| [미국] 천연가스는 미래 에너지로의 가교역할을 할 것인가?
천연가스 발전소(Natural Gas Power Plant)는 지구 온난화로 이어질 수 있는 상당한 양의 가스를 배출하고 있다. 이와 관련한 한 연구에 따르면 신규로 건설되는 천연가스 발전소가 효율적으로 운영되지 못하고, 메탄(Methane)의 누수 속도가 매우 낮은 상태가 아니라면 노후된 석탄화력발전소를 천연가스 발전소로 대체하는 일은 기후변화를 오히려 부추기는 결과를 가져올 수 있는 것으로 나타났다.
카네기 과학연구소(Carnegie Institution for Science)의 Ken Caldeira, Xiaochun Zhang과 인텔렉추얼벤처(Intellectual Ventures)의 Nathan Myhrvold는 새로운 연구를 통해 이러한 주요 사항을 발견하였다. 이들은 각기 다른 종류의 석탄 및 천연가스 발전소에 따라 발생하는 온도상승 효과를 비교하였으며, 연구결과를 Environmental Research Letters 저널에 발표하였다.
사람들 사이에서는 발전소, 에너지 정책의 미래, 온실가스 배출과 관련한 논쟁이 활발하게 진행 중이다. 노후된 석탄화력발전소를 새로운 천연가스로 대체하는 것은 태양발전, 풍력발전 및 원자력 발전과 같이 배출 없는 전기 생산 시대로의 장기적 전이에 있어 가교 역할을 해준다는 말이 타당성이 있는가? 이러한 질문에 결정을 내리는데 있어 중요한 이슈는 천연가스와 석탄발전에 대한 잠재적인 기후 영향을 고려하는 것이다. 관련 연구들은 다양한 성격의 발전소에 집중하고 기후 변화에 유용하다는 것에 대한 서로 다른 정의를 사용함으로써 각기 다른 결과를 보여주고 있다.
카네기 과학연구소의 Caldeira와 Zhang은 개개의 가스 및 석탄발전소 사이에서 온실가스 배출의 가장 큰 차이를 만들어내는 중요한 요인을 명확히 밝히겠다는 목표를 세웠다. 그리고 이들이 발견한 첫 번째 주요 요인은 발전소의 효율이다. 그리고 천연가스 발전소에 적용되는 두 번째 요인은 공급 과정에서 발생하는 메탄 누수이다. 연구진은 이러한 요인들을 이용하여 특정 발전소에서 배출되는 이산화탄소와 메탄에 의해 발생하는 온도변화에 대한 간단한 모델을 도출하였다.
연구진은 서로 다른 발전소의 기후변화 영향을 비교하기 위해 간단하면서 비교적 이해하기 쉬운 방안을 선택하였다. 이들은 발전소를 일정기간 운영한 후 지구 온난화에 얼마나 많은 영향을 줄 수 있는가를 예측하였다. 천연가스 발전소는 전반적인 면에서 석탄 발전소 대비 효율적이기 때문에 단위 탄소 당 더 많은 에너지를 생산하며 결국 장기적인 면에서 기후변화에 주는 영향이 그리 크지 않다는 것을 발견하게 되었다. 그러나 이와 같은 결과는 메탄누수의 양에 의존한다. 공급과정에서 상당한 양의 메탄을 배출하는 천연가스 발전소는 석탄발전소 대비 기후변화에 큰 영향을 줄 수 있을 것으로 나타났다.
Caldeira는 "새롭게 건설한 천연가스 발전소에 대량의 천연가스 누수가 발생한다면 오히려 배출이 많은 석탄발전소보다 단기적으로 기후변화에 나쁜 영향을 줄 수 있을 것이다. 그러나 천연가스 발전소는 우리 건강에 나쁜 영향을 주는 공해물질을 줄이는데 도움을 주며, 장기적인 면에서 기후변화에 다소 효과적일 것"이라고 밝혔다.
연구진은 만약 일반 석탄발전소와 가스발전소 중 하나의 운영을 중단해야 하는 선택의 기로에 처했고 천연가스발전소에서 발생하는 메탄누수가 전체 연료의 2% 이하 수준이라면 천연가스 발전소보다는 석탄발전소의 운영을 중지하는 것이 단기 기후 변화면에서 좋을 것이라 결론내렸다. 그러나 메탄 누수가 2% 이상이 된다면 석탄발전소 대신 천연가스 발전소를 중단하는 것이 기후변화에 도움을 주는 것으로 나타났다.
그럼에도 연구진은 앞으로 온실가스 배출 목표를 충족시키는 일에는 단순히 메탄가스 누출이 적은 천연가스 발전소를 건설하는 것보다 더 많은 배출 절감을 요구하게 될 것이라고 강조하였다. 천연가스가 미래 무배출 에너지 경제의 일부가 될 수 있다면 가스화력발전소에서 발생하는 탄소를 포획하고 저장하는 방안이 필요하게 될 것이다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 12월 17일]
[원문보기]
Is natural gas a 'bridge' to a hotter future?
Natural gas power plants produce substantial amounts of gases that lead to global warming. Replacing old coal-fired power plants with new natural gas plants could cause climate damage to increase over the next decades, unless their methane leakage rates are very low and the new power plants are very efficient.
These are the principal findings of new research from Carnegie's Ken Caldeira and Xiaochun Zhang, and Nathan Myhrvold of Intellectual Ventures that compares the temperature increases caused by different kinds of coal and natural gas power plants. Their work is published in Environmental Research Letters.
There is an ongoing debate among people concerned with power plants and the future of energy policy and greenhouse gas emissions. Does it makes sense to replace old coal-fired power plants with new natural gas power plants today, as a bridge to a longer-term transition toward near zero-emission energy generation technologies such as solar, wind, or nuclear power? A key issue in considering the decision has been the potential climate effects of natural gas versus coal. Studies have yielded different results by focusing on power plants with different characteristics and using different definitions of what it means to be "better" for climate.
Carnegie's Caldeira and Zhang, along with Myhrvold, aimed to identify the key factors that are responsible for most of the difference in greenhouse gas emissions between individual gas and coal plants. The key factors, they found, are power plant efficiency and, in the case of natural gas plants, methane leakage during the supply process. They used these factors to derive a simple model for resulting temperature change caused by the carbon dioxide and methane released by a particular plant.
The team chose a simple and understandable way to compare climate effects of different types of power plants. They predicted how much global warming would be produced by different kinds of power plants during and after their period of operation.
They found that because natural gas plants are overall more efficient than coal plants, producing more energy per unit of carbon, they could cause less warming in the long term. However, it all depends on the amount of methane leakage that occurs. Natural gas plants that leak a substantial amount of methane during their supply process can produce more warming than comparable coal plants.
"If there is substantial natural gas leakage, then building new natural gas plants would lead to more near term climate damage than using the old dirty coal plants," explained Caldeira. "But natural gas plants would help reduce other types of air pollution that damage our health, and would be somewhat better for climate in the long term."
If faced with the choice of shutting down either a typical coal plant or a typical gas plant and methane leakage from the natural gas plant is below about 2 percent of total fuel, there would be a short-term climate benefit to shutting down the coal plant instead of the natural gas plant, the team found. But if methane leakage would be greater than 2 percent, there would be less warming in the near term if the natural gas plant were shut down instead of the coal plant.
Regardless, the team emphasized that meeting upcoming greenhouse gas emission targets will require deeper emissions cuts than just building natural gas plants with low methane leakage. If natural gas is to be a part of a future near-zero emission energy economy, methods for capturing and storing carbon from gas-fired power plants will likely be necessary.
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