Climate change_Cheap solar PV and expensive climate change

저렴한 태양광 발전, 값비싼 기후변화

태양광 발전 비용이 급격하게 하락하면서 청정에너지에 대한 우리의 생각도 달라지고 있다. 그러나 태양광 발전을 통해 청정에너지 전환에 성공하기 위해서는 비용이 더 내려가야 한다. 태양광 발전의 비용을 더 줄이기 위해 어떤 정책을 추구해야 하는지, 이산화탄소가 초래하는 사회적 비용을 어떻게 책정하여 청정에너지 전환에 이용해야 하는지 자세한 내용을 알아본다.

2007년 말, 아직 설립된 지 10년이 채 되지 않았던 구글은 청정에너지 시장에 도전장을 내밀었다. 당시 실리콘밸리 여기저기에서뿐만 아니라 다른 곳에서까지 박수갈채를 받으며 구글은 ‘RE<C’, 즉 재생가능에너지를 석탄보다 저렴하게 만드는 것이 자사의 목표라고 선언했다. 그러면서 수천 만 달러를 ‘집광형 태양열 발전(CSP: concentrated solar power)’에서 지열을 이용한 시추까지 다양한 연구개발 프로젝트에 투자했다. 그러나 채 4년도 못 가 이러한 프로젝트들은 모두 폐기 처분되었다.

이를 단순히 실리콘밸리에 만연한 자만심에 사로잡힌 구글이 잘 알지도 못하는 분야에 나섰다가 실패한 사건으로 치부할 수도 있겠다. 그러나 구글의 목적은 따로 있었다. 구글이 전략을 바꾼 것은 태양에너지 분야의 급격한 성장세를 반영한 것이었다. 구글은 새로운 에너지를 개발하는 것보다 가격이 폭락하고 있는 기존의 재생가능에너지 기술 규모를 키우는 편이 낫다는 사실을 깨달았던 것이다.

그렇게 연구개발에서 기존 기술을 활용하는 쪽으로 방향을 바꿨지만, 구글은 여전히 엉뚱한 기술 규모를 키우는 데 큰 투자를 하고 있었다. 2010년 초에 태양에너지 분야는 ‘태양광 발전(PV: solar photovoltaic)’ 방식과 태양열로 액체를 가열해 터빈을 돌리는 ‘대규모 집광형 태양열 발전(CSP)’ 방식 간에 치열한 경쟁이 일어나고 있는 것처럼 보였다. 구글은 발 빠르게 10억 달러(한화 약 1조 2,000억 원) 가 넘는 돈을 수많은 재생에너지와 유틸리티 기업에 투자했고, 그중에서도 특히 CSP 기술 개발 업체인 ‘브라이트소스 에너지(BrightSource Energy)’와 ‘이솔라(eSolar)’에 상당한 금액을 투자했다.

그로부터 10년이 흘렀지만 구글의 선택은 그다지 전망이 좋아 보이지 않는다. 태양광 발전 비용이 계속 급격하게 감소하면서 CSP가 태양광 발전에 밀리고 있기 때문이다.

청정에너지에 대한 시각 변화

지난 수십 년 동안 태양전지(solar cell) 가격이 계속 하락하면서 청정에너지에 대한 우리의 시각에 많은 변화가 있었다. 이러한 상황을 제대로 판단하지 못하고 실수를 반복한 것은 구글만이 아니다.

태양광 발전 비용은 지난 10년 동안 10배 정도 하락했지만 사실 그 이전에도 계속 하락하고 있었다. 따라서 1979년 지미 카터 전 미국 대통령이 백악관 지붕에 처음으로 태양광 패널을 설치하여 공개한 시점부터 계산하자면, 태양광 발전 비용은 지금까지 100배 정도 하락했다고 할 수 있다. 카터 대통령이 설치했던 태양광 패널은 로널드 레이건이 1986년에 자신의 두 번째 대통령 임기를 시작할 때 치워버렸다.

만약 휘발유 가격이 1979년 기준 가격에서 태양광 발전과 비슷한 수준으로 하락했다고 가정하면, 오늘날 휘발유 가격은 1리터 당 몇 푼 되지 않았을 것이다. 물론 휘발유는 다양한 기술적, 경제적, 정치적 요인에 따라 가격이 변동하는 원자재이다. 태양광 발전 비용 또한 이러한 요인의 영향을 받지만, 지난 수년 동안 태양광 발전 비용 형성에 가장 분명하게 영향을 미친 요인은 바로 기술적인 부분이었다. 올해 태양광 모듈 가격은 일시적으로 실리콘 공급망에 큰 문제가 생기면서 18% 정도 상승했다.

