지속 가능한 에너지
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1. 개요
지속 가능한 에너지는 현재 세대의 필요를 충족시키면서 미래 세대의 에너지 사용 능력을 저해하지 않는 방식으로 에너지를 생산하고 사용하는 것을 의미한다. 이 개념은 환경, 경제 및 사회적 측면을 포괄하며, 온실가스 배출 감소, 에너지 효율 증대, 에너지 안보 강화 등을 목표로 한다. 지속 가능한 에너지원은 재생 가능 에너지(태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오 에너지 등)와 재생 불가능 에너지(화석 연료의 전환 및 완화, 핵에너지)를 포함하며, 에너지 절약, 에너지 시스템 변환, 에너지 활용 기술 개발, 정부 정책, 재정 지원 등이 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환을 위한 주요 요소로 작용한다.
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| 지속 가능한 에너지 | |
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| 지속 가능한 에너지 | |
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| 정의 | 사회적, 경제적, 환경적 필요를 책임감 있게 충족시키는 에너지 |
| 목표 | |
| 온실가스 감축 | 이산화탄소 배출량 감소 지구 온도 상승을 산업화 이전 수준 대비 2 이내로 제한 산업화 이전 수준 대비 1.5 이내로 제한 노력 |
| 사회적, 경제적 발전 | 에너지 접근성 확대 에너지 빈곤 감소 지속 가능한 경제 성장 촉진 일자리 창출 |
| 환경 보호 | 대기 오염 감소 수질 오염 감소 생물 다양성 보존 자원 고갈 방지 |
| 주요 기술 | |
| 재생 가능 에너지 | 태양 에너지 풍력 에너지 수력 에너지 지열 에너지 바이오매스 에너지 |
| 에너지 효율 | 고효율 가전제품 단열 건축 스마트 그리드 에너지 저장 기술 |
| 저탄소 기술 | 탄소 포집 및 저장 (CCS) 전기차 수소 에너지 |
| 정책 | |
| 정부 정책 | 재생 에너지 투자 지원 탄소세 부과 에너지 효율 기준 강화 친환경 교통 정책 추진 |
| 국제 협력 | 파리 협정 이행 지속 가능한 에너지 개발 목표 (SDG 7) 달성 기술 이전 및 재정 지원 |
| 사회적 영향 | |
| 긍정적 영향 | 건강 개선 (대기 오염 감소) 에너지 안보 강화 지역 경제 발전 고용 창출 삶의 질 향상 |
| 부정적 영향 | 초기 투자 비용 부담 기술 개발 및 보급의 어려움 사회적 불평등 심화 우려 토지 이용 문제 |
| 경제적 영향 | |
| 긍정적 영향 | 에너지 비용 절감 새로운 산업 및 일자리 창출 기술 혁신 촉진 에너지 독립성 강화 |
| 부정적 영향 | 기존 화석 연료 산업의 타격 초기 투자 비용 부담 정책 변화에 따른 불확실성 일부 지역의 경제적 불균형 |
| 환경적 영향 | |
| 긍정적 영향 | 온실 가스 배출량 감소 대기 및 수질 오염 감소 생물 다양성 보호 자원 고갈 방지 |
| 부정적 영향 | 일부 재생 에너지 기술의 환경 문제 (예: 수력 발전의 생태계 파괴) 자원 채굴 및 폐기물 문제 토지 이용 변화 |
| 기타 | |
| 논란 | 기술적 한계 비용 효율성 문제 사회적 합의 부족 정책 일관성 부족 |
| 과제 | 기술 개발 및 혁신 가속화 대규모 투자 유치 사회적 합의 도출 국제 협력 강화 |
| 미래 전망 | 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환 가속화 재생 에너지 기술의 발전 및 보급 확대 에너지 효율 및 절약 중요성 증대 새로운 에너지 기술 및 시장 창출 |
2. 정의와 배경
유엔 사무총장 반기문은 "에너지는 경제 성장, 사회적 형평성 증대, 세상이 번영할 수 있는 환경을 연결하는 황금실이다."라고 말하며, 에너지 없이는 발전이 불가능하고, 지속 가능한 에너지 없이는 지속 가능한 발전도 불가능하다고 강조했다.[177]
브룬틀란 위원회는 1987년 보고서 ''지속 가능한 발전''에서 지속가능한 발전 개념을 설명하면서, 에너지를 핵심 요소로 꼽았다. 이 보고서는 지속가능한 발전을 "현재 세대의 필요를 충족시키되, 미래 세대가 자신들의 필요를 충족하는 능력을 저해하지 않는 것"으로 정의했다.[177]
지속가능한 에너지에 대한 단일한 정의는 없지만, 일반적으로 환경, 경제, 사회적 측면을 모두 고려한다.[180][181] 1990년대 이전까지는 주로 배출과 에너지 안보에 초점을 맞추었지만, 이후 사회적, 경제적 문제까지 포함하는 넓은 개념으로 확장되었다.[182]
지속가능성의 환경적 측면에는 온실가스 배출, 생물다양성 및 생태계 영향, 유해 폐기물 및 독성물질 배출,[180] 물 고갈, 재생불가능 자원 고갈 등이 포함된다.[181] 환경에 미치는 영향이 적은 에너지원은 '녹색 에너지' 또는 '깨끗한 에너지'라고 불린다.
지속가능성의 경제적 측면은 경제 발전, 에너지 효율, 에너지 안보 등을 포함하며,[180][183] 사회적 측면은 노동자의 권리, 토지 권리, 모든 사람들이 적절한 가격으로 신뢰성 있는 에너지에 접근할 수 있도록 보장하는 것을 포함한다.[181][180]
2. 1. 정의
> "에너지는 경제 성장, 사회적 형평성 증대, 세상이 번영할 수 있는 환경을 연결하는 황금실이다. 에너지 없이는 발전이 불가능하고, 지속 가능한 에너지 없이는 지속 가능한 발전도 불가능하다."> \- 유엔 사무총장 반기문
브룬틀란 위원회는 1987년 보고서 ''지속 가능한 발전''에서 에너지가 핵심 요소인 지속가능한 발전 개념을 설명했다. 이는 "현재 세대의 필요를 충족시키되, 미래 세대가 자신들의 필요를 충족하는 능력을 저해하지 않는 것"으로 지속가능한 발전을 정의했다.[177] 이러한 지속가능한 발전에 대한 설명은 이후 많은 지속가능한 에너지의 정의와 설명에 인용되었다.[178][179]
에너지에 대한 지속가능성 개념에 대해 전세계적으로 인정받은 단일한 해석은 없다.[180] 지속가능한 에너지의 정의는 환경, 경제 및 사회적 차원과 같은 다양한 지속가능성 측면을 포괄한다.[181] 역사적으로, 지속가능한 에너지 개발의 개념은 배출과 에너지 안보에 초점을 맞추었다. 그러나 1990년대 초부터 이 개념은 보다 넓은 사회적, 경제적 문제를 포함하도록 확장되었다.[182]
지속가능성의 환경적 측면에는 온실가스 배출, 생물다양성 및 생태계에 미치는 영향, 유해 폐기물 및 독성물질 배출,[180] 물 고갈,[181] 그리고 재생불가능 자원의 고갈이 포함된다. 환경에 미치는 영향이 적은 에너지원은 때때로 ''녹색 에너지'' 또는 ''깨끗한 에너지''로 불린다. 지속가능성의 경제적 측면은 경제 발전, 에너지의 효율적 사용, 그리고 에너지 안보까지 포함한다. 이는 각 나라가 지속적인 에너지에 대한 일정한 접근성을 보장하기 위함이다.[180][183] 관련된 사회 문제들로 모든 사람들이 알맞은 가격으로 신뢰성 있는 에너지에 접근할 수 있도록 보장하며, 노동자의 권리, 그리고 땅에 대한 권리 등이 있다.[181][180]
2. 2. 환경에 주는 영향
브룬틀란 위원회는 1987년 보고서 ''지속 가능한 발전''에서 에너지가 핵심 요소인 지속가능한 발전 개념을 설명했다. 이는 "현재 세대의 필요를 충족시키되, 미래 세대가 자신들의 필요를 충족하는 능력을 저해하지 않는 것"으로 지속가능한 발전을 정의했다.[177]현재의 에너지 시스템은 기후 변화, 대기 오염, 생물 다양성 감소, 유해 물질 배출 및 물 부족과 같은 여러 환경 문제를 일으키고 있다. 2019년 기준으로 세계 에너지 수요의 85%는 화석 연료 연소를 통해 충족되고 있다.[189] 에너지 생산과 소비는 2018년 기준 인간이 초래한 연간 온실가스 배출량의 76%를 차지한다.[184][185]
화석 연료와 바이오매스 연소는 대기 오염의 주요 원인이다.[187][188] 이로 인해 연간 약 700만 명의 사망자가 발생하며, 가장 큰 질병 부담은 저소득 및 중간 소득 국가에서 발생한다.[189][190] 발전소, 차량 및 공장에서의 화석 연료 연소는 산성비를 유발하는 주요 배출원이다.[191] 세계 인구의 99%가 세계 보건 기구 권장 기준을 초과하는 수준의 대기 오염에 노출되고 있다.[192]
나무, 동물 똥, 석탄 또는 등유와 같은 오염 물질 연소 요리는 실내 대기 오염의 거의 모든 원인이며, 연간 약 160만 명에서 380만 명의 사망자를 일으킨다.[193] 건강에 미치는 영향은 요리를 담당하는 여성과 어린아이에게 집중된다.
