지구 온난화와 기후 변화의 주범 중 하나로 지목되는 탄소 배출은 오늘날 가장 시급하게 해결해야 할 글로벌 이슈 중 하나입니다. 특히, 한국과 같이 제조업이 국가 경제에서 큰 비중을 차지하는 나라에서는 탄소 배출을 줄이는 일이 더욱 중요해졌습니다. 이 문제에 대한 해결책으로 ‘산업 전기화’가 주목받고 있습니다. 그렇다면, 산업 전기화가 정확히 무엇이며, 어떻게 탄소 배출 감소에 기여할 수 있는지, 그리고 이로 인한 제조업 비용과 경쟁력에 미치는 영향은 무엇일까요? 이 글에서는 바로 이러한 질문들에 답해보려 합니다.
글을 시작하며,
산업 전기화란 무엇인가?
산업 전기화는 산업 공정에서 화석 연료를 사용하는 대신 전기를 에너지원으로 사용하는 것을 의미합니다. 이는 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 가장 효과적인 방법 중 하나로 꼽히며, 특히 재생 가능 에너지에서 생산된 전기를 사용할 경우 그 효과는 더욱 커집니다.
한국과 같이 제조업이 경제의 큰 부분을 차지하는 나라에서는 반도체, 철강, 석유제품, 시멘트 등 주요 수출 품목의 생산 과정에서 많은 양의 탄소가 배출됩니다. 이러한 산업의 전기화는 한국이 탄소중립 목표를 달성하는 데 필수적인 전략이 될 수 있습니다.
선진국 대비 2배 탄소배출이 불가피한 산업구조
2019년 기준 한국의 GDP에서 제조업이 차지하는 비중은 28.4%, 탄소다배출 업종이 차지하는 비중은 8.4%다. 반면 G5(미국·영국·독일·프랑스·일본)의 평균 제조업 비중은 14.4%, 탄소다배출 업종 비중은 4.2%다. 한국의 제조업과 탄소다배출 산업비중이 2배 높은 만큼 저렴한 온실가스 감축 방안이 필요한 시점…
(자료원: 머니투데이, 2024. 3, G5보다 2배 탄소배출하는 한국… 값싼 전기로 전기화 이끌어야")
탄소 배출 감소에의 기여
산업 전기화가 탄소 배출을 줄이는 데 어떻게 기여할 수 있을까요? 첫째, 전기화를 통해 산업 공정의 에너지 효율이 향상됩니다. 예를 들어, 전기로를 사용하는 철강 생산은 전통적인 고로 방식에 비해 에너지 소비가 적으며, 따라서 탄소 배출도 상대적으로 낮습니다. 둘째, 재생 가능 에너지원으로부터 생산된 전기를 사용함으로써 실제 탄소 발자국을 근본적으로 줄일 수 있습니다. 한국이 태양광, 풍력 등을 활용하여 더 많은 무탄소 전기를 생산한다면, 산업 전기화를 통한 탄소 배출 감소 효과는 더욱 증대될 것입니다.
산업 전기화가 탄소 배출 감소에 기여하는 방식은 기본적으로 두 가지 과학적 원리와 실제 적용 사례를 통해 더 명확히 이해할 수 있습니다.
1. 에너지 효율성의 향상
에너지 효율성은 어떤 시스템이 입력된 에너지를 유용한 작업으로 변환하는 능력을 나타냅니다. 열역학 제1법칙(에너지 보존의 법칙)에 따르면, 에너지는 소멸되거나 생성될 수 없으며 오직 한 형태에서 다른 형태로 변환될 뿐입니다. 이때 변환 과정에서의 손실을 최소화하는 것이 효율성을 높이는 핵심입니다. 전기로를 사용하는 철강 생산 과정에서는, 전기 에너지가 직접 열로 변환되어 철강을 제조합니다. 이 과정은 전통적인 고로 방식에 비해 에너지 전환 효율이 더 높으며, 따라서 같은 양의 철강을 생산하기 위해 필요한 에너지가 적습니다. 결과적으로, 적은 에너지 사용은 탄소 배출량을 줄이는 데 직접적으로 기여합니다.
스웨덴의 HYBRIT 프로젝트는 전기로를 이용한 철강 생산에 있어 혁신적인 사례 중 하나입니다. 이 프로젝트는 화석 연료 대신 수소를 사용해 철광석으로부터 철을 추출하는 기술에 초점을 맞추고 있습니다. 수소는 재생 가능 에너지로부터 생산된 전기를 사용하여 얻어지며, 이 과정에서 탄소가 배출되지 않습니다. 이처럼 에너지 효율적인 공정과 재생 가능 에너지의 결합은 탄소 배출을 현저히 줄일 수 있음을 보여줍니다.
2. 재생 가능 에너지원의 사용
태양광, 풍력 등 재생 가능 에너지원은 탄소 배출이 없는 청정 에너지원입니다. 이들 에너지원으로부터 생산된 전기를 사용함으로써 산업 공정의 탄소 발자국을 근본적으로 줄일 수 있습니다. 특히, 태양광과 풍력 에너지는 변환 효율이 점차 향상되고 있으며, 대규모 배치를 통해 경제적으로도 효과적인 에너지원이 되고 있습니다. 이는 에너지 정책과 기술 발전에 관한 연구에서 널리 논의되고 있는 주제입니다.