국제 에너지 기구(IEA)는 가장 최근에 발표한 연례 ‘세계 에너지 전망(World Energy Outlook)’ 보고서에서 햇빛이 풍부하고 저렴한 비용으로 자금 조달이 가능한 지역에서는 태양광 발전이 “역사상 가장 저렴한 전력공급원”이 될 것이라고 선언했다. 그런데 우리는 보고서에서 제시한 두 가지 조건에 주목해야 한다. 우선 ‘풍부한 햇빛’ 부분은 이해하기 쉬운데, 태양에너지는 항상 뉴욕시보다는 애리조나주 피닉스에서 더 저렴할 것이기 때문이다. 그러나 이번 보고서는 이제 태양에너지가 많은 지역에서 석탄과 천연가스보다 저렴하다는 결론을 내렸다.

자금 조달은 이러한 전망이 어째서 사실인지 보여주는 핵심적인 부분이다. 태양광 발전이나 풍력 발전 같은 재생가능에너지의 발전 비용은 매우 저렴하거나 거의 제로에 가깝지만 언제나 초기 비용이 큰 장애물이었기 때문에 자금 조달이 중요한 부분을 차지해왔다. 지난 10년 동안, 부분적으로는 다양한 정부 정책 덕분에 저금리 자금이 시장에 많이 풀리면서 태양에너지는 위험도가 훨씬 낮아진 투자처가 되었다.

더 낮아져야 하는 태양에너지 가격

그 결과, 태양광 발전 사용도 급속도로 증가했다. 현재 태양광은 전 세계적으로 가장 빠르게 성장하고 있는 전력공급원이며, 한동안 이러한 추세가 계속될 것으로 보인다. 그러나 애초에 태양광 발전의 설비용량은 석탄, 석유, 수소, 핵에너지, 심지어 더 오랫동안 저렴하게 유지되고 있는 풍력에너지보다 훨씬 부족하다. 따라서 이 부분에 태양광 발전이 직면한 가장 큰 문제가 존재한다. 큰 문제란, 태양광 발전이 많은 이들에게 가장 저렴한 전력 공급원일지는 모르지만, 이것만으로는 청정에너지 전환을 빠르게 이루어내지 못한다는 것이다.

태양에너지는 훨씬 더 저렴해져야 한다. 그래야 새로운 태양에너지 설비를 설치하고, 여전히 사장들에게 돈을 벌어다 주고 있는 석탄 및 천연가스 발전소의 가동을 중단하는 것이 합리적인 일이 될 수 있다.

우리에게는 훨씬 더 발전된 기술이 필요하다. 태양광 발전 설비를 설치하고 가동하는 비용이 화석연료원을 통한 전기 공급에 드는 비용만큼 저렴해지는 지점을 ‘그리드 패리티(grid parity)’라고 하는데, 어째서 그리드 패리티에서 태양광 발전의 가격 하락을 멈춰야 하는가? 10% 더 저렴해지면 안 되는 것일까? 향후 10년 이내에 가격이 10배 더 저렴해지도록 노력할 수는 없는 것일까? 태양에너지의 비용 하락은 필요하다. 왜냐하면 그다지 현실성 없는 그리드 패리티 목표가 오해를 낳고 있기 때문이다. 우리가 정말 던져야 하는 질문은 ‘어떤 지점에 도달해야 공익 기업들이 새로운 석탄 발전설비용량을 추가하지 않는 수준이 아니라, 현재 가동 중인 석탄 발전소를 실제로 포기하고 태양에너지로 전환할 것인가?’이다. 태양에너지는 훨씬 더 저렴해져야 한다. 그래야 새로운 태양에너지 설비를 설치하고, 여전히 사장들에게 돈을 벌어다 주고 있는 석탄 및 천연가스 발전소의 가동을 중단하는 것이 재정적으로 합리적인 일이 될 수 있다.