환경 영향은 연소 부산물을 넘어선다. 해상 기름 유출은 해양 생물에 해를 끼치고 독성 물질을 방출하는 화재를 일으킬 수 있다. 전 세계 물 사용량의 약 10%는 주로 화력 발전소 냉각을 위한 에너지 생산에 사용된다. 건조 지역에서는 이것이 물 부족의 원인이 된다.
2. 3. 지속 가능한 발전 목표
최빈개발국의 에너지 접근성을 개선하고 에너지를 더 청정하게 만드는 것은 유엔 2030 지속가능발전목표의 대부분을 달성하는 데 중요하다.[197] 여기에는 기후 행동부터 성평등에 이르는 다양한 문제가 포함된다.[198] 지속가능발전목표 7은 2030년까지 보편적인 전력 접근과 깨끗한 조리 시설을 포함하여 "모든 사람을 위한 저렴하고 안정적이며 지속 가능하고 현대적인 에너지에 대한 접근"을 요구한다.[199]3. 에너지 절약
에너지 효율(energy efficiency영어)은 같은 상품이나 서비스를 제공하는 데 에너지를 덜 사용하거나, 더 적은 상품으로 비슷한 서비스를 제공하는 것을 의미하며, 지속 가능한 에너지 전략의 핵심 요소이다.[201][202] 국제 에너지 기구(IEA)는 에너지 효율을 높이면 파리 협정의 목표 달성에 필요한 온실가스 배출량 감소의 40%를 달성할 수 있을 것으로 추산했다.[203]
가전제품, 차량, 산업 공정 및 건물의 기술적 효율을 높이면 에너지를 절약할 수 있다.[204] 더 나은 건물 설계와 재활용 등을 통해 생산에 많은 에너지가 필요한 재료를 적게 사용하는 것도 또 다른 방법이다. 출장 대신 화상 회의를 이용하거나 자동차 대신 자전거, 도보, 대중교통을 이용하는 등 행동 변화도 에너지를 절약하는 방법이다. 효율을 개선하기 위한 정부 정책으로는 건축법, 성능 기준, 탄소 가격 책정, 교통 수단 변화를 장려하기 위한 에너지 효율적인 인프라 개발이 포함될 수 있다.[205]
세계 경제의 에너지 강도(생산된 국내총생산(GDP) 단위당 소비되는 에너지량)는 경제 생산의 에너지 효율을 나타내는 대략적인 지표이다. 2010년 세계 에너지 강도는 GDP 1달러당 5.6MJ(1.6kWh)였다. 유엔 목표는 2010년부터 2030년 사이에 에너지 강도를 매년 2.6%씩 감소시키는 것이다. 최근 몇 년 동안 이 목표는 달성되지 못했다. 예를 들어 2017년에서 2018년 사이에 에너지 강도는 1.1%만 감소했다.
효율 개선은 종종 소비자가 절약한 돈으로 더 에너지 집약적인 상품과 서비스를 구매하는 반발 효과로 이어진다.[206] 예를 들어, 최근 운송 및 건물의 기술적 효율 개선은 소비자 행동의 추세, 예를 들어 더 큰 차량과 주택을 선택하는 추세에 의해 상당 부분 상쇄되었다.[207]
4. 지속 가능한 에너지원
현재의 에너지 시스템은 기후 변화, 대기 오염, 생물 다양성 손실, 유해 물질 배출, 물 부족 등 다양한 환경 문제를 야기한다.[189] 2019년 기준으로 전 세계 에너지 수요의 85%는 화석 연료 연소를 통해 충당되고 있으며,[189] 에너지 생산 및 소비는 2018년 기준 인간이 초래한 연간 온실가스 배출량의 76%를 차지한다.[184][185] 2015년 파리 협정은 지구 온난화를 2°C 이하, 가능하면 1.5℃(약 -16.3°C)로 제한하는 것을 목표로 하며, 이를 위해 세기 중반까지 순제로에 도달해야 한다.[186]
화석 연료와 생물질 연소는 대기 오염의 주요 원인으로,[187][188] 연간 약 7백만 명의 사망자를 발생시킨다.[189][190] 특히, 나무, 동물 배설물, 석탄 또는 등유와 같은 오염 물질을 연소하는 요리는 실내 대기 오염의 주범으로 연간 160만~380만 명의 사망자를 유발한다.[193] 이러한 건강 문제는 요리를 담당하는 여성과 어린아이에게 집중된다.
환경 영향은 연소 부산물 외에도 해상 기름 유출, 에너지 생산으로 인한 물 사용량 증가(전 세계 물 사용량의 약 10%), 과도한 벌목으로 인한 사막화 등 다양하다.
지속 가능한 에너지원은 다음과 같다:
- '''재생 가능 에너지''': 에너지 안보를 강화하고 온실가스 배출을 줄이는 데 필수적이다.
- 태양광 및 풍력 에너지: 빠르게 성장하고 있으며, 대부분의 국가에서 가장 저렴한 에너지 생산 방법이다.
- 수력 발전: 재생에너지의 가장 큰 원천이다.
- 지열 에너지: 지하의 열을 활용하며, 2020년 전 세계 에너지 소비량의 1% 미만을 차지했다.
- 바이오 에너지: 식물과 동물에서 나오는 유기 물질로, 열과 전기 생산, 바이오 연료 생산 등에 사용된다.
- 해양 에너지: 에너지 시장에서 가장 작은 비중을 차지하며, 조력 발전, 파력 발전 등이 있다.
- '''재생 불가능한 에너지원'''
- 천연가스: 석탄보다 온실가스 배출량과 대기 오염이 적어 단기적으로는 기후 변화 완화에 기여할 수 있지만, 장기적으로는 순제로 배출 달성이 어렵다.
