비와 바람을 이용하는 동력

태양 ‘에너지’에 의존하는 직접적인 방법 외에도 ‘에너지’를 얻을 수 있는 다른 간접적인 방법들이 많이 있다. 흐르는 물은 곡식을 빻기 위해 방아를 돌리거나 옷감을 촘촘히 짜고, 물을 끌어 올리는 등 기타 많은 목적으로 1000여년간 사용되어 왔다. 물은 태양열에 의해 촉진되는 증발과 강우와 같은 자연 과정에 의해 바다에서 작은 개울의 상류로까지 되돌아 온다. 그러므로 그것은 끊임없이 새로와질 수 있고 해가 바뀌어도 믿을 수 있는 근원이다.

크고 작은 강의 ‘댐’은 수력 발전을 위해 사계절에 걸쳐 끊임없이 ‘에너지’를 공급할 수 있는 수단을 마련해 주었다. 어떤 나라에서는, 흐르는 물이 너무나 풍족해서 가장 중요한 동력의 원천이 되고 있다. ‘노르웨이’는 대부분의 전력을 쏟아지는 물에서 얻고 있다. 그러나 세계적으로 다른 ‘에너지’ 근원과 비교해 볼 때 그 중요성은 크지 않다. 인류가 소비하는 총 ‘에너지’량의 단지 약 5‘퍼센트’만이 수력 발전에 의해 얻어진다. 세계 도처에서 잠재 수력의 대부분이 이미 동력화 되어, 증가하는 ‘에너지’ 수요를 충족시키기 위해 별로 도움이 되지 못한다.

풍차는 주위 환경으로부터 ‘에너지’를 이끌어 내는 또 하나의 오래된 방법이다. 이것 역시 태양에 의존한다. 왜냐하면 바로 태양이 일기와 바람이 어느 방향으로 얼마나 강하게 불 것인가를 결정하는 기상의 차이를 만들기 때문이다.

풍차는 세계적으로 많은 곳에서 눈 익은 나라의 ‘마아크’로 사용되어 왔다. ‘네덜란드’의 그림같은 풍차는 제방으로 둘러쌓인 낮은 땅에서 물을 끌어 올리는 일을 했다. 18세기에는 제재소와 맷돌질과 산업 중심지를 번영케 하는 데 역시 동력을 공급했다. 한 때는 수백만 개의 풍차가 미국의 중부와 서부 평원을 점점이 가득채운 적이 있었다. 그것들의 대부분은 우물물을 끌어 올리는 데 사용되었고, 또한 전력원으로도 사용되었다. 20세기에 와서, 대부분의 풍차는 ‘가솔린 엔진’으로 대치되었다.

그러나 이제 석유가 그 지배적인 위치를 상실해 감에 따라, 풍력은 이전의 그 인기를 되찾고 있다. 바람이 지니고 있는 가능성이 생각한 것보다 훨씬 더 크다는 현실은 바람에 대한 관심을 다시 촉진시키고 있다. ‘캘리포오니아’ 대학의 한 과학자는 최근의 한 보고에서, 전세계적으로 볼 때, 단지 바람에서 얻은 동력만으로도 인간의 총 ‘에너지’ 수요량의 20배가 공급될 수 있다고 주장한다. 심지어 미국에서만도, 만일 바람 자원이 충분히 개발된다면, 현재 사용되는 동력의 75‘퍼센트’는 충분히 공급될 수 있을 것이다. 많은 지역에서, 바람이 일으키는 ‘에너지’는 거의 햇빛이 산출해 내는 ‘에너지’만큼이나 많다.

바람으로부터 동력을 생산해 내기 위해 고안되고 시험된 기계들의 종류는 참으로 많고도 다양하다. 한 높은 탑의 꼭대기에는 날개 없는 작은 비행기같이 보이는 물통 위에 장치된 두세 개의 날개 달린 ‘프로펠러’가 있다. 19‘미터’의 날개를 달고 있는 그 기계는, ‘뉴우멕시코’의 ‘클레이톤’에 있는 1,300세대의 육분의 일이 사용하기에 충분한 양인 200‘킬로와트’까지 현재 생산하고 있다. 바람이 불면, 그 기계는 그 시간의 90‘퍼센트’를 활용한다. 1978년에, 그 동력가(價)는 석유에서 얻은 동력가의 세 배를 넘었지만, 석유 가격이 급속히 치솟고 있는 반면, 보다 큰 기계와 대량 생산이 보다 값을 떨어 뜨릴 것으로 보인다.

