대전일보 로고

[생활 속 과학이야기] 지속가능한 지하수지열에너지의 미래

2021-03-29 기사
편집 2021-03-29 07:05:44

 

대전일보 > 오피니언 > 사외칼럼

  • 페이스북
  • 구글 플러스
  • 카카오스토리
  • 네이버블로그
  • 네이버밴드
  • 핀터레스트
  • 기사URL 복사

첨부사진1최한나 한국지질자원연구원 선임연구원
지열(Geothermal)은 그리스어인 Geo(지구)와 Therme(열)에서 유래한 합성어로 지구 내부로부터 발생하는 열을 의미한다. 오래 전부터 온천의 형태로 이용돼 왔다. 지열의 잠재량은 매우 크다. 독일의 경우 2050년까지 전체의 열에너지 중에서 25% 가량을 지열로 공급할 수 있는 것으로 조사됐다. 아이슬란드는 지열을 통해 모든 에너지를 사용할 수 있다. 지하수지열에너지는 신재생에너지의 하나로서 지표로부터 200 m 이내 깊이에서 평균 15도를 유지하는 저온지열수를 에너지원으로 이용하는 방법이다. 화석연료에 따른 환경오염 등을 해결할 수 있는 청정에너지로 꼽힌다. 지표수를 대신할 수 있는 수자원이기도 하다.

지하수지열은 대부분의 지역에 부존하고 있으며 깊은 심도까지 들어가지 않아 적은 비용으로 쉽게 채열(採熱)할 수 있다. 또한 날씨의 영향을 거의 받지 않기 때문에 여름에는 실내의 높은 열을 외부로 배출하고, 겨울에는 지하수로부터 열을 흡수해 냉난방에 활용할 수 있다. 지하수지열에너지는 안정적으로 공급할 수 있고 성장 잠재력이 크기에 대체에너지 자원으로 주목 받고 있다.

지하수지열에너지 시스템은 천부 대수층에 지중열교환기를 설치해 지상의 히트펌프로 에너지를 전달하는 방식으로 냉난방에 활용되고 있다. 지하수지열에너지 시스템은 열교환기 회로의 개폐 순환 여부에 따라 폐쇄형(Closed loop)과 개방형(Open loop)으로 구분된다. 개방형시스템은 지하수를 채수하여 직접적으로 열교환을 수행하므로 열효율이 상당히 좋다. 주로 수자원이 풍부한 지역에 구축한다. 특히 우리나라는 많은 지역이 열전도성이 좋은 화강암 기반암으로 되어 있어 저온지열 활용에 유리하다. 최근에는 지하수지열 냉난방 시스템의 효율성과 안전성이 검증되면서 정부세종청사, 부산대학교 병원 등 공공분야에 지열시스템이 설치되고 있다.

지하수지열에너지는 시설재배를 하는 농가에서도 많이 활용되고 있다. 특히 하천 변의 지하수를 사용한 수막재배 기술의 보급을 통해 작물의 생육조건에 최적화된 기온을 유지하여 난방비 절감은 물론 냉해피해를 최소화하고 있다. 수막재배 방식은 일종의 개방형지열 시스템으로 상당히 많은 지하수를 소비한다는 단점이 있다. 이를 해결하고자 국내 여러 기관에서 적은 양의 지하수로도 온도조건을 맞출 수 있게끔 복합지열공법의 개발 및 시범적용이 이뤄지고 있다.

한국지질자원연구원에서는 기후변화대응을 위한 청정에너지 자원으로서 지하수지열자원의 확보 및 생태보전 융합기술을 수행하고 있다. 지열냉난방시스템 효율의 향상에 필요한 지하정보 활용기술의 개발을 목표로 실제 연구원 내, 다수의 지열관정을 설치해 계절과 상황에 따라 가동하고 있다. 토양 및 지하수에 미칠 수 있는 열간섭과, 장기간 가동에 의한 지온 및 지하수온 변화의 수치적 평가를 위해 2006년부터 현재까지 지하수지열시스템의 운영과 모니터링을 실시하고 있다. 또한, 정부부처와 유관 기관과의 연구협력과 협업 등을 통해 충적대수층(지하수가 있는 모래, 자갈층)의 지하수지열에너지를 활용한 농가의 효율적 운영과 에너지 저감 기술 개발을 수행하고 있다.

지하수지열에너지 시스템은 전 지구적 기후변화 억제노력에 발맞춰 이산화탄소 배출 저감과 에너지 효율이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 신재생에너지로 부각되며, 국가·사회적으로 활용가치가 점차 높아지고 있다. 지하수지열에너지 기술개발이 기후 위기의 대응과 탄소중립 실천이 당면과제인 포스트코로나 시대에 어려움을 겪고 있는 농가는 물론 우리의 지속가능한 삶에 있어 조그만 보탬이 되길 소망한다. 최한나 한국지질자원연구원 선임연구원



<저작권자ⓒ대전일보사. 무단전재-재배포 금지>