- 원자력 에너지: 기저부하 전력의 저탄소 공급원으로, 재생 에너지원과 유사한 수준의 온실가스 배출량을 보인다. 그러나 핵폐기물, 핵확산, 사고 위험 등의 문제가 존재한다.
4. 1. 재생 가능한 에너지
재생 가능 에너지원은 에너지 안보를 강화하고 화석연료보다 훨씬 적은 온실가스를 배출하여 지속 가능한 에너지에 필수적이다.[253] 하지만 바이오에너지 생산, 풍력 또는 태양광 발전소 건설을 위해 생태적 가치가 높은 지역을 전환할 때 생물다양성 위험과 같은 지속가능성 문제가 발생할 수 있다.[211][212]
수력 발전은 재생에너지 발전의 가장 큰 원천이지만 태양광 및 풍력 에너지는 빠르게 성장하고 있다. 태양광 발전과 육상 풍력 발전은 대부분의 국가에서 가장 저렴한 신규 발전 용량이다.[213][214] 현재 전력 접근이 없는 7억 7천만 명 이상의 사람들 중 절반 이상에게는 태양광 미니 그리드와 같은 분산형 재생에너지가 2030년까지 전력을 공급하는 가장 저렴한 방법일 수 있다.[215] 2030년까지 UN의 목표에는 세계 에너지 공급에서 재생에너지 비율을 상당히 높이는 것이 포함된다.[216]
국제에너지기구(IEA)에 따르면, 풍력 및 태양광 발전과 같은 재생에너지원은 이제 일반적인 전력원이 되었으며, 세계 발전 투자의 70%를 차지하고 있다.[217][218][219][220] IEA는 재생에너지가 향후 3년 안에 석탄을 제치고 세계적으로 전력 생산의 주요 에너지원이 될 것으로 예상한다.[221]
4. 1. 1. 태양 에너지
태양은 지구의 주요 에너지원이며, 많은 지역에서 깨끗하고 풍부하게 이용 가능한 자원이다.[43] 2019년 태양광 발전은 전 세계 전력의 약 3%를 공급했으며,[43] 대부분 광전지(PV) 기반의 태양전지판을 통해 이루어졌다. 태양광 PV는 2027년까지 전 세계적으로 가장 큰 설치 용량을 가진 전력원이 될 것으로 예상된다.[42] 패널은 건물 옥상에 장착되거나 유틸리티 규모의 태양광 발전소에 설치된다. 태양광 발전용 광전지의 가격이 급격하게 하락하여 전 세계적으로 발전량이 크게 증가했다. 새로운 태양광 발전소의 전기 비용은 기존 석탄 발전소의 전기보다 경쟁력이 있거나 많은 곳에서 더 저렴하다.[44] 미래 에너지 사용에 대한 다양한 예측을 통해 태양광 PV가 지속 가능한 혼합 에너지 생성의 주요 소스 중 하나로 확인되었다.[45]
태양광 패널의 대부분의 구성 요소는 쉽게 재활용할 수 있지만, 규제가 없는 경우에는 재활용이 항상 되지 않는다.[46] 패널에는 일반적으로 중금속이 포함되어 있으므로 매립할 경우 환경에 위험을 초래할 수 있다.[47] 태양광 패널이 생산에 사용된 만큼의 에너지를 생산하는 데는 2년 미만이 걸린다. 재료를 채굴하는 대신 재활용하면 에너지가 덜 필요하게 된다.[48]
태양열 집중 발전에서는 거울에 반사된 태양열을 집중시켜 물을 가열시키게 된다. 전기는 열기관을 이용해 생성된 증기로부터 생산된다. 집광형 태양열 발전은 필요할 때 전기를 생산할 수 있도록 일반적으로 열의 일부를 저장하므로 조정가능하다.[49] 전기 생산 외에도 태양 에너지는 더 직접적으로 사용된다. 태양열 난방 시스템은 온수 생산, 건물 난방, 건조 및 담수화에 사용된다.
4. 1. 2. 풍력
바람은 수천 년 동안 산업, 물 펌프, 범선 등에 에너지를 제공하는 중요한 동력이었다. 현대식 풍력 터빈은 전기를 생산하는 데 사용되며, 2019년 전 세계 전력의 약 6%를 공급했다.[230] 내륙 풍력 발전소의 전기는 기존 석탄 발전소보다 저렴하고 천연가스 및 원자력에 비해 경쟁력이 있는 경우가 많다.[231] 풍력 터빈은 육지보다 바람이 더 안정적이고 강하지만 건설 및 유지 관리 비용이 더 높은 해상에 설치하기도 한다.[232]
종종 야생 지역이나 농촌 지역에 건설되는 내륙 풍력 발전소는 풍경에 시각적 영향을 준다.[51] 풍력 터빈과의 충돌로 인해 박쥐와 새가 죽게 되지만, 창문 및 송전선과 같은 다른 기반 시설보다는 그 발생률이 낮다.[233] 터빈에서 발생하는 소음과 깜빡이는 빛은 짜증을 유발하고 인구 밀도가 높은 지역 근처의 건설을 제한하기도 한다. 풍력 발전은 원자력 발전소나 화석 연료 발전소와 달리 물을 사용하지 않는다.[234] 풍력 발전소 자체에서 생산되는 에너지에 비해 풍력 터빈 건설에는 에너지가 거의 필요하지 않다. 터빈 블레이드는 완전히 재활용할 수 없으며, 재활용하기 쉬운 블레이드를 제조하는 방법에 대한 연구가 진행 중이다.[235]
4. 1. 3. 수력 발전
수력 발전소는 흐르는 물의 에너지를 전기로 변환한다. 2020년 수력발전은 전 세계 전력의 17%를 공급했는데, 이는 20세기 중후반의 최고치인 20%에 비해 감소한 수치이다.[236]기존 수력 발전에서는 댐 뒤에 저수지를 만든다. 기존 수력 발전소는 매우 유연하고 조정가능한 전력을 공급한다. 풍력 발전 및 태양광 발전과 결합하여 전력수요를 충족시키고 풍력 및 태양광 이용이 어려울 때 이를 보완할 수 있다.[236]
강수식 수력발전은 저수지 기반 시설에 비해 일반적으로 환경에 미치는 영향이 적다. 그러나 전력 생산 능력은 강의 흐름에 따라 달라지며, 이는 날마다 또는 계절 날씨에 따라 달라질 수 있다. 저수지는 홍수 통제에 사용되고 전기를 유연하게 출력하며 동시에 가뭄 동안 식수 공급 및 관개에 대한 대책도 제공한다.[237]
수력발전은 생산된 에너지 단위당 온실가스 배출량이 가장 낮은 에너지원 중 하나이지만 배출량 수준은 프로젝트마다 크게 다르다.[238] 온실가스는 열대 지역의 대규모 댐에서 가장 많이 배출되는 경향이 있다.[239] 이러한 배출은 저수지의 범람에 잠긴 생물학적 물질이 분해되어 이산화탄소와 메테인을 방출할 때 발생한다. 삼림 벌채와 기후 변화는 수력 발전 댐의 에너지 생산을 감소시킬 수 있다.[236] 위치에 따라 대형 댐은 주민들을 이주시키고 심각한 지역 환경 피해를 초래하기도 한다. 또한 잠재적인 댐 붕괴로 인해 주변 인구가 위험에 빠질 수도 있다.[236]
4. 1. 4. 지열 에너지
지열 에너지는 지하 깊숙한 곳의 열을 활용하여 전기를 생산하거나[240] 물과 건물을 가열하는 데 사용된다.[58] 지열 에너지의 활용은 열 추출이 경제적인 지역에 집중되는데,[242] 이는 고온, 열 흐름, 투과성(유체가 암석을 통과할 수 있는 능력)의 조합이 필요하기 때문이다. 전력은 지하 저수지에서 생성된 증기로부터 생산된다.[241] 2020년 전 세계 에너지 소비량에서 지열 에너지가 차지하는 비중은 1% 미만이었다.[83]
지열 에너지는 인근의 더 뜨거운 지역과 자연적으로 발생하는 동위원소의 방사성 붕괴로부터 열에너지가 지속적으로 보충되기 때문에 재생 가능한 자원이다. 평균적으로 지열 기반 전기의 온실가스 배출량은 석탄 기반 전기의 5% 미만이다.[243] 지열 에너지는 지진을 유발할 위험이 있고, 수질 오염을 방지하기 위한 대비책이 필요하며, 포집할 수 있는 독성 배출물을 방출한다.
