우리의 미래 에너지 믹스

에너지 시스템 예측

우리 문명의 미래 에너지 혼합만큼 복잡하고 중요한 주제는 거의 없습니다. 누구에게 물어보느냐에 따라 화석 연료에 대한 의존도를 떨쳐버릴 수 없거나 재생 에너지가 엄청난 속도로 장악하게 될 것입니다. 물론 현실은 복잡하고, 에너지의 미래를 예측하기는 매우 어렵습니다.

이 기사에서 우리는 현재 상황을 살펴보고 몇 가지 가능한 시나리오를 살펴보고 더 중요하게는 어떤 경제적 또는 기술적 변화로 인해 한 시나리오가 다른 시나리오보다 발생할 가능성이 높아지는지 살펴보겠습니다.

우리는 어디에

지금까지 에너지 사용량이 증가하는 패턴이 있다면 이전 에너지원을 대체하기보다는 새로운 에너지원이 에너지 믹스에 추가되는 경향이 있다는 것입니다.

예를 들어, 우리는 산업 혁명 이전인 1800년대보다 더 많이는 아니더라도 여전히 바이오매스(주로 목재)를 많이 사용하고 있습니다. 마찬가지로 석탄 소비는 대부분 시간이 지남에 따라 증가했으며 석유, 가스, 수력, 원자력 및 재생 가능 에너지가 추가되었습니다.

출처: OurWorldInData

우리의 전기 생산 재생 에너지가 겉보기에 얼마나 많은 진전을 이루었는지 고려하면 이는 놀라운 일이 될 수 있습니다. 이는 여러 가지 원인으로 인해 발생합니다.

• 재생 에너지 신규 용량 확대 및 전기 자동차로의 전환을 선도하는 중국은 석탄 발전소 건설에서도 선두주자입니다.
• XNUMX차 에너지 소비의 대부분은 전기 생산에 사용되지 않습니다. 대신 에너지 소비의 대부분은 이동성, 난방, 철강 생산 및 석유화학(비료, 플라스틱, 의약품, 화학제품 등의 생산)과 같은 산업 용도에서 발생합니다.
• 인구 증가와 수십억 명이 극심한 빈곤에서 벗어나는 것은 에너지 소비 증가를 의미하며, 가장 저렴한 옵션은 주로 석탄입니다. 육류 소비 증가뿐만 아니라 에어컨, 자동차, 비행기 여행 등
• 경제의 세계화로 인해 원자재, 반변형 부품, 최종 상품의 여러 왕복 이동을 포함하여 훨씬 더 많은 상품 운송이 가능해졌습니다.
• 농업 산업화, 수확량 증가, 필요한 인력 감소, 화석 연료 및 비료 소비 증가.

기후 변화와 탄소 배출에 관심이 있는 사람이라면 누구나 화석 연료가 글로벌 에너지 믹스에 굳건히 자리잡고 있기 때문에 이는 우울한 전망을 만들 수 있습니다. 그러나 이것이 실제로 전체 그림은 아닙니다.

지속적인 변화

2016년에는 거의 좋은 이론이었지만, 전기 자동차(EV)는 이제 전 세계 판매에서 기하급수적으로 증가하는 부분을 차지하고 있습니다. 10년에는 전기 자동차가 천만 대 이상 판매되어 전 세계 판매의 2022%를 차지하며 중국과 유럽이 선두를 달리고 있습니다.

출처: IEA

재생에너지(수력+태양광+풍력+지열) 비중도 빠르게 늘고 있다. 그리고 일부 국가는 막대한 수력 자원(노르웨이, 브라질, 캐나다 등)으로 인해 오랫동안 이 목록의 상위에 올랐지만 태양광 + 풍력은 실제로 변화가 일어나고 있는 곳입니다.

출처: 데이터의 세계

국가별로 살펴보면 2010년에 재생 에너지가 두 배 이상 증가한 명확한 변곡점이 나타나며, 이는 일반적으로 전적으로 태양광 및 풍력 발전의 증가로 인해 발생합니다. 예를 들어 중국과 호주는 다음과 같습니다.

출처: OurWorldInData

출처: OurWorldInData

이러한 변화의 큰 원동력은 재생 에너지 비용의 급격한 감소였습니다. 기술 혁신과 산업 생산 확대에 힘입어 재생 에너지의 경쟁력이 더욱 높아졌습니다. 적어도 서류상으로는 재생 가능 에너지가 화석 연료보다 저렴해 보입니다(자세한 내용은 아래 참조). IRENA에서 보여주듯이 (국제 재생 에너지기구).

출처: IRENA

도전

지난 몇 년 동안 이상한 상황이 나타나기 시작했습니다. 재생 가능 에너지 비용이 빠르게 감소함에 따라 상당수의 사람들은 화석 연료가 조만간 도도새의 길로 갈 것이라고 확신했습니다.

