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에너지정책소통센터는 국민들이 최신 에너지 뉴스 · 정책과 다양한 에너지정책을 쉽고 편하게 이용할 수 있도록 산업통상자원부 및 에너지 유관기관이 공동으로 에너지 정보를 통합 제공하는 플랫폼입니다.

* 운영기관 : 한국에너지정보문화재단

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에너지, 어떤 것이 더 큰가

[에너지의 종류]


우리 인류가 에너지를 사용하기 시작한 것은 구석기 시대부터 불을 이용하면서부터라고 흔히 말한다. 그러나 태초의 인류는 대가 없이 얻을 수 있는 햇빛과 햇볕, 물 등에서 많은 에너지를 얻어 생명을 영위하고 진화해 왔다. 불은 음식 조리, 난방, 조명 등에 사용되었고 인간의 삶을 혁명적으로 변화시켰다. 


이후 물레방아, 풍차, 수차 등으로 자연 에너지를 활용하기 시작했고, 산업혁명 이후에는 석탄, 석유, 천연가스 등 새로운 에너지원인 화석연료를 활용하며 에너지 기술이 발전해 나갔다. 


그런데 석탄은 고체, 석유는 액체, 천연가스는 기체인데 이들의 에너지 크기는 어떻게 비교할 수 있을까? 


[석탄·석유·천연가스, 무엇이 더 클까?]


석탄은 지질시대의 육생식물이나 수생식물이 수중에 퇴적하여 매몰된 후 가열과 가압작용을 받아 변질하여 생성된 흑갈색의 가연성 암석을 말한다. 간단히 말하면 석탄은 주로 탄소로 구성된 퇴적암이다. 


인류가 석탄과 인연을 맺은 것은 지금으로부터 3천 년 전으로 알려졌지만, 문헌상 인류가 석탄을 이용했다는 증거는 기원전 315년 그리스 철학자 데오프라테스가 남긴 기록이다. 북부 이탈리아의 소그랴 지방이나 그리스의 에리스 지방에서 채굴한 석탄을 대장간에서 연료로 쓰고 있다는 기록을 남겼다. 


9~10세기에는 유럽(영국, 독일) 등에서 석탄을 사용한 기록이 남아있다. 중국은 12세기 송나라 때 석탄을 채굴해 가정용 연료로 활용한 기록이 있다. 18세기 석탄 코크스의 발명과 증기 엔진의 개발로 시작된 산업혁명으로 석탄의 수요는 무한정으로 확대되었다.


석유(Petroleum 또는 Oil)는 천연으로 산출되는 액체 탄화수소의 혼합물이다. 화학적 구조로 보면, 탄소와 수소를 중심으로 하여 여러 가지 모양으로 조합된 무수한 화합물의 혼합체이다. 


석유는 노아의 방주에서는 방수용으로 쓰였고, 메소포타미아 지방의 수메르인은 아스팔트 상태로 조각상을 바빌로니아인은 건축 접착제로 활용하였다는 기록이 남아있다. 처음 석유가 등장하였을 때는 어둠을 밝히는 용도로 사용된 등유였고, 난방 및 취사용으로 사용이 확대되었다. 


이후 석유는 내연기관을 위한 수송용 연료로서 그리고 석유화학공업의 원료로서 역할이 비약적으로 확대되었다. 

석탄

[천연가스, 보이지 않지만 강력한 에너지]

천연가스는 색이 없고 냄새가 안 나는 것이 특징이다. 기원전 1,000년경, 한 목동이 고대 그리스의 파르나소스 산기슭에서 잃어버린 새끼 양을 찾아 길을 헤매고 있을 때 산 밑에 혼자 불타고 있던 신비로운 샘을 발견하였다. 

이를 신성하게 여긴 그리스인들은 그 불꽃 위에 사원을 세웠고 아폴로 신전을 포함해 수많은 신전이 들어서게 되어 그리스의 중심지인 ‘델포이’를 형성하게 되었다. 천연가스를 활용한 사례는 기원전 300년경, 춘추전국시대 ‘쯔궁이라는 도시의 지하에서 대나무 파이프를 깊숙이 넣어 천연 소금물을 만들기부터 시작했다.

이후 서기 100년이 되어서야 이 현상이 눈에 보이지는 않지만, 불이 붙는 어떤 물질 때문이라는 것을 알게 되었고, 가스가 새어 나오는 구멍을 찾아 불을 붙여, 천연 소금물이 담긴 항아리를 놓고 가열해 곧바로 소금을 채취하기 시작했다고 한다.