4. 1. 5. 바이오 에너지
바이오매스는 식물과 동물에서 나오는 재생 가능한 유기 물질이다.[244] 이를 태워 열과 전기를 생산하거나 바이오디젤이나 에탄올과 같은 바이오 연료로 변환하여 차량에 동력을 공급할 수 있다.[245][246]바이오에너지가 기후에 미치는 영향은 바이오매스 공급원료의 출처와 재배 방법에 따라 상당히 다르다.[247] 예를 들어, 에너지를 얻기 위해 나무를 태우면 이산화탄소가 배출되는데, 잘 관리된 숲에서 수확된 나무를 새 나무로 교체하면 이러한 배출량을 크게 상쇄할 수 있다.[248] 새 나무는 자라면서 대기 중 이산화탄소를 흡수하기 때문이다. 그러나 바이오에너지 작물의 재배는 자연 생태계를 대체하고 토양을 악화시키며 수자원과 합성 비료를 소비할 수 있다. 열대 지역에서 전통적인 난방 및 요리에 사용되는 모든 목재의 약 1/3은 지속 불가능한 방법으로 수확된다. 바이오에너지 공급 원료는 일반적으로 수확, 건조 및 운송에 상당한 양의 에너지가 필요하다. 이러한 프로세스에 대한 에너지 사용으로 인해 온실 가스가 배출될 수 있다. 경우에 따라서는 토지 이용 변화, 경작 및 가공의 영향으로 인해 화석 연료 사용에 비해 바이오에너지의 전체 탄소 배출량이 더 많을 수도 있다.
바이오매스 재배를 위해 농지를 사용하면 식량 재배에 사용할 수 있는 토지가 줄어들 수 있다. 미국에서는 자동차 휘발유의 약 10%가 옥수수 기반 에탄올로 대체되었으며, 이는 많은 양의 수확량을 소비하게 된다.[249][250] 말레이시아와 인도네시아에서는 바이오디젤용 팜유를 생산하기 위해 숲을 개간하는 작업이 심각한 사회적, 환경적 영향을 가져왔다.[251][252] 왜냐하면 숲은 중요한 탄소 흡수원이자 다양한 종의 서식지이기 때문이다. 광합성은 햇빛 에너지의 일부분만을 포착하기 때문에, 주어진 양의 바이오에너지를 생산하려면 다른 재생에너지원에 비해 많은 양의 토지가 필요하다.
비식용 식물이나 폐기물에서 생산되는 2세대 바이오연료는 식량 생산에는 영향을 덜 주지만 보호 지역과의 상충관계 및 지역 대기 오염을 유발하는 등의 다른 부정적인 영향을 가져올 수 있다.[247] 상대적으로 지속 가능한 바이오매스 공급원으로는 조류, 폐기물, 식량 생산에 부적합한 토양에서 자란 작물 등이 있다.[247]
탄소 포집 및 저장 기술은 바이오에너지 발전소의 배출물을 포집하는 데 사용된다. 이 과정은 탄소 포집 및 저장을 통한 바이오에너지(BECCS)로 알려져 있으며 대기에서 이산화탄소 제거 효과를 가져올 수 있다. 그러나 BECCS는 바이오매스 물질의 재배, 수확 및 운송 방법에 따라 이산화탄소 배출을 초래할 수도 있다. 일부 기후 변화 완화 경로에 설명된 규모로 BECCS를 배포하려면 많은 양의 농경지가 필요하다.
4. 1. 6. 해양 에너지
해양 에너지는 에너지 시장에서 가장 작은 비중을 차지한다. 여기에는 OTEC, 성숙기에 접어들고 있는 조력 발전, 그리고 개발 초기 단계에 있는 파력 발전이 포함된다. 프랑스와 한국의 두 조력 발전 시스템이 세계 생산량의 90%를 차지한다. 단일 해양 에너지 장치는 환경에 미치는 위험이 거의 없지만, 대형 장치의 영향은 덜 알려져 있다.[194]4. 2. 재생 불가능한 에너지원
브룬틀란 위원회의 1987년 보고서 ''지속 가능한 발전''에서는 지속가능한 발전을 "현재 세대의 필요를 충족시키되, 미래 세대가 자신들의 필요를 충족하는 능력을 저해하지 않는 것"으로 정의했다.[177]천연가스는 석탄보다 온실가스 배출량과 대기 오염이 적어 단기적으로는 기후 변화 완화에 기여할 수 있다. 하지만 장기적으로는 순 제로 배출을 달성하기 어렵고, 새로운 천연가스 기반 시설은 탄소 잠금 및 좌초 자산의 위험을 초래할 수 있다.[256][257]
원자력 에너지는 기저부하 전력의 저탄소 공급원으로, 재생 에너지원과 유사한 수준의 온실가스 배출량을 보인다.[55] 그러나 원자력 폐기물, 핵무기 확산, 원자력 사고에 대한 우려와 대중의 반대는 원자력 발전소 건설을 어렵게 만들기도 한다.[88]
4. 2. 1. 화석 연료의 전환 및 완화
석탄에서 천연가스로 전환하는 것은 지속 가능성 측면에서 이점이 있다. 생산되는 에너지 단위당 천연가스의 전 과정 온실가스 배출량은 풍력이나 원자력 에너지 배출량의 약 40배이지만 석탄보다는 훨씬 적다. 천연가스를 태우면 전기를 생산할 때 석탄 배출량의 약 절반, 열을 생산할 때 석탄 배출량의 약 2/3가 발생한다.[253] 천연가스 연소는 석탄보다 대기 오염도 적다.[254] 그러나 천연가스는 그 자체로 강력한 온실가스이며, 추출 및 운송 중 누출이 발생하면 석탄 전환의 이점이 무효화될 수 있다.[255] 메탄 누출을 억제하는 기술은 널리 알려져 있지만 항상 사용되지는 않는다.[255]석탄에서 천연가스로 전환하면 단기적으로 배출량이 줄어들어 기후 변화 완화에 기여한다. 그러나 장기적으로는 순 제로 배출을 달성하는 길을 제공하지 않는다. 천연가스 기반 시설을 개발하면 새로운 화석 기반 시설이 수십 년 동안 탄소 배출을 하거나 수익을 내기 전에 폐기되어야 하는 탄소 잠금 및 좌초 자산의 위험을 초래한다.[256][257]
화석 연료 및 바이오매스 발전소의 온실가스 배출은 탄소 포집 및 저장(CCS)을 통해 크게 줄일 수 있다. 대부분 연구에서는 CCS가 발전소에서 배출되는 이산화탄소(CO2)의 85~90%를 포집할 수 있다고 가정한다.[258][259] 배출된 CO2의 90%를 석탄 화력 발전소에서 포집하더라도 포집되지 않은 배출량은 생산된 전력 단위당 원자력, 태양광 또는 풍력 에너지의 배출량보다 몇 배나 더 크다.[260][261] CCS를 사용하는 석탄 발전소는 효율성이 떨어지기 때문에 더 많은 석탄이 필요하므로 석탄 채굴 및 운송과 관련된 오염이 증가한다. CCS 공정은 비용이 많이 들고, 비용은 이산화탄소 저장에 적합한 지질학적 위치와의 근접성에 크게 좌우된다.[262][263] 이 기술의 배포는 여전히 매우 제한적이며, 2020년 현재 전 세계적으로 21개의 대규모 CCS 플랜트만 운영되고 있다.[264]
4. 2. 2. 핵에너지
원자력은 1950년대부터 기저부하 전력의 저탄소 공급원으로 사용되어 왔다.[81] 30개국 이상의 원자력 발전소에서 세계 전력의 약 10%를 생산한다.[82] 2019년 기준으로 원자력은 모든 저탄소 에너지의 4분의 1 이상을 생산하여 수력발전에 이어 두 번째로 큰 에너지원이 되었다.[83]원자력의 수명주기 온실가스 배출량(우라늄 채굴 및 처리 포함)은 재생에너지원의 배출량과 유사하다.[55] 원자력은 주요 재생에너지원에 비해 생산되는 에너지 단위당 토지 사용량이 적다. 또한 원자력은 지역 대기오염을 발생시키지 않는다.[84][85] 원자력 발전소의 연료로 사용되는 우라늄 광석은 재생 불가능한 자원이지만, 수백 년에서 수천 년 동안 공급할 수 있는 충분한 매장량이 존재한다.[86] 그러나 현재 경제적으로 채굴 가능한 우라늄 자원은 제한적이며, 확장 단계에서는 우라늄 생산이 수요를 따라가기 어려울 수 있다.[87] 야심찬 목표와 일치하는 기후변화 완화 경로에서는 일반적으로 원자력 발전 공급량이 증가한다.