비슷한 기계들이 도처에서 시험되고 있고, 현재까지 가장 큰, 2,000‘킬로와트’의 발전기가 ‘노오드 캐롤라이나’의 ‘부운’ 근처의 산 정상에 세워졌다. 한 풍차 집단이 중앙 ‘캘리포오니아’의 바람 세찬 산허리에 한 개인 회사에 의해 건립되어 있다. 만일 이것이 경제적인 성공을 가져 온다면, 보다 많은 수백 개의 풍차가 각 요충지에 세워지게 될 것이다.

또 다른 풍차의 모양은 수직 축을 중심으로 바닥과 꼭대기에 구부러진 날개가 달려 있는 것이다. 그래서 그 외양은 마치 거대한 달걀 젓는 기계 같이 보인다. 그것은 바람으로 회전시킬 필요가 없다. 다른 종류들과 마찬가지로, 그것은 특정 최소 풍속, 대개 시속 약 13‘킬로미터’ 이상에서 작동하고 풍속이 너무 강할 때는 피해를 막기 위해 차단될 수 있다.

그러나 다른 자유형 기계는 고정된 원통형 탑이 있고 그 주위에 수직 날개가 달려 있는 것이다. 이 날개들은 바람이 불어오는 각도로 열리고 그 반대쪽으로 닫혀진다. 탑으로 들어가는 바람은 곧장 나선 회전로로 유도되고, 작은 선풍(旋風)을 일으키며 위쪽으로 치솟는다. 중심부의 낮은 압력은 고속으로 회전하고 있는 비교적 작은 날개 달린 ‘터빈’을 통해 바닥으로부터 공기를 끌어 당긴다.

또 다른 장치들도 여전히 발명 개발되고 있다. 바람으로부터 전기를 얻어 내는 방법에 대한 기발한 ‘아이디어’를 위한 문이 활짝 열려 있다. 그리고 아무도 어느 것이 마침내 가장 저렴하게 동력을 생산해 낼 것인지 지금 아무도 예언할 수 없다. 그래서 줄기찬 연구들이 많은 설계들로 경쟁적으로 진행되고 있다.

풍력을 다른 ‘에너지’원과 비교해서 고려해야할 한 가지 점은 미관상의 문제이다. 때때로 풍차가 한 폭의 그림같이 고려되기도 하지만, 길게 늘어선 풍차 대열은 경치에 흠이 될 수도 있다. 또한 그것들이 그 지방 ‘텔레비젼’ 수상을 방해하지나 않을까 하는 염려도 있다.

현재의 전망은 적어도 풍력에 대한 이전의 그 중요성으로 돌아가는 것이고 아마도 바람이 ‘에너지’계의 더 많은 몫을 차지할 것이라는 것이다. 여러 통계에 의하면 마침내 ‘에너지’의 1내지 10‘퍼센트’ 정도가 2000년까지는 바람에 의해 공급될 수 있다는 것이다.

동력 사용 조절

태양이 비취지 않거나 바람이 잔잔해지면 태양이나 바람에 의존하는 장치들은 가동이 중단될 것이다. 만일 이것이 화력 발전이나 수력 발전과 같은 동력 조직의 추가된 한 부분이라면, 이런 일이 문제가 되지 않는다. 단순히 조정자는 하루 중 변화되는 수요를 충당하기 위해 하듯이 태양이나 바람으로부터 동력을 얻지 못하게 될 때 그것을 대비하여 단순히 주된 발전기의 ‘스윗치’를 조종하면 될 것이다.

태양 ‘에너지’는 “해가 쬐일 때 풀을 말려라”는 말과 같이 그것 만도 여러 가지 목적으로 사용될 수 있다. 만일 그것이 저수지로 물을 끌어 올리거나 전기 화학 ‘알루미늄’ 제품을 생산하거나, 수소를 생산하는 데 사용된다면, 해가 있는 동안은 작동시켰다가 해가 지면 멈출 수 있다.