출처: 트위터/X

그러나 지난 몇 년 동안 거시경제적 충격으로 인해 이러한 생각이 의문시되었습니다. 우크라이나 전쟁은 막대한 인플레이션을 촉발시켰고, 독일과 같은 국가들은 석탄에 대한 의존도를 다시 시작하게 되었습니다.

그리고 동일한 인플레이션으로 인해 계획된 재생 가능 프로젝트의 수익성이 심각하게 손상되었습니다. 대규모 해상 풍력 프로젝트가 취소되고 태양광 및 풍력 기업의 주가가 폭락하는 등 고통스러운 시기였습니다. 우리 기사에서 무슨 일이 일어나고 있는지 더 자세히 읽을 수 있습니다.2023년 재생에너지 붕괴".

전기차 판매도 의문 GM, Ford, Honda 등 주요 제조사의 EV 전략 연기 또는 취소.

재생에너지의 간헐성

해결해야 할 주요 문제 중 하나는 에너지 저장입니다. 풍력 및 태양 에너지 생산은 날씨에 따라 달라지며 수요가 일시적으로 중단될 수 있습니다. 이는 "적시" 생산과 생산과 수요 간의 즉각적인 완벽한 균형을 요구하는 전력망의 문제입니다.

가능한 대안은 많이 있지만 기술은 이제 막 시작되었거나 아직 대규모로 배포되지 않았습니다. 이로 인해 낮 및/또는 여름에는 에너지가 과잉되고 밤 및/또는 겨울에는 부족하게 됩니다.

문제가 해결 불가능한 것은 아니지만 잘 조율된 정책과 전력망에 대한 더 많은 투자가 필요합니다.

그리고 솔직히 재생 에너지의 "실제" 비용에는 에너지 저장 비용도 포함되어야 한다는 점도 인정합니다. 재생에너지는 적어도 국가 전기 생산의 큰 부분을 차지하게 되면 아직은 화석 연료보다 완전히 저렴하지 않을 수 있습니다.

더 엘배터리의 모방품

EV 채택이 궤도에 오르는 것에 대한 우려는 유사한 기술적 한계 때문입니다. 얼리 어답터는 ICE(내연 기관) 차량보다 더 많은 초기 비용, 더 낮은 범위 또는 더 느린 충전 시간으로 괜찮았지만 다른 구매자는 그렇지 않을 수도 있습니다. 리튬 부족으로 인한 백금속 가격 상승도 일부 우려를 불러일으켰다.

운 좋게도 중국산 나트륨 이온 배터리부터 전고체 배터리에 이르기까지 새로운 배터리 기술이 곧 출시될 예정입니다. 이를 통해 EV 가격을 낮추고 주행 거리 불안이나 화재 위험과 같은 정당한 우려를 해소할 수 있습니다.

전환하기 어려운 에너지 수요

그리고 일부 에너지 소비는 화석 연료에서 벗어나기가 어렵습니다. 예를 들어, 장거리 배송 여전히 작동하려면 밀도가 매우 높고 액체 연료가 필요합니다. 비행에는 또한 매우 높은 에너지 밀도의 에너지원이 필요합니다. 그 배터리는 현재 배송할 수 없습니다. 대부분의 플라스틱 생산은 석유, 가스 비료, 원료탄 철강에 의존합니다.

여기에도 솔루션이 존재하지만 다소 미성숙한 기술이고 전 세계적으로 배포되기에는 거리가 멀습니다.

게임 체인저 기술

가능성 있는 게임 체인저

재생 에너지 및 저탄소 기술의 성장을 다시 시작하는 데 도움이 되는 몇 가지 솔루션이 이미 준비되어 있습니다.

원자력 혁신

여전히 논란의 여지가 있지만 원자력은 저탄소 기술임에도 불구하고 재생 가능한 미래를 향한 격차를 해소하는 데 필요할 수 있습니다..

소형 원자로(SMR)는 최근 어려움을 겪고 있는 또 다른 분야입니다. 글로벌 인플레이션과 관련된 비용 상승으로 인한 나쁜 소식. 그러나 어쨌든 원자력 기술은 더 작은 원자로를 대상으로 하는 보다 안전한 새로운 설계로 인해 르네상스를 겪고 있습니다.SMR 마이크로 반응기) 또는 심지어 새로운 연료 토륨. 한편, 중국은 24기의 새로운 대형 원자로를 건설 중이다., 총 개수만큼 계획하고 있습니다. 150개의 원자로로.