원자력 폐기물, 핵무기 확산 및 원자력 사고에 대한 우려로 인해 원자력이 지속 가능한지 여부에 대한 논란이 있다.[88] 방사성 원자력 폐기물은 수천 년 동안 관리되어야 하며,[88] 원자력 발전소는 무기에 사용될 수 있는 핵분열성 물질을 생성한다.[88] 생산된 에너지 단위당 원자력은 화석연료보다 훨씬 적은 사고 및 오염 관련 사망자를 발생시켰으며, 원자력의 역사적 사망률은 재생에너지원과 비슷하다.[76] 원자력에 대한 대중의 반대는 종종 원자력 발전소 건설을 정치적으로 어렵게 만든다.[88]
수십 년 동안 새로운 원자력 발전소 건설의 시간과 비용을 줄이는 것이 목표였지만, 비용은 여전히 높고 기간은 길다.[89] 기존 발전소의 단점을 해결하기 위해 다양한 새로운 형태의 원자력 에너지가 개발 중이다. 고속 증식로는 핵폐기물 재활용이 가능하므로 지질 처분이 필요한 폐기물의 양을 크게 줄일 수 있지만, 아직 대규모 상업적 기반으로 배치되지 않았다.[90] 우라늄이 아닌 토륨 기반 원자력은 우라늄 공급량이 부족한 국가에 더 높은 에너지 안보를 제공할 수 있다.[91] 소형 모듈 원자로는 현재의 대형 원자로에 비해 여러 가지 장점이 있다. 더 빠르게 건설할 수 있으며, 모듈화를 통해 학습 효과를 통한 비용 절감이 가능하다.[92]
몇몇 국가는 소량의 폐기물을 생성하고 폭발 위험이 없는 핵융합 발전로를 개발하려고 노력하고 있다.[93] 핵융합 발전은 실험실에서 진전을 보였지만, 상용화하고 확장하는 데 수십 년이 걸리기 때문에 2050년 기후변화 완화를 위한 넷제로 목표 달성에는 기여하지 못할 것이다.[94]
5. 에너지 시스템 변환
에너지 시스템을 지속 가능한 형태로 전환하는 것은 단순히 기술적인 문제를 넘어, 사회, 경제 전반에 걸친 변화를 요구하는 복잡한 과제이다. 1987년 브룬틀란 위원회는 "미래 세대의 필요를 충족시키는 능력을 저해하지 않으면서 현재 세대의 필요를 충족시키는 것"으로 지속 가능한 발전을 정의하며, 에너지 문제를 핵심 요소로 지목했다.[177]
현재 에너지 시스템은 기후 변화, 대기 오염, 생물 다양성 감소 등 심각한 환경 문제를 야기하고 있다. 2019년 기준, 전 세계 에너지 수요의 85%가 화석 연료 연소로 충족되며,[189] 에너지 생산 및 소비는 인간이 유발한 온실가스 배출량의 76%를 차지한다.[184][185] 파리 협정은 지구 온난화를 2℃ 이내, 더 나아가 1.5℃로 제한하기 위해 세기 중반까지 탄소 중립(순제로 배출) 달성을 목표로 설정했다.[186]
화석 연료와 바이오매스 연소는 대기 오염의 주범으로, 매년 약 700만 명의 조기 사망을 유발한다.[189][190] 특히 저소득 및 중간 소득 국가에서 피해가 심각하며, 세계 보건 기구 권장 기준을 초과하는 대기 오염에 전 세계 인구의 99%가 노출되어 있다.[192]
나무, 동물 배설물, 석탄, 등유 등 오염 물질을 태우는 요리는 실내 대기 오염의 주원인이며, 연간 160만~380만 명의 사망자를 초래한다.[193] 건강 피해는 주로 요리를 담당하는 여성과 어린이에게 집중된다.
에너지 생산은 물 부족 문제와도 연관된다. 전 세계 물 사용량의 약 10%가 에너지 생산, 특히 화력 발전소 냉각에 사용된다. 바이오 에너지 생산, 석탄 채굴 및 처리, 석유 추출 역시 많은 물을 필요로 한다.
지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환은 에너지 효율 향상과 에너지 전환이라는 두 가지 큰 축을 중심으로 이루어진다.
- '''에너지 효율 향상:''' 국제 에너지 기구(IEA)는 에너지 효율 향상을 통해 파리 협정 목표 달성에 필요한 온실가스 배출 감축량의 40%를 달성할 수 있다고 추정한다.[25] 건축법, 성능 기준, 탄소 가격제 등 정책적 지원과 더불어, 화상 회의 활용, 대중교통 이용 등 생활 방식 변화도 중요하다.
- '''에너지 전환:''' 지구 온난화를 2℃ 이내로 억제하려면 에너지 생산, 분배, 저장, 소비 방식의 근본적인 변화가 필요하다. 저탄소 에너지원을 이용한 전기 생산, 전력화(전기 사용 확대), 에너지 효율 향상 조치 가속화가 핵심이다.
항공, 해운, 철강 제조 등 일부 산업은 전력화가 어렵기 때문에, 바이오 연료, 합성 탄소 중립 연료, 수소 연료 등 대체 연료 개발이 필요하다.
5. 1. 다양한 에너지 시스템 통합하기
풍력이나 태양광 같은 변동성이 큰 재생 에너지원에서 안정적인 전기를 공급하려면 전력 시스템에 유연성이 필요하다.[287] 대부분의 전력망은 석탄 화력 발전소와 같이 지속적으로 공급되는 에너지원에 기반하여 만들어졌다.[287] 태양광 및 풍력 에너지가 전력망에 통합됨에 따라, 전력 공급이 수요에 맞춰지도록 에너지 시스템을 변경해야 한다.[288] 2019년 이 전력원들은 전 세계 전력의 8.5%를 생산했으며, 이 비율은 빠르게 증가하고 있다.[289]
전기 시스템을 보다 유연하게 만드는 방법에는 여러 가지가 있다.