이 모든 것에는 현재의 태양에너지 기술 발전을 지원하고, 또 새로운 기술의 연구개발까지 지원하는 정책이 필요하다. 이러한 정책은 기술 연구, 개발, 시연, 배치, 보급까지 모든 단계를 포괄해야 한다. 여기에 포함된 모든 단계는 직접적인 정부 지원을 받을 자격이 있으며, 초기 단계일수록 훨씬 더 비용이 많이 든다는 점을 항상 염두에 두어야 한다.

어떻게 더 저렴하게 만들 수 있을까?

태양에너지 비용을 낮추기 위해 효율적으로 투자하려면, 지난 수십 년 동안 재생가능에너지의 비용을 끌어내린 주요 요인이 무엇이었는지 이해할 필요가 있다.

MIT의 에너지 시스템 과학자 제시카 트랜식(Jessika Trancik)과 그녀의 연구팀은 지난 30년 동안 태양전지 가격이 극적으로 하락한 것에 크게 세 가지 요인이 작용했다고 본다. 그 세 가지 요인이란, 직접적으로 모듈의 효율성(전기로 변환되는 햇빛의 양)을 개선시킨 연구개발과 다른 근본적인 기술의 진보, 태양전지 제조 공장의 규모와 실리콘 같은 투입물질의 부피 증가에 영향을 준 규모의 경제, 그리고 행함에 의한 학습을 통해 이루어낸 개선 사항을 말한다.

이러한 요인 중 어느 것도 놀랍지는 않지만, 분명하게 잘 드러나지 않는 부분은 각각의 요인이 비용 절감에 기여하는 비율이 시간이 지남에 따라 크게 달라진다는 점이다. 1980년에서 2000년까지, 연구개발은 비용 절감 원인의 60% 정도를 차지했고, 규모의 경제는 20%, 행함에 의한 학습은 나머지 둘보다 훨씬 적은 5%를 차지했다. 그리고 대체로 가격 변동에 큰 영향을 주지 않은 요인들이 나머지 부분을 차지했다. 이러한 비율이 나타난 원인을 이해하기는 쉽다. 해당 시기에는 태양전지의 효율이 상당히 발전했으나, 태양전지를 제조하고 사용하는 일은 그다지 많지 않았다. 그 이후로 시계추는 연구개발과 근본적인 기술 개선에서 제조 부분의 규모의 경제 쪽으로 옮겨갔고, 그 결과 현재 규모의 경제는 비용 절감 원인의 40% 이상을 차지하게 되었다. 그러나 주목해야 할 부분은 연구개발도 여전히 가격 하락의 40% 정도를 차지한다는 점이다.

태양에너지 비용 하락을 목적으로 할 때 어디에 투자해야 할지 판단하기 위해 우리가 얻을 수 있는 교훈은 규모의 경제 요인 쪽으로 편향된 이 세 가지 요인 모두에 직접적인 지원이 있어야 한다는 것이다. 트랜식의 연구 결과는 태양광 모듈 자체만을 고려한 것이다. 거기에는 여전히 설치, 배전망과의 연결, 전체 시스템 비용을 구성하는 다른 요인들이 남아있다. 이런 분야는 기술자들과 기업들이 더 경험을 쌓으면 개선할 수 있는 것들이다. 점점 더 증가하고 있는 태양광 발전 설치를 위한 보조금 정책은 좋게 봐줘도 엇갈린 결과를 보이고 있는 듯하지만, 태양광 발전사업자에게 호의적이고 장기적인 계약을 제공하는 ‘발전차액지원제도(feed-in tariffs)’와 같은 정책들, 재생가능에너지 설비의 수량 목표를 결정하는 ‘재생에너지 의무할당제(renewable portfolio standard)’나 ‘청정에너지 기준(clean energy standard)’은 재생가능에너지의 전반적인 사용을 장려하는 부분에서 확실한 결과를 보여주고 있다.

공짜 점심은 없다

태양에너지 비용이 하락하고 있기는 하지만, 화석연료를 재생가능에너지로 전환하는 데에는 여전히 상당한 비용이 필요할 것이다. 물론 중요한 문제는 ‘기후변화에 따른 비용과 비교했을 때 어느 정도의 비용이 들 것인가’이다. 화석연료로 인한 탄소 배출물의 사회적, 환경적 비용을 고려한다면, 저렴한 태양에너지는 개발자들에게 경제적으로 훨씬 더 매력적인 대체재가 될 것이다.