더 나은 재생 가능 에너지

화석 연료에 비해 비용이 감소하는 추세는 지속적인 추세를 유지할 가능성이 높습니다. 이는 다음과 같은 혁신을 통해 태양광의 경우 특히 그렇습니다. 박막형 태양전지 또는 3세대 태양전지(비정질 실리콘, 유기 폴리머, 페로브스카이트 결정).

2025년까지 현재 용량을 XNUMX배 이상 늘려 유틸리티 규모의 배터리 프로젝트도 도움이 될 것입니다.

출처: EIA

전고체 배터리

배터리 기술에 종사하는 모든 사람들은 현재 리튬 배터리의 액체 전해질이 필요하지 않은 고체 배터리가 판도를 바꿀 것이라는 것을 알고 있습니다. 그리고 많은 기업들이 이르면 2026~2029년에 자체 버전의 전고체 배터리를 출시하는 것에 대해 이야기하고 있습니다. 여기에는 QuantumScape(QS), CATL(300750.SZ), 토요타(TM), 파나소닉(6752.T), LG(051910.KS), 삼성SDI(006400.KS). 반면 테슬라(TSLA) 작업 중 전고체 배터리에 대한 자체 대안.

투기적인 게임 체인저

일부 다른 기술은 덜 성숙했지만 훨씬 더 유망하며 2040~2050년 이후 에너지를 얻는 방법이 될 가능성이 높습니다.

핵 발전기

원자력발전소의 가장 큰 관심사는 핵폐기물이다. 발전기 (또는 “육종가”)은 이러한 핵 폐기물을 소비하여 다시 전력 및 핵 연료로 전환할 수 있습니다. 이는 사용 가능한 핵연료를 사실상 무한하게 만들고 핵폐기물 문제를 크게 줄일 수 있습니다. 보너스는 이 기술이 실제로 새로운 것은 아니라는 것입니다. 1997년까지 프랑스에서 사용되었던 것처럼, 따라서 원자력을 둘러싼 정치적 어려움으로 인해 추측에 불과합니다.

우주 기반 태양광

궤도에서 태양 에너지를 생산하면 태양 에너지의 모든 문제를 즉시 해결할 수 있습니다. 즉, 간헐성도 없고, 구름도 없으며, 겨울철 생산량 감소도 없습니다. 우주 기반 인터넷이 갑자기 현실이 되면서 스타 링크, 이것은 들리는 것만큼 이상하지는 않습니다.

이는 우리 기사에서 더 자세히 조사한 내용입니다.공상과학에서 스카이하이까지: 궤도를 도는 태양광 패널은 좋은 아이디어인가요?"

지열

지금까지 가장 소홀히 여겨졌던 재생에너지원이자 연중무휴 24시간 기저부하 전력을 공급할 수 있는 에너지원은 지열에너지입니다. Vulkan Energy(VUL.AX), Ormat Technologies (ORA), 그리고 노력. 다소 아이러니하게도 이들 회사는 지구의 열원을 활용하기 위해 석유 산업이 이룩한 시추 및 파쇄 기술의 발전을 다른 용도로 사용합니다. (우리는 Ormat를 다루었습니다. 이 기사에서 그리고 불칸 이것에).

합성 연료

재생 에너지(또는 원자력)에서 생성된 전력은 가스 또는 액체 연료를 합성하는 데 사용될 수 있습니다. 여기에는 다음이 포함됩니다 수소, 암모니아, 합성가스, or 합성 연료.

합성 연료의 또 다른 옵션은 생물학을 활용하고 미세조류를 사용하여 바이오 연료를 생성하는 것입니다(“조류 바이오연료: 차세대 에너지 혁명?”) 또는 바이오 발효기 바이오가스 및 바이오메탄 폐기물 유기물로부터.

이러한 연료는 매우 밀도가 높은 연료나 매우 높은 연소 온도(예: 철강 제조)가 필요한 비행기, 선박 및 기타 응용 분야에 사용될 수 있습니다.

퓨전

핵융합 에너지는 수소와 같은 가벼운 원소를 융합하여 에너지를 생성하고, 태양 자체에 동력을 공급하는 과정을 지구에서 재현하는 것을 목표로 합니다. 수백만도에서 수억도에 이르는 온도에서 이는 엄청난 기술적 과제입니다.

또한 수소는 우주에서 가장 풍부한 원자이기 때문에 “연료”를 무제한으로 공급하여 탄소나 핵 폐기물을 생성하지 않는 청정 에너지를 제공할 것입니다.

가장 큰 융합 프로젝트는 국제 연구 컨소시엄 ITER과 많은 스타트업 핵융합의 꿈도 추구하고 있습니다. 헬리온, 일반 퓨전, 커먼웰스 퓨전, 티에이테크놀로지스, ZAP에너지및 NEO 퓨전(중국 전기차 제조사 니오(Nio)의 자금 조달).