제2차 세계대전 이후 용접기술과 배관 제조 기술이 발달하면서, 생산지에서 소비지까지 파이프라인으로 천연가스를 직접 수송할 수 있는 길이 열리면서 본격적으로 천연가스를 사용할 수 있는 시대가 개막하게 되었다. 
에너지의 발전과 미래상

[에너지 보존과 변환]

에너지는 서로 다른 형태의 에너지로 전환되거나, 일로 바뀔 수 있다.

에너지는 화학반응에 의해 다른 에너지로 변형되는 화학에너지, 높은 곳에 있는 물체가 가지고 있는 위치에너지, 운동하는 물체가 가지고 있는 운동에너지, 원자핵이 분열 또는 융합할 때 방출되는 원자력 에너지, 물질을 태우거나 마찰시킬 때 발생하는 열에너지, 기타 빛에너지, 압력에너지, 전기 에너지 등 다양한 형태와 성질로 존재한다. 에너지 변환(energy conversion)은 에너지를 한 형태에서 다른 형태로 바꾸는 과정이다.

물리학에서 말하는 에너지는 일이나 운동을 수행할 수 있는 능력을 제공하거나 열을 제공하는 양이다. 에너지는 변환되는 것 외에도 에너지 보존 법칙에 따라 다른 위치나 물체로 전달될 수는 있지만 생성되거나 파괴되지는 않는다.
에너지 보존과 변화

[에너지의 크기]

에너지 단위 하면 가장 먼저 떠오르는 것은 칼로리(calorie)나 줄(joule)일 것이다. 국제적 표준단위계 SI(International System Units)에서는 줄을 표준으로 정했고 라틴 대문자 J를 기호로 사용한다. 영국의 물리학자 제임스 프레스콧 줄(James Prescott Joule)을 기리기 위해 명명되었다. 먼저 1줄은 1kg의 물체를 1뉴턴의 힘으로 1미터 거리만큼 가속하는 데 필요한 에너지로 정의한다.

에너지의 크기

우리가 물체에 밀거나 당기게 할 때 필요한 것을 힘이라고 한다. N(뉴턴)은 힘의 단위로 질량과 가속도를 곱한 값을 뜻한다.

1N이란 1kg의 물체에 1㎨의 가속도로 가속하는 힘을 의미한다(힘[N]=질량[kg] ×가속도[m/s²]=[kg×m/s²]). 대략 사과 반쪽을 들어 올릴 때 느끼는 무게가 1N의 힘이라 할 수 있다. 영국의 과학자 아이작 뉴턴이 떨어지는 사과를 보고 만유인력의 법칙을 발견하였고,

뉴턴의 업적을 기리기 위해 만들어진 단위가 N(뉴턴)이다. 

에너지 단위로 W(와트)를 떠올리는 사람도 많을 텐데 와트는 전력의 기본 단위이다. 1초 동안 생산 또는 소비되는 전력의 능률을 나타낸다. 즉, W는 1초 동안 얼마큼 일을 할 수 있는가를 의미한다.

1와트시(Wh)는 1시간 동안 생산 또는 소비되는 전력량을 의미한다(1Wh는 3,600J과 같다). 와트라는 단위는 영국의 발명가이자 기계공학자로 산업혁명 시기에 증기기관을 연구하고 계량화하는 데 공헌을 새운 제임스 와트에서 유래하였다.

줄은 물리학에서 많이 쓰이고 와트는 전력 단위로 많이 사용한다. 

우리 주변에서 흔히 칼로리(calorie)라는 단위를 에너지 단위로 사용한다. 칼로리는 물 1g의 온도를 14.5℃에서 15.5℃까지 올리는데 들어가는 에너지를 뜻하며, 열이 다른 물질 사이에 전해지는 에너지의 양을 나타내는 단위이다.

에너지는 다른 형태로 변환될 수 있으며, 열에너지를 일로 변환할 수도 있다. 열의 일 당량이라고 표현하고 1cal는 4.184J과 같다. 마찬가지로 일을 열로 변환할 수 있으며, 일의 열당량 1J은 2.34cal에 해당한다. 

[toe란 무엇인가?]

서로 다른 상태의 석탄, 석유, 천연가스의 크기는 발열량으로 크기를 비교할 수 있다. 원유 1ton을 태워 발생하는 총열량을 석유환산톤 toe(ton of oil equivalent)라고 하는데, 약 1,000만kcal에 해당한다.

서로 다른 에너지원의 크기를 비교하기 위해 국제에너지기구(IEA)에서 만든 단위이다. 대략 원유 1ton(1toe)은 석탄 2.22ton, LPG 666.7Nm3, 전력 4,739kWh에 맞먹는다.

이렇듯 일과 에너지의 단위와 toe 등과 같은 단위의 비교를 통해 서로 다른 형태의 에너지원의 크기를 비교할 수 있다.

toe

출처

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