- 많은 곳에서 풍력과 태양광 발전은 일별, 계절별로 상호보완적이다.[288] 밤과 겨울에는 태양 에너지 생산량이 적고 바람이 더 많이 분다.
- 장거리 전송선을 통해 서로 다른 지리적 영역을 연결하면 변동성을 더욱 상쇄할 수 있다.
- 에너지 수요 관리와 스마트 그리드 활용을 통해 가변에너지 생산이 가장 높은 시점에 맞춰 에너지 수요를 전환할 수 있다.
- 전력-열 시스템 결합, 전기를 열에너지로 전환, 전기차에 사용하는 이동 수단과의 결합 등 각 분야별 결합을 통해 보다 유연하게 에너지가 사용될 수 있다.[290]
풍력 및 태양광 발전에서 과잉 용량을 구축하면 악천후에도 충분한 전력을 생산할 수 있다. 잉여 전기를 사용하거나 저장할 수 없으면 최적의 날씨에서 에너지 생산을 줄여야 할 수도 있다. 최종 수요-공급 불일치는 수력, 바이오에너지, 천연가스 등 조정가능한 에너지원을 사용하여 해결할 수 있다.
5. 1. 1. 에너지 저장
에너지 저장은 간헐적인 재생 에너지의 문제점을 극복하는 하나의 방법으로, 지속 가능한 에너지 시스템의 중요한 측면이다.[291] 가장 일반적인 저장 방법은 양수발전으로, 지역의 높이 차이가 크고 물을 이용할 수 있어야 한다.[291] 배터리, 특히 리튬이온 배터리도 널리 사용된다.[292] 배터리는 보통 단기간 동안 전기를 저장하며, 계절 변화에도 충분한 용량을 갖는 기술에 대한 연구가 진행 중이다.[293]
미국에서는 유틸리티 규모 배터리 비용이 2015년 이후 약 70% 감소했지만, 배터리 비용과 낮은 에너지 밀도 때문에 계절 간 에너지 생산 변화의 균형을 맞추는 데 필요한 대규모 에너지 저장에는 실용적이지 않다.[294] 몇 달 동안 사용할 수 있는 양수 저장 장치와 전력-가스 변환(전기를 가스로 변환하고 다시 전기로 변환)이 일부 지역에 설치되었다.[295][296]
5. 2. 전기화
기후 변화에 대응하기 위해서는 화석 연료 대신 전기를 사용하는 '전기화'가 광범위하게 이루어져야 한다.[110] 건물 난방과 교통 부문에서 전기 사용을 늘리는 것이 대표적이다.[110] 적극적인 기후 정책이 시행되면 전력 소비 비중은 2020년 20%에서 2050년 40%까지 증가할 수 있다.[111]
예를 들어 열펌프는 석유나 가스 보일러 대신 전기를 사용하면서도 효율이 높아 난방 부문 전기화를 통해 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다.[297]
전기 사용 확대를 위해서는 농촌 지역 전력 공급이 필수적이다. 마을에 충분한 전기를 생산하고 저장하는 소규모 태양광 발전 설비 등 재생 에너지를 기반으로 하는 오프 그리드 및 미니 그리드 시스템이 중요한 해결책이 될 수 있다. 안정적인 전력 공급은 개발도상국에서 흔히 사용되는 등유 조명과 디젤 발전기 사용을 줄이는 데 기여할 것이다.[111]
재생 에너지 발전 및 저장을 위한 인프라 구축에는 배터리용 코발트, 리튬, 태양광 패널용 구리 등 광물과 금속이 필요하다.[112] 재활용을 통해 이러한 수요 일부를 충족할 수 있지만, 순배출 제로를 달성하려면 17가지 유형의 금속 및 광물 채굴량을 크게 늘려야 한다.[112] 일부 국가나 기업이 이러한 원자재 시장을 장악하여 지정학적 우려를 낳기도 한다.[113] 예를 들어, 전 세계 코발트 대부분은 정치적으로 불안정한 콩고민주공화국에서 채굴되며, 채굴 과정은 인권 침해와 연관되는 경우가 많다.[112] 따라서 다양한 지역에서 원료를 확보하여 유연하고 안정적인 공급망을 구축하는 것이 중요하다.[114]
5. 3. 수소
수소 가스는 온실가스 배출을 줄일 수 있는 잠재력을 지닌 에너지 운반체로 널리 논의되고 있다.[302] 수소는 연료전지의 에너지원으로 사용되어 전기를 생산하거나 연소를 통해 열을 생성할 수 있다.[303] 연료전지에서 수소가 소비될 때, 사용 시점에서 배출되는 유일한 것은 수증기이다.[303] 그러나 수소의 연소는 유해한 질소 산화물을 발생시킬 수 있다.[303]수소의 전체 수명 주기 배출량은 수소 생산 방법에 따라 달라진다. 현재 전 세계의 거의 모든 수소 공급은 화석 연료에서 생성된다.[304][305] 주요 방식은 증기메탄개질로, 천연가스의 주성분인 메탄과 증기의 화학반응을 통해 수소를 생산한다. 이 과정에서 수소 1톤을 생산하면 6.6~9.3톤의 이산화탄소가 배출된다.[306] 탄소 포집 및 저장(CCS)을 통해 이러한 배출량의 상당 부분을 제거할 수 있지만, 천연가스 자체 생산 과정에서 발생하는 배출(배출되는 메탄 가스 포함) 때문에 천연가스에서 발생하는 수소의 전체 탄소 발자국은 평가하기 어렵다.[307]
전기분해를 통해 물 분자를 분해하여 수소를 생산할 수도 있다. 전기가 지속 가능하게 생성된다면 지속 가능한 수소를 생산할 수 있지만, 이 공정은 현재 CCS 없이 메탄에서 수소를 생성하는 것보다 비용이 더 비싸고 에너지 변환 효율이 낮다.[308] 가변적인 재생 가능 전기가 과잉될 때 수소를 생산한 다음 저장하고 열을 생성하거나 전기를 재생하는 데 사용할 수 있다.[309] 이는 녹색 암모니아 및 녹색 메탄올과 같은 액체 연료로 변환될 수 있다. 수소 전해질의 혁신은 전기를 이용한 대규모 수소 생산을 더욱 비용 경쟁력 있게 만들 수 있다.
수소 연료는 철강, 시멘트, 유리 및 화학 물질의 산업 생산에 필요한 강력한 열을 생산할 수 있으므로, 철강 제조용 전기로와 같은 기술과 함께 산업의 탈탄소화에 기여한다.[310] 제철에서 수소는 청정 에너지 운반체 역할을 하는 동시에 석탄에서 추출한 코크스를 대체하는 저탄소 촉매 역할을 할 수 있다.[311] 운송 수단을 탈탄소화하는 데 사용되는 수소는 운송, 항공 및 그보다는 덜한 대형 화물 차량에 가장 많이 응용될 가능성이 높다. 승용차를 포함한 경량 차량의 경우, 수소는 특히 배터리를 사용하는 전기 자동차의 판매 속도와 비교할 때 다른 대체 연료 차량에 크게 뒤떨어져 있으며 미래에 큰 역할을 하지 못할 수도 있다.[312]
에너지 운반체로서 수소의 단점은 수소의 폭발성으로 인해 저장 및 유통 비용이 높고, 다른 연료에 비해 부피가 크며, 파이프가 부서지기 쉬운 경향이 있다는 것이다.[307]
6. 에너지 활용 기술
지구 온난화를 2°C 미만으로 억제하려면 에너지 생산, 분배, 저장 및 소비 방식에 대한 시스템 전반의 변화가 필요하다.[186] 한 형태의 에너지를 다른 형태로 대체하려면 에너지 시스템의 여러 기술과 행동 변화가 수반되어야 한다. 예를 들어, 자동차 에너지원을 석유에서 태양광 발전으로 전환하려면 태양광 발전, 태양광 패널 출력 변동을 수용하기 위한 전력망 수정, 가변 배터리 충전기 도입, 전체 수요 증가, 전기 자동차 채택, 전기 자동차 충전 시설 및 정비소 네트워크 구축 등이 필요하다.[282]
기후 변화 완화를 위한 경로는 대부분 저탄소 에너지 시스템의 세 가지 주요 측면을 포함한다.