여기서 많은 것이 ‘탄소의 사회적 비용(SCC: social cost of carbon)’에 달려있다. 탄소의 사회적 비용이란 현재 배출되는 이산화탄소(CO2) 1톤마다 경제와 사회, 환경에 미치는 경제적인 피해의 총량을 말하며, 더 확장하면, CO2 1톤이 배출될 때마다 발생하는 미래의 손실을 의미한다. SCC를 통해 석탄을 비롯한 다른 화석연료가 초래하는 비용에 대해서도 많은 것을 알 수 있으며, 태양광 발전을 비롯한 재생가능에너지에 어느 정도 지원하는 것이 적정한지 범위도 설정할 수 있다.

바이든 행정부가 가장 최근에 산정한 SCC는 현재 배출되는 CO2 1톤당 약 50달러이다. 그러나 이 수치는 과소 평가된 것이 분명하다. 어떤 이들은 미국의 SCC를 CO2 1톤당 300달러 이상으로 추정하기도 한다. 이러한 계산에는 탄소 배출물이 초래하는 미래의 피해와 기후변화에 대한 불확실성까지 포함되어 있다.

어느 쪽 숫자를 받아들이든 온실가스 배출물의 전체적인 비용을 모두 고려하면 석탄, 석유, 천연가스의 가격은 지금보다 훨씬 더 올라갈 것이고, 그런 이후에야 저탄소 기술이 화석연료와 같은 지점에서 경쟁할 수 있게 될 것이다.

세금이나 배출권거래제도를 통해 드러나는 탄소 가격도 고려되어야 한다. 그러나 거기에서 멈춰서는 안 된다. 우선 한 가지 이유는 재생에너지 의무할당제나 청정에너지 기준 역시 탄소 가격을 결정한다는 것이다. 현재 주 차원에서 미국의 재생에너지 의무할당제는 CO2 1톤당 60~300달러와 동등한 탄소 가격으로 환산된다. 이는 최근 SCC 추정치 범위 안에 확실히 들어오는 수준이다. 바이든 행정부가 제안한 ‘미국 일자리 계획(American Jobs Plan)’에 포함된 미연방의 청정 전력 표준도 비슷한 범위 안에 있으며, 업데이트된 SCC 범위를 기준으로 할 때 타당한 수준으로 볼 수 있을 것이다.

그런 연방 청정 전력 표준은 태양광 발전 및 다른 재생가능에너지에 분명 도움이 되겠지만, 기후 정책이 탄소에 가격을 매기는 것에서 끝나서는 안 된다. 정책에는 재생가능에너지 사용과 연구개발 지원을 위한 직접적인 보조금도 포함되어야 한다.

가장 생산적인 정책은 이렇게 흘러갈지도 모른다. 일단 고탄소 연료를 대체할 경제적으로 실현 가능성 있는 대체재를 만들기 위해 재생가능에너지의 비용을 낮추고, 그러고 나서 직접 가격, 청정 전력 표준, 또는 다른 유사한 방식을 통해 탄소 가격을 정하는 것이다. 이러한 두 방식을 결합하면 재생가능에너지 사용을 대규모로 빠르게 늘릴 수 있을 것이다. 여러 면에서 이런 일이 실제로 재현되고 있으며, 이는 바이든 행정부나 다른 곳에서 어떤 형태로든 탄소 가격을 책정해야 할 필요가 있음을 보여준다.

그러나 만약 훨씬 저렴한 태양광 발전이 목표라면 태양전지의 효율성 향상을 위해 연구개발을 늘리고, 저장능력을 높일 수 있도록 제조 기술을 개발하는 것도 중요할 것이다. 또한 더 효율적이고 더 저렴해질 가능성이 있는 다른 태양 물질을 찾기 위해 계속 연구하는 것 역시 필수적이다.

태양광 발전은 저렴하지만 공짜는 아니다. 태양광 발전 가격을 더 낮추기 위해 대가를 지불하는 것은 그만큼 가치 있는 일이 될 것이다.

Gernot Wagner는 뉴욕대학교 기후경제학 교수이며, 출판 예정인 <Geoengineering: The Gamble>의 저자이기도 하다.

미리보기 3회1회

MIT Technology Review 구독을 시작하시면 모든 기사를 제한 없이 이용할 수 있습니다.