본문내용
1. 에너지와 생활
1.1. 에너지 자원의 이해
1.1.1. 화석연료
화석연료는 지질학적 과정을 거쳐 형성된 탄화수소 물질로, 인류가 오랫동안 사용해 온 대표적인 1차 에너지원이다. 화석연료에는 석탄, 석유, 천연가스 등이 포함된다.
석탄은 수백만 년 전 지구 표면에 광범위하게 퍼져 있던 숲과 초원의 유기물이 열과 압력에 의해 변화된 것으로, 무연탄, 역청탄, 갈탄 등이 대표적이다. 석탄은 주로 발전소와 제철소의 연료로 사용되며 에너지 효율이 상대적으로 낮지만 매장량이 풍부하다는 장점이 있다.
석유는 지층에 묻혀 있는 유기물이 압력과 열에 의해 변화된 액체연료로, 가솔린, 등유, 디젤유 등 다양한 형태로 활용된다. 석유는 현대 산업 및 운송 분야의 근간을 이루는 핵심 에너지원이지만 매장량이 한정되어 있어 고갈 가능성이 제기되고 있다.
천연가스는 석유층에 수반되어 발견되는 기체 연료로, 메탄 등의 탄화수소 성분이 주를 이룬다. 천연가스는 연소 시 오염물질 배출이 적어 상대적으로 친환경적이며 최근 각광받는 청정에너지원이다. 다만 극지방 등 특정 지역에 편중되어 있어 국가 간 지정학적 갈등이 발생할 수 있다는 단점이 있다.
화석연료는 지구상에 고르게 분포되어 있지 않고 특정 지역에 편중되어 있어 에너지 안보와 지정학적 문제가 발생할 수 있다. 또한 화석연료 사용으로 인한 이산화탄소 배출이 기후변화의 주요 원인으로 지목되고 있어 친환경 대체 에너지 개발의 필요성이 대두되고 있다.
1.1.2. 원자력 에너지
원자력 에너지는 핵분열 반응에서 발생하는 열에너지를 이용하여 전기를 생산하는 에너지 방식이다. 원자핵 분열이 연쇄적으로 일어나면서 방출되는 막대한 에너지를 활용한다. 일반적으로 원자핵의 분열이나 융합에 따라 일어나는 이용 가능한 에너지가 원자력 에너지의 원리이다.
원자는 원자핵(중심)과 전자(주변)로 구성되어 있으며, 질량수는 원자량을 의미한다. 핵분열은 불안정한 원자가 중성자와 충돌하여 더 안정한 원자로 되는 과정이다. 중성자에 의한 핵분열 반응에서 쪼개진 원자들의 질량과 흡수한 중성자의 질량을 더하면 처음 우라늄의 질량보다 아주 작은 차이가 나는데, 이는 질량보존의 법칙에 어긋난다. 이때 줄어든 질량이 모두 막대한 에너지로 변환되는 것이다.
원자력 발전소에서는 이렇게 방출되는 에너지를 이용하여 발전기를 돌린다. 특히 우라늄235, 우라늄233, 플루토늄239 등이 핵분열을 일으키는 원소로 알려져 있다. 원자력 발전소와 원자폭탄은 핵분열의 원리로 같지만, 연료나 구조가 근본적으로 달라 원자로가 폭발하는 경우는 없다. 원자폭탄은 우라늄235를 고농축시키거나 순도 90% 이상의 플루토늄239를 사용하여 순간적인 핵분열을 일으켜 폭발시키지만, 원자력 발전소는 우라늄235가 2-7% 정도만 포함된 연료를 사용하며 제어 장치로 핵분열을 조절하기 때문이다.
원자로 내부에서는 핵반응으로 인해 방출되는 고속 중성자의 수와 속도를 감속재와 제어봉으로 조절하여 연쇄반응을 서서히 일어나도록 한다. 이를 통해 필요한 만큼의 에너지를 안전하게 이용할 수 있다. 원자력 발전은 건설비는 비싸지만 연료비가 월등히 싸기 때문에 경제적인 발전 방식이다. 또한 CO2 배출이 거의 없어 환경친화적이다.
그러나 원자력 발전에는 여러 위험성도 존재한다. 고준위 방사성폐기물 처리 문제, 방사선 누출 사고 위험, 핵확산 우려 등이 있다. 체르노빌 사고와 같은 대형 사고로 인해 원전 개발이 지연되기도 했다. 이를 극복하기 위해 다양한 안전 대책이 마련되고 있으며, 고속증식로, 핵융합 발전 등 차세대 기술도 개발되고 있다.
전 세계적으로 원자력 발전 비중은 지속적으로 증가해왔다. 1978년 고리 1호기가 첫 상업 운전을 시작한 이래 우리나라에서도 원자력 발전이 중요한 역할을 해왔다. 현재 14기의 원전을 보유하고 있으며, 전체 발전량의 27%...