항공, 해운, 철강 제조 등 일부 에너지 집약적 기술과 공정은 전기화가 어렵다. 이러한 부문의 탄소 배출량 감축을 위해 바이오 연료와 합성 탄소 중립 연료를 활용할 수 있지만, 바이오 연료는 지속 가능한 생산량이 제한적이며 합성 연료는 현재 매우 비싸다.[284] 대안으로 지속 가능한 수소 연료 기반 시스템 개발이 가능하다.[285]
세계 에너지 시스템의 완전한 탈탄소화는 수십 년이 걸릴 것으로 예상되며, 대부분 기존 기술로 달성할 수 있다.[96] 국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 순배출 제로를 달성하려면 배터리 기술 및 탄소 중립 연료와 같은 에너지 부문 추가 혁신이 필요하다고 밝혔다.[97] 새로운 기술 개발을 위해 연구 개발, 시연, 배치를 통한 비용 절감 등이 필요하다.[98] 탄소 제로 에너지 시스템으로의 전환은 대기 오염 감소를 통해 매년 수백만 명의 생명을 구할 수 있다는 점에서 인류 건강에 큰 공동 이익을 가져올 것이다.[99]
6. 1. 운송 수단
교통은 전 세계 온실가스 배출량의 14%를 차지하지만,[314] 지속 가능한 교통 수단을 위한 다양한 방법이 있다. 대중교통은 기차와 버스가 한 번에 더 많은 승객을 수송할 수 있기 때문에 일반적으로 개인 차량보다 승객당 온실가스 배출량이 적다.[315][316] 단거리 항공편은 고속철도로 대체될 수 있으며, 특히 전기화되었을 때 더 효율적이다. 도시에서는 걷기와 자전거 타기와 같은 무동력 교통을 장려하면 교통을 더 깨끗하고 건강하게 만들 수 있다.[317][318]
자동차의 에너지 효율은 시간이 지남에 따라 증가했지만,[319] 전기 자동차로 전환하는 것은 교통 탈탄소화와 대기오염 감소를 위한 중요한 추가 단계이다.[320] 교통 관련 대기오염의 상당 부분은 도로 먼지와 타이어 및 브레이크 패드 마모로 인한 미세먼지로 구성된다.[321] 이러한 비배기가스 배출원으로 인한 오염을 줄이려면 전기화만으로는 충분하지 않으며, 차량을 더 가볍게 만들고 운전을 줄이는 등의 조치가 필요하다.[322] 특히 경량 자동차는 배터리 기술을 사용한 탈탄소화의 주요 대상이다. 세계 이산화탄소(CO2) 배출량의 25%는 여전히 운송 부문에서 발생한다.[323]
장거리 화물 운송과 항공은 현재 기술로 전기화하기 어려운 부문이며, 그 이유는 장거리 여행에 필요한 배터리 무게, 배터리 충전 시간 및 제한된 배터리 수명 때문이다.[324] 가능한 경우 선박 및 철도를 이용한 화물 운송은 일반적으로 항공 및 도로를 이용한 운송보다 지속 가능하다.[325] 수소 자동차는 트럭과 같은 대형 차량의 옵션이 될 수 있다.[326] 선박 및 항공에서 배출량을 줄이는 데 필요한 많은 기술은 아직 개발 초기 단계에 있으며, 암모니아(수소로 생산)는 유망한 선박 연료 후보이다. 연료 생산 중에 배출량이 포집 및 저장되는 경우 항공 바이오연료는 바이오에너지의 더 나은 용도 중 하나가 될 수 있다.[327]
6. 2. 건물과 조리
건물은 전체 에너지 사용량의 3분의 1 이상을 차지한다.[330] 건물 난방을 위한 화석 연료 및 바이오매스 연소 대신, 열 펌프나 전기 히터를 사용한 전기화, 지열 에너지, 중앙 태양열 난방, 폐열 재사용, 계절별 열에너지 저장 등의 방법을 활용할 수 있다.[331][332][333] 열 펌프는 하나의 기기로 난방과 냉방을 모두 제공한다.[334] 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 열 펌프는 전 세계 공간 및 물 난방 수요의 90% 이상을 충족할 수 있다.[335]지역 난방은 건물을 난방하는 매우 효율적인 방법 중 하나이다. 이 방식은 중앙에서 열을 생산하여 단열 파이프를 통해 여러 건물에 분배한다. 과거 대부분의 지역난방 시스템은 화석 연료를 사용했지만, 최근에는 재생에너지를 많이 활용하도록 설계되고 있다.[336][337]
건물 냉방은 패시브 건물 설계, 도시 열섬 효과를 최소화하는 계획, 냉각수를 파이프로 연결하여 여러 건물을 냉방하는 지역 냉각 시스템을 통해 효율을 높일 수 있다.[338][339] 에어컨은 많은 전력을 필요로 하므로, 경제적으로 어려운 가정에서는 사용이 제한될 수 있다.[339] 일부 국가는 키갈리 개정안을 비준하지 않아, 일부 에어컨 장치에서 여전히 온실가스인 냉매를 사용하고 있다.[340]
에너지 빈곤에 시달리는 개발도상국에서는 여전히 나무나 동물 배설물과 같은 오염 연료를 요리에 사용한다. 이러한 연료 사용은 유해한 연기를 발생시키고, 목재 사용은 산림 황폐화로 이어질 수 있어 지속 가능하지 않다.[341] 선진국에서 이미 널리 사용되는 청정 조리 시설을 보편적으로 도입하면 건강을 크게 개선하고 기후에 미치는 부정적 영향을 최소화할 수 있다. 청정 조리 시설(예: 실내 그을음 발생이 적은 조리 시설)은 주로 천연가스, 액화석유가스(둘 다 산소를 소비하고 이산화탄소를 생성) 또는 전기를 에너지원으로 사용한다. 바이오가스 시스템은 일부 상황에서 유망한 대안이 될 수 있다. 기존 스토브보다 바이오매스를 더 효율적으로 연소하는 개선된 조리용 스토브는 청정 조리 시스템으로 전환이 어려운 경우 임시 해결책으로 활용될 수 있다.
6. 3. 산업
산업 부문은 전체 에너지의 3분의 1 이상을 사용한다. 이 에너지의 대부분은 난방, 건조, 냉동 등 열 공정에 사용된다. 2017년 산업 부문에서 재생 가능 에너지의 비중은 14.5%였으며, 대부분 바이오에너지와 전기로 공급되는 저온 열이었다. 산업 분야에서 가장 에너지 집약적인 활동은 200°C 이상의 고온 열을 생성하는 것인데, 저온 열로는 한계가 있어 재생 가능 에너지 비중이 가장 낮다.일부 산업 공정의 경우, 온실가스 배출을 없애려면 아직 완전한 규모로 건설되거나 운영되지 않은 기술의 상용화가 필요하다. 예를 들어, 제강은 전통적으로 매우 높은 온도의 열을 생성하고 강철 자체의 원료로 사용되는 석탄 추출 코크스를 사용하기 때문에 전기화하기 어렵다. 플라스틱, 시멘트, 비료 생산에도 상당한 에너지가 필요하며, 탈탄소화 가능성은 제한적이다.[342] 순환 경제로의 전환은 새로운 원료를 채굴하고 정제하는 데 에너지를 투입하는 것보다 재활용을 더 많이 하여 에너지 사용량을 줄이므로 산업의 지속가능성을 높일 것이다.
