‘미터’에 이르는 여섯개의 구멍을 더 팠다. 이 발전소는 ‘아후아차판’ 평야의 지열의 추산되는 용량(100‘메가와트’)을 최대한으로 이용하기 위한 최 1단계 사업으로 계획되었다.

비연료 발전소를 위한 계획

30‘메가와트’의 용량을 가진 최초의 발전소 건설은 1974년에 시작되었다. 이 발전소는 1975년 8월에 준공되어 가동을 시작하였다. 두번째 30‘메가와트’급 발전소가 1975년에 건축되기 시작하였다. 이 공사에는 600‘미터’ 내지 850‘미터’ 깊이의 우물 다섯개를 더 파는 것이 필요하였다. 이 두번째 발전소는 1976년에 가동을 시작하였다. 35‘메가와트’의 용량을 가진 세번째 발전소가 현재 건축중이며 처음 두개의 발전소에서 나오는 수증기를 이용할 것이다. 그러므로, ‘아후아차판’ 평야의 지열에 의해 금년부터는 95‘메가와트’의 전력이 계속 생산될 것이다. 화석 연료를 이용할 필요가 없기 때문에 이것은 이 나라가 연간 1천 1백 4십만 ‘달러’를 절약하게 되는 것을 의미한다.

지금까지 얻어진 좋은 결과로, 이 나라 동부 지역에서의 탐색과 연구 조사 계획이 더욱 활발해졌다. 지열 이용 발전 계획을 확장하기 위하여 그 지역에 새로이 많은 구멍이 파지고 있다.

환경 오염

석탄이나 석유와 같은 화석 연료를 이용하는 혹은 원자 연료를 사용하는 발전소들은 공해 문제를 일으키고 있다. 재, 연기 및 ‘가스’가 대기를 오염시킬 수 있다. 호수와 시냇물은 냉각을 위한 물의 방출로 오염될 수 있다. 또한, 이러한 발전소로부터의 부산물을 최종적으로 처리하는 것도 지역 사회에 심각한 문제가 되고 있다.

반면에, 연료를 전혀 연소시키지 않는 지열 발전소는 환경 오염 문제를 훨씬 덜 일으킬 것으로 기대될 수 있다. 그러나 지열 우물에서 산출되는 수증기, ‘가스’ 및 물은 공해 문제를 야기시킬 수 있다.

건조한 혹은 과열된 수증기를 산출하는 지열 산지의 경우에, 고농축 황산염과 약간의 산성물과 소량의 염화물이 천연적으로 방출된다. 이러한 물 중 일부는 약한 ‘알칼리’성일 수 있으며 주로 황산염과 중탄산염이 많이 함유되어 있을 수 있다. 또한 고농축 이산화탄소, 붕소 및 ‘암모니아’가 있을 수 있다. 또 다른 요소인 황화 수소는 극히 유독하며 환경 공해 문제를 일으킬 수 있다.

수증기를 생산하는 지열 산지는 다량의 잔류수를 낸다. 보통 이 물은 식물과 동물에 유해할 만큼 많은 염분을 함유하고 있다. 붕소 함량은 언제나 저항력이 강한 작물이 용납할 수 있는 한계를 넘는다. 또한, 일반적으로 비소가 이러한 물에 들어 있기 때문에 사람이 이 물을 사용하기에 적합치 않다.

그러므로, 이러한 잔류수를 최종적으로 처리하는 것은 심각한 문제이다. 원칙적으로 다음과 같은 처분 방법이 이용되고 있다. (1) 바다에 넣어 희석시키는 방법 (2) 강물에 넣어 희석시키는 방법 (3) 하층토에 재주입 (4) 연못에서의 증발.

지열 산지가 해변에서 멀 경우에는, 바다에 넣어 희석시키는 데 비용이 많이 들고 어려울 수 있다. 강물에 희석하는 것은, 흐르는 강물의 양에 좌우 된다. 독성 물질의 허용 농도의 한계를 넘어서는 안되기 때문이다. 건조한 계절에는, 강물의 양이 대폭 줄기 때문에 그것이 불가능하다. 하층토에의 재주입은 잔류수에 의해 옮겨지는 염분 때문에 곤란할 수 있다. 왜냐 하면 이러한 염분은 우물의 벽면에 퇴적물을 형성하기 때문이다. 연못에서의 증발은, 연못을 만들 수 있는 거대한 평지가 있고 강우량이 극소량이라야 가능하다.

‘아후아차판’ 지열 발전소에서, 잔류수는 노출된 운하를 통과하여 바다로 흘러가 희석되고 있다. 또한, 토양에의 재주입 실험이 성공적이었다.

경제적인 부면

지열 발전소를, 종래의 발전소 즉 수력 발전소나 화석 연료를 사용하는 화력 발전소와 비용면에서 비교하는 것은 흥미있다. ‘아후아차판’의 95‘메가와트’급 지열 발전소에 투입된 비용은 ‘킬로와트’ 당 시설비가 700‘달러’로 추산되었다. 이 발전소의 발전 비용은 ‘킬로와트’시 당 0.005‘달러’이며 ‘엘살바도르 체론그란데’에 있는 최대의 수력 발전소의 발전 비용은 ‘킬로와트’시 당 0.004‘달러’이다. 그러나 석유를 연소시키는 발전소의 발전 비용은 현재 ‘킬로와트’시 당 0.024‘달러’에 이른다. 이것은 지열 발전 비용의 거의 다섯배나 된다. ‘엘살바도르’가 지구 내부에서 발생된 동력을 개발하는 데 열심인 것이 무리가 아니다!

이제 세계적으로 ‘에너지’ 위기가 증대하고 있으므로, 많은 국가는 점점 희귀해가고 비싸지는 석유를 대신할 새로운 동력 자원을 탐색하고 있다. 내생 동력—지각 내층의 열—은 확실히 유용한 ‘에너지’ 자원이다. 그러므로 연기를 방출하는 분기공이 있거나 기타 화산 활동의 징조가 보이는 다른 나라들도 그들의 발 밑에 있는 이러한 숨겨진 보물을 개발할 것으로 기대된다.