독일의 “에너지벤데(Energiewende)” 정책은 재생 가능 에너지로의 전환을 목표로 하는 대규모 프로젝트입니다. 이 정책에 따라, 독일은 태양광, 풍력, 바이오에너지 등 다양한 재생 가능 에너지원에 대한 투자를 대폭 늘렸습니다. 결과적으로 독일은 자국 내 전력 생산에서 재생 가능 에너지의 비율을 현저히 높일 수 있었으며, 이는 산업 부문을 포함한 전반적인 탄소 배출 감소에 기여하고 있습니다.
제조업 비용 및 경쟁력에 미치는 영향
탄소 배출 감소뿐만 아니라, 산업 전기화는 제조업의 비용 구조와 글로벌 경쟁력에도 중대한 영향을 미칩니다. 전기화를 통한 공정 효율성 증가는 장기적으로 생산 비용을 낮출 수 있으며, 이는 제품 가격 경쟁력을 높이는 데 기여합니다. 또한, 국제 사회에서 탄소 배출에 대한 규제가 강화되고 있는 상황에서, 탄소 배출을 줄일 수 있는 산업 전기화는 한국 제품의 시장 접근성을 높여줄 수 있습니다. 다시 말해, 탄소 배출을 줄이는 것은 단순히 환경적 책임을 넘어서 한국 제조업의 지속 가능한 경쟁력을 강화하는 전략이 될 수 있습니다.
산업 전기화로 인한 제조업 비용 구조와 글로벌 경쟁력에 미치는 영향을 이해하기 위해서는 여러 과학적 원리와 경제적 메커니즘을 고려해야 합니다. 다음은 이러한 변화를 가능하게 하는 몇 가지 핵심 요소입니다.
가. 공정 효율성의 증가
에너지 변환 효율: 전기화를 통한 공정의 에너지 사용은 더 높은 변환 효율을 가져옵니다. 예를 들어, 전기로를 사용하는 철강 생산 공정은 화석 연료를 직접 연소하는 고전적 방식에 비해 에너지 손실이 적습니다. 이는 물리학의 기본 원리, 특히 열역학의 제1법칙(에너지 보존 법칙)과 제2법칙(에너지 변환 시 일부는 항상 덜 유용한 형태로 변환된다)에 기반합니다. 전기 에너지는 직접적으로 열, 운동, 또는 빛 에너지로 변환될 수 있으며, 이 과정에서 발생하는 에너지 손실이 더 적어집니다.
자동화 및 최적화: 전기화는 공정의 자동화와 최적화를 용이하게 합니다. 전기 동력 시스템은 디지털 제어와 연동하기 쉬워 생산 공정을 더 정밀하게 조절할 수 있습니다. 이는 공학에서의 시스템 최적화 원리를 활용, 생산성을 극대화하고 에너지 사용을 최소화하는 결과를 낳습니다.
2. 생산 비용의 감소
에너지 비용 절감: 장기적으로 재생 가능 에너지원의 비용이 지속적으로 하락하고 있습니다. 태양광 및 풍력 에너지와 같은 재생 가능 에너지원의 비용 효율성이 개선되어 이를 통한 전기 생산 비용이 감소하고 있습니다. 이는 경제학의 가격 결정 이론에 따라, 낮은 에너지 비용이 최종 제품의 제조 비용을 감소시키는 원동력이 됩니다.
3. 글로벌 경쟁력의 강화
탄소 규제 대응: 국제적으로 탄소 배출에 대한 규제가 강화됨에 따라, 낮은 탄소 배출량을 가진 제품과 공정이 경쟁 우위를 갖게 됩니다. 이는 환경 경제학에서 다루는 외부성의 개념과 관련이 있습니다. 탄소 배출을 줄이는 기업은 사회적 비용을 줄이는 동시에 탄소 세금과 같은 규제로 인한 경제적 부담을 감소시킬 수 있습니다.
시장 접근성 증대: 낮은 탄소 배출은 기업이 글로벌 시장에서 더 넓은 접근성을 확보하는 데 기여합니다. 많은 국가와 지역에서 친환경 제품에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이는 지속 가능한 소비의 경향과 관련이 있습니다. 따라서, 탄소 배출을 줄이는 산업 전기화는 제품의 시장 접근성을 높여 경쟁력을 강화합니다.
글을 마치며,
산업 전기화는 한국이 직면한 탄소 배출 감소와 경제적 지속 가능성의 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 유망한 전략입니다. 전기화를 통한 탄소 배출 감소는 글로벌 기후 위기에 대응하는 한편, 제조업의 비용 효율성과 경쟁력을 높이는 방법으로도 작용할 수 있습니다. 물론, 이러한 전환은 큰 투자와 기술적 진보를 요구하며, 정부와 산업계의 긴밀한 협력이 필수적입니다. 그러나 이 길을 통해 한국이 녹색 성장과 지속 가능한 미래를 향해 한 걸음 더 나아갈 수 있다는 점에서, 그 가치는 분명합니다. 산업 전기화는 단순히 한 시대의 트렌드를 넘어, 우리 모두가 지향해야 할 지속 가능한 발전의 핵심 요소가 될 것입니다.
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