그러나 여러 용도를 위해 어떤 ‘에너지’ 저장 수단이 마련되어야 한다. 이미 우리가 오랫동안 자동차에 사용해 왔듯이, ‘에너지’는 ‘배터리’에 저장될 수 있다. 그러나, 일반 가정의 전력 수요를 만족시키기 위해 필요한 보통 전지의 부피와 수효는 다루기 힘들고 비용이 많이 들 것이다. 다행이도, 최근의 연구는 작은 부피에 다량의 전기 ‘에너지’를 저장할 수 있는 새로운 형태의 고체 전해질(電解質) ‘배터리’의 출현을 약속한다.

만일 이러한 ‘배터리’가 현실이 된다면, 전기 자동차는 오늘날의 자동차보다 훨씬 더 실용적일 것이다. 자동차 사용자들은 가정에서나 혹은 그가 일하거나 장보는 동안 주차장에 있는 동력 ‘콘센트’에 꽂아 두면 될 것이다. ‘배터리’나 태양 전지의 발전으로, 자동차 운행중 혹은 주차중 ‘배터리’를 충전하기 위해, 전기 자동차의 상부에 태양 유리창을 설치하는 것이 실용적이 될 수 있다. 이러한 자동차가 현재 ‘풀로리다’에서 실험중에 있다. ‘캘리포오니아’에 있는 기업욕이 강한 한 발명가는 심지어 경 비행기의 양 날개에 장치된 태양 전지에 ‘배터리’를 부착시켜, 그것이 태양력으로 날을 수 있을 것인지를 실험했다.

대규모 동력 공장에서는 저장 목적으로 ‘에너지’를 다른 형태로 전환시키는 것이 보다 실용적일 것이다. 예를 들어, 바람이 불 때나 태양이 쬐는 동안 생산된 잉여 동력은 높은 저수지로 물을 끌어 올리는 데 사용될 수 있을 것이다. 그리하여 그 저장된 물을 이용하여 바람이 잔잔한 기간이나, 밤에 동력을 사용될 수 있을 것이다. 또 다른 계획은 압축된 공기를 천연 지하 공간으로 뿜어 올리는 것이다. 혹은 기계적 힘을 거대한 ‘플라이휠’의 회전 운동으로 저장할 수 있을 것이다. 이런 다양한 ‘아이디어’는 바람이나 태양력이 일반화될 때, 우리의 ‘에너지’ 사용 방법에 변화가 있을 것임을 암시한다.

비축된 태양 ‘에너지’

햇빛에 의한 연료의 광화학적 생산은 태양 ‘에너지’를 사용하는 또 다른 방법이다. 이러한 종류의 자연 과정을 광합성(光合成)이라고 한다. 녹색 식물은 탄수화물과 같은 고 ‘에너지’ 화합물을 만들기 위해 햇빛을 사용한다. 인간의 최초의 태양 ‘에너지’ 사용은 집을 따뜻하게 하고 음식을 요리하기 위해 나무를 태웠었다.

또 다른 자연 과정은 발효인데, ‘알코올’은 연료로 사용하기 위해 식물에서 만들어질 수 있고 추출될 수 있다. 10 내지 20‘퍼센트’의 ‘알코올’은 자동차의 ‘엔진’을 개조하지 않고도 자동차 ‘개솔린’과 혼합할 수 있다. 또한 ‘엔진’도 순수한 ‘알코올’ 연소를 위해 개조될 수 있다. 현재까지는, ‘알코올’이 ‘개솔린’보다 더 비싸지만 양상은 바뀌고 있다. 그래서 자동차 사용자들은 “개소올”이라고 불리우는 혼합물을 사용하기 시작했다. ‘브라질’은 석유 수입을 탈피하고 ‘알코올’ 생산을 위한 집중적인 계획을 실천해 왔다. 상업적 생산을 위해 여러 종류의 성장이 빠른 식물들이 보다 경제적인 처리를 위해 연구중에 있다. 태양 ‘에너지’를 사용하는 이러한 방법들은 “바이오-매스”(bio-mass)라는 용어 아래 분류된다.

장래를 내다보는 어떤 과학자들은 햇빛이 직접 물을 산소와 수소로 분해시키는 데 사용되기를 원한다. 물론 이것은 전해식 분해로 가능하다. 그러나 그들은 광화학적인 방법을 찾고 있는 것이다. 필요한 것은 엽록소가, 물과 이산화탄소로부터 당분을 산출해 내는 작용을 하게 하는 것같은 반응을 일으키게 하는 어떤 것 즉 적합한 촉매제가 필요하다. 만일 이것이 발견된다면 압축 수소는 장래에 자동차의 연료로 사용될 수 있을 것이다.