7. 정부 정책
에너지 시스템 전환을 촉진하는 잘 설계된 정부 정책은 온실가스 배출을 낮추는 동시에 대기 질을 개선할 수 있으며, 에너지 안보를 강화하고 에너지 사용에 따른 재정적 부담을 줄일 수도 있다.[345]
1970년대부터 환경 규제가 이루어졌다.[346] 일부 정부는 석탄 화력 발전소를 단계적으로 폐지하고 새로운 화석 연료 탐사를 중단하기로 약속했다. 정부는 새 자동차가 배출가스를 전혀 발생시키지 않거나 새로 건축된 건물에서는 가스 대신 전기로 열을 공급하도록 요구할 수 있다.[347] 여러 국가의 재생에너지 포트폴리오 기준은 재생 가능 에너지원에서 생산되는 전기의 비율을 늘려야 한다고 명시하고 있다.[343][344]
정부는 장거리 송전선, 스마트 그리드, 수소 파이프라인 등 인프라 개발을 주도하여 에너지 시스템 전환을 가속화할 수 있다.[348] 운송 분야에서는 적절한 인프라와 인센티브를 통해 여행을 더욱 효율적으로 만들고 자동차 의존도를 줄일 수 있다.[349] 도시 계획을 통해 도시 확산을 방지하면 지역 교통 및 건물의 에너지 사용을 줄이면서 삶의 질을 향상시킬 수 있다.[350] 정부 지원 연구, 조달 및 인센티브 정책은 역사적으로 태양광 발전 및 리튬 배터리와 같은 청정 에너지 기술의 개발 및 발전에 매우 중요했다. 2050년까지 순 제로 배출 에너지 시스템을 위한 국제에너지기구(IEA)의 시나리오에서는 다양한 신기술을 시범 단계로 가져오고 배포를 장려하기 위해 공공 자금이 신속하게 동원되고 있다.[351]
탄소 가격제(예: CO2 배출에 대한 세금)는 업계와 소비자에게 배출량을 줄이는 동시에 방법을 선택할 수 있는 인센티브를 제공한다.[353] 예를 들어, 저배출 에너지원으로 전환하거나, 에너지 효율성을 높이거나, 에너지 집약적인 제품 및 서비스 사용을 줄이는 것이다. 탄소 가격 책정은 일부 지역에서 거센 정치적 반발을 불러오는 반면에, 에너지 관련 정책은 정치적으로 더 안전한 경향이 있다.[345][346] 대부분의 연구에 따르면 지구 온난화를 1.5°C로 제한하려면 탄소 가격 책정이 엄격한 에너지별 정책으로 보완되어야 한다.[354] 2019년 현재 대부분 지역의 탄소 가격은 파리협정 목표를 달성하기에는 너무 낮다.[347] 탄소세는 다른 세금을 낮추거나[348] 저소득 가구가 더 높은 에너지 비용을 감당할 수 있도록 돕는 데 사용하고 있다.[349] EU 및 영국과 같은 일부 정부에서는 탄소 국경 조정의 활용을 모색하고 있다.[350] 이는 내부 탄소 가격이 적용되는 산업이 경쟁력을 유지할 수 있도록 기후 정책이 덜 엄격한 국가의 수입품에 관세를 부과하는 것이다.[351][352]
2020년에 시작된 정책 개혁의 규모와 속도는 파리협정의 기후 목표를 달성하는 데 필요한 것보다 훨씬 부족하다.[355] 국내 정책 외에도, 혁신을 가속화하고 빈곤국이 완전한 에너지 접근을 위한 지속 가능한 경로를 구축하도록 지원하려면 더 큰 국제 협력이 필요하다.[356]
국가는 일자리 창출을 위해 재생에너지를 지원할 수 있다.[357] 국제노동기구(ILO)는 지구 온난화를 2°C로 제한하려는 노력이 대부분의 경제 부문에서 순 일자리 창출로 이어질 것으로 추정한다.[353] 또한 2030년까지 재생 가능한 전력 생산, 건물의 에너지 효율성 개선, 전기 자동차로의 전환 등의 분야에서 2,400만 개의 새로운 일자리가 창출될 것으로 예측한다. 광업, 화석연료 등 분야에서 600만 개의 일자리가 사라질 것이다.[353] 정부는 화석 연료 산업에 의존하는 근로자와 지역에 대한 정당한 전환을 보장하고 대안적인 경제적 기회를 보장함으로써 지속 가능한 에너지로의 전환을 보다 정치적, 사회적으로 실현 가능하게 만들 것이다.[358]
8. 재정
> "에너지는 경제 성장, 사회적 형평성 증대, 세상이 번영할 수 있는 환경을 연결하는 황금실이다. 에너지 없이는 발전이 불가능하고, 지속 가능한 에너지 없이는 지속 가능한 발전도 불가능하다."
> — 반기문 유엔 사무총장
지속 가능한 에너지 시스템으로 전환하려면 혁신과 투자를 위한 충분한 자금 조달이 필수적이다.[355] 기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 지구 온난화를 1.5°C로 제한하려면 2016년부터 2035년까지 매년 에너지 시스템에 2.4조달러를 투자해야 한다고 추산한다. 대부분의 연구에서는 이 비용이 세계 GDP의 2.5%에 불과하며, 경제적, 건강상의 이점에 비해 적은 금액일 것으로 예상한다. 저탄소 에너지 기술 및 에너지 효율성에 대한 평균 연간 투자는 2015년에 비해 2050년까지 6배 증가해야 한다.[96] 특히 최빈개도국에서는 기후 변화 대응 자금 여력이 부족하며, 민간 부문의 관심도 적다.[129]
유엔 기후 변화 협약은 2016년 기후 자금 조달 총액을 6810억달러로 추산했다.[54] 이 중 대부분은 민간 부문의 재생 가능 에너지 개발 투자, 공공 부문의 지속 가능한 운송 투자, 민간 부문의 에너지 효율성 투자이다.[9] 파리 협정은 기후 변화 완화 및 적응을 위해 선진국에서 빈곤국으로 연간 1000억달러를 추가 지원할 것을 약속하고 있다.[356][357] 그러나 이 목표는 달성되지 못했고, 불명확한 회계 규칙으로 인해 진행 상황을 측정하기 어렵다. 화학, 비료, 세라믹, 철강, 비철금속 등 에너지 집약적 기업이 연구개발(R&D)에 막대한 투자를 한다면, 산업에서의 사용량은 전체 에너지 사용량의 5~20%가 될 것이다.[358][359]
화석 연료에 대한 자금 지원과 보조금은 에너지 전환의 중요한 장벽이다.[360][355] 2017년 전 세계 화석 연료에 대한 직접 보조금은 3190억달러였으며, 대기 오염의 영향과 같은 간접 비용을 감안하면 5.2조달러로 증가한다.[361] 보조금을 없애면 전 세계 탄소 배출량이 28% 감소하고 대기 오염 사망자가 46% 감소할 수 있다.[10] 청정 에너지에 대한 자금 지원은 코로나19 범유행의 영향을 크게 받지 않았으며, 팬데믹 관련 경기 부양 패키지는 녹색 경제 회복의 가능성을 보여준다.[362]
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