에너지와 삶의 질



남궁 원
포항공과대학교 물리학과 교수

포항에 살다보니 이웃에 있는 경주에 자주 가고, 특히 외국손님이 오면 관광안내를 하게되는데, 수많은 유적과 유물 중에서도 "신라왕경도"는 내게 특별한 관심을 갖게 한다. 수십만호에 달했다는 통일신라시대의 경주를 보면서, 과연 당시 경주의 인구가 백만에 달했는지, 그렇다면 당시 한반도와 세계의 인구는 어느 정도이었을까 심히 궁금해진다. 또한 당시의 생활수준과는 비교할 수도 없이 향상된 현재의 삶의 질을 생각하게되고, 현재 전인류가 겪고있는 자원과 환경문제를 돌아보게 된다.

1998년 The World Almanac에 의하면 기원 원년의 세계인구는 2억 정도이었고, 5억이 되는데 약 1650년이 걸렸다. 그런데 그 두배인 10억이 된 1850년까지는 200년이 걸렸고, 다시 2배인 20억이 되는데는 80년이 (1930년), 그리고 40억이 되는데는 45년이 (1975년) 걸렸다. 현재의 한반도의 인구는 7천만에 달하고 세계인구는 60여억이 된다. 이는 아래 그림에 표시된 것처럼 매우 급격한 증가를 나타내고 있다. 금세기에 들어와서 인구는 4배로 증가하였다.

21세기에는 인구 증가율은 다소 둔화될 것으로 예상되지만 2025년에는 80억에 이른다는 최근 외신보도를 참고하면, 역시 두배가 되는데 50년이 소요되는 셈이다. 과학기술의 발달로 생산성은 향상되겠지만, 생활수준의 향상으로 인하여 녹지와 경작면적은 줄어드는 반면에 에너지의 수요는 이보다는 훨씬 많을 것이고, 따라서 환경오염이 더욱 심각해질 것이다. 여기서 생활수준과 식량, 에너지, 환경의 상관관계를 생각해볼 일이다.

이번 여름 우리가 겪은 수재를 비롯하여 지구환경의 변화를 고려한다면 탄산가스방출이 최소화된 에너지 즉, 청정 에너지로부터 근본적인 해결책을 찾아야 한다. 지난 40년간 선진국에서 다양한 연구가 있었으나 획기적인 결과를 얻지 못한 현실은 우리 물리학자들의 해야할 일이 매우 중요하다는 것을 말해준다. 수력, 태양열, 풍력, 조력, 지구열 등은 매우 유용한 청정 에너지원이지만 현대문명사회의 대규모 에너지수요를 충족시키는데는 미흡하다. 단기적으로는 에너지절약, 단열강화, 열효율의 증대 등을 지속적으로 추진하는 노력이 있어야겠으나, 장기적인 수요공급을 고려할 때, 핵분열과 핵융합반응만이 기대해볼 만한 에너지원이라고 생각된다. 원자력발전의 장단점은 너무나 잘 알려져 있고, 핵융합로는 오랜 연구에도 불구하고 아직도 실용화 단계에 이르지 못하고 있다.

물리학자들이 핵분열과 핵융합반응의 원리를 규명함으로써 공학자들에게 활용의 임무를 넘겨주었다. 그런데 핵분열을 에너지 공급원으로 실제 활용하다 보니 그 안정성과 폐기물처리문제가 새로운 과제로 주어져 매우 곤혹스럽다. 그리고 핵융합은 1억도의 고온을 요구하므로 너무나 어려워서 실용화하기까지는 아직도 많은 연구가 필요하다. 그렇다면 물리학자들이 인류문명을 유지하기 위한 에너지원 확보에 관한 또 다른 원리를 발견하든지, 공학자들이 해결 못하는 것이 무엇인지 찾아내어 공동의 해결방안을 모색해야 한다. 핵분열원리의 발견부터 발전량의 50 %를 담당하기까지 가장 모범적인 국가도 50여년의 시간과 막대한 투자가 있었음을 상기하면, 인류문명을 유지하기 위한 청정 에너지원의 확보는 이미 시기적으로 늦은 감이 있다. 우리의 경우, 더욱 불리한 환경에 처해 있으며 다음 50년 내에 남북한을 통합한 일류국가를 지양하는 현세대의 막대한 임무중의 하나가 대규모 청정에너지원 확보임을 강조하고자 한다.( namkung@postech.ac.kr)