태양광선으로 생산된 ‘알코올’이나 수소 연료들은 탄화 수소 이상의 장점을 지니고 있다. 그것들은 주위 환경을 오염시키지 않는다. 오히려 그것들은 화석 연료처럼 자연에 있는 이산화탄소의 균형을 어지럽히지 않는다. 왜냐하면 매년 공급된 것은 다시 대기로 되돌아가는 순환을 하기 때문이다.

[9면 삽입]

한 과학자는 바람이 인간이 필요로 하는 총 ‘에너지’량의 20배를 공급할 수 있다고 주장한다.

[9면 삽입]

어떤 지역에서는 바람을 이용하는 ‘에너지’가 태양 ‘에너지’ 정도에 이르고 있다.

[10면 삽입]

자동차 운행 중 혹은 주차중 ‘배터리’를 충전하기 위해, 전기 자동차의 상부에 태양 창유리를 설치하는 것이 실용적이 될 수 있다.

[10면 삽입]

‘알코올’은 식물 원료에서 만들 수 있고 연료로 사용될 수 있다. 그것은 오염 없이 연소한다.

[11면 네모]

지구 내부로부터의 동력

핵 ‘에너지’ 외에도, 과거나 현재에 태양에서 유래되지 않은 또 다른 ‘에너지’ 근원이 있다. 그것은 지구 자체의 내부열이다. 땅 속 깊이 들어가면 갈수록 더욱 더 뜨거워진다는 사실은 땅 속 깊이 갱을 파는 사람들에 의해 오래 전부터 알려져 왔다. 또한 지표 가까이에도 특히 뜨거운 부분이 있다. 화산 폭발의 경우 그 주위에 분출된 용암은 이 사실에 대한 가장 극적인 증거이다. 그 다음 증거는 끓는 물과 증기를 하늘 높이 뿜어내는 간헐천이다. 그러나 온난한 것으로 사람들을 매혹시키는 온천이 있다.

과학자들은 지구의 열이 지구 형성 요소인 금속이나 암석 물질의 중력 응압에 의해 발생된 것으로 믿는다. 아마도 지구의 모든 부분이 한두 번 녹았었다. 표면은 냉각되었지만 내부는 아직도 뜨겁다. 그 남아있는 열은, 어떤 곳은 다른 곳보다 빨리, 표면을 향해서 계속 흐르고 있는 것이다. 이 근원적인 열은 ‘칼륨’, ‘우라늄’, ‘토륨’과 같은 지구 겉부분에 있는 이 원소들의 방사성 붕괴에 의해 가열되고 있다.

지구의 열이 개발될 수 있는 이러한 곳은, 유용한 ‘에너지’원을 제공해 준다. ‘이탈리아’의 ‘라르데렐로’에서 한 증기 분출구는 1904년 이래 전기 발전기로 동력화되었다. ‘캘리포오니아’의 ‘게이서빌’ 부근의 큰 발전소는 건증기로부터 무려 500,000‘킬로와트’ 이상의 전기를 생산하고 있다.

뜨거운 암석층에서 끌어올린 과열된 물이 압력이 낮추어 지고 지표로 송관될 수 있다면 역시 증기원이 될 수 있다. “뉴우지일랜드”와 ‘멕시코’는 동력 생산을 위해 열천(熱泉)을 개발해 왔다. 미국에서 이런 종류의 최초의 발전소가 ‘캘리포오니아’ 주 ‘엘 쎈트로’ 부근에 현재 건축중에 있다. 그것은 50,000‘킬로와트’ 출력을 낼 것인데 그 지열층은 이 용량의 10배를 확장 공급할 수 있을 것으로 추산되었다.

지열 ‘에너지’는 너무나 방대하기 때문에 인간의 수요와 비교해 볼 때 사실 무한정하다. 그러나 그것은 비교적 소수의 지점에서만 개발될 수 있다. 현재의 그 유용 가능성은, 지구 표면 어디에서나 이용할 수 있는 태양 광선이나 바람이 지니고 있는 수천 배나 더 큰 가능성과 비교해 볼 때 아주 적은 것이다.