미래 에너지 믹스

장기적으로는 유망할 것으로 예상되지만, 2040년의 지평선을 바라보면서 위에서 논의한 "투기적 게임 체인저" 없이 가능한 에너지 혼합을 대부분 검토할 것입니다.

EIA(에너지정보청)는 경제 성장과 저탄소 기술 채택 여부에 따라 다양한 시나리오를 발표했습니다.

대부분의 경우 에너지 사용량은 계속해서 증가할 것으로 예상되며, 2050년이 되어도 화석 연료가 여전히 세계 에너지의 대부분을 차지할 것입니다. 이는 법률이 변경되지 않고 에너지 투자가 현재 추세에 맞춰 유지된다면 예상되는 결과일 뿐입니다.

출처: EIA

평소와 같이 사업

이는 기후 변화에 관심을 갖고 있는 사람이라면 누구에게나 우울한 시나리오입니다. 석탄, 가스, 석유가 향후 2년 동안 우리 에너지 시스템의 지배적인 세력으로 남아 에너지의 대부분을 생산할 것이라고 가정합니다.

독일이 이전에 재생에너지와 에너지 전환의 챔피언으로 널리 인식되었음에도 불구하고, 최근 독일이 석탄으로 복귀한 사례에서 알 수 있듯이 이는 결코 불가능한 일이 아닙니다.

하이테크 로드

또 다른 선택은 우리 사회가 에너지와 관련된 기술 변화를 수용하는 것입니다. 여기에는 재생에너지뿐만 아니라 대규모 원자력도 포함되며, 기존 유형과 소규모 유형이 동시에 적용될 가능성이 높습니다.

이는 화석 연료를 이용한 화석 연료 발전이 더 나은 대안에 의해 가격이 책정되거나 법으로 완전히 금지되는 시나리오입니다.

새로운 배터리 기술 덕분에 EV가 빠르게 채택되는 시나리오이기도 합니다.

원자력은 기저부하 전력과 겨울철 전력을 생산하는 반면, 재생에너지는 액체 연료의 잉여 생산을 관리하여 항공, 운송 및 중공업을 탈탄소화할 수 있습니다.

낮은 소비 도로

중국뿐만 아니라 남미, 아프리카, 인도, 인도네시아 등 개발도상국의 에너지 수요를 고려하면 이는 가능성이 별로 없어 보인다.

어쨌든, 그것은 진정한 탈성장을 "선택"하는 것과 아마도 평균적으로 생활 수준의 저하, 특히 여행과 국제 무역의 감소를 포함할 것입니다. 농업은 어느 정도 탈산업화되고 산업 활동은 감소하며 전반적인 경제는 훨씬 더 지역화됩니다.

이러한 시나리오는 민주주의 국가와 독재 국가 모두에서 자발적으로 낮은 생산량을 선택하는 것이 거의 불가능하기 때문에 경제 활동의 급격한 감소를 설명하는 대규모 국제 긴장, 전쟁 또는 세계적 불황과 동시에 구상되어야 합니다.

혼란스러운 시나리오

이것은 모든 일이 동시에 일어나는 시나리오입니다. 화석연료는 약간의 감소세를 보이고 있지만 완전히 폐지되지는 않았습니다. 석탄은 전반적으로 단계적으로 폐지되고 있지만 석유와 가스는 그다지 많지 않습니다. 일부 국가는 원자력에 투자하고 다른 국가는 재생 에너지에 투자하며 다른 국가는 평소대로 사업을 유지합니다.

전기화와 탈탄소화가 이루어지지만 원하는 속도보다 느립니다. 탄소 배출은 지구 ​​온도가 너무 많이 상승하는 것을 방지하기 위해 GIEC가 구상한 순 제로 시나리오보다 훨씬 높은 시나리오에 머물러 있습니다.

이는 위에서 언급한 EIA 시나리오와 크게 다르지 않습니다. 나중에 탄소 포집을 통해 탈탄소화를 가속화하고 과거 배출량을 일부 되돌릴 수 있습니다.

획기적인 시나리오

에너지 생성의 획기적인 발전이 이루어져 풍부한 에너지가 가능해지며, 솔루션은 전 세계에 빠르게 배포될 수 있습니다.

SpaceX와 중국 기업 간의 새로운 우주 경쟁을 통해 궤도 태양광 인프라가 급격히 감소할 수 있습니다.

또는 2025~2026년 ITER 발사 시 엄청난 성공을 거둘 수도 있습니다.

또는 태양광 및 배터리 기술 분야의 혁신적인 새로운 디자인도 있습니다.

이러한 변화는 본질적으로 예측하거나 정량화하는 것이 거의 불가능합니다. 그러나 그것들도 완전히 무시되어서는 안 됩니다.