세계 에너지 자원

World energy resources
참고 항목: 세계 에너지 공급 및 소비

세계 에너지 자원은 지구상에서 이용 가능한 모든 자원을 감안할 때 에너지 생산을 위한 추정 최대 용량이다. 화석연료, 핵연료, 재생가능자원으로 유형별로 나눌 수 있다.

화석 연료

주요 기사: 화석연료

화석연료의 나머지 매장량은 다음과 같이 추정한다.[1]

연료 2009년 말 현재 ZJ(Zettajoule)에서 입증된 에너지 저장량
석탄 19.8
가스 36.4
기름 8.9

이것들은 입증된 에너지 저장량이다; 실제 저장량은 4배 이상일 수 있다. 이 숫자들은 매우 불확실하다. 지구에 남아 있는 화석 연료를 추정하는 것은 지구의 지각에 대한 상세한 이해에 달려 있다. 현대적인 시추 기술로 우리는 3km의 물 속에 우물을 뚫어 지질학의 정확한 구성을 확인할 수 있지만, 바다의 절반은 3km보다 깊어서, 행성의 약 3분의 1이 상세한 분석의 범위를 벗어난다.

매장량의 총량에는 불확실성이 있지만, 화석 매장량의 접근성, 석유 내 황 및 기타 오염물질의 수준, 석탄, 운송비, 생산 지역의 사회적 불안정과 같은 기술적, 경제적, 정치적 이유로 이 중 얼마나 많은 양을 유익하게 회수할 수 있는가에도 불확실성이 있다. 일반적으로 예금에 도달하기 가장 쉬운 것은 첫 번째 추출이다.

석탄

주요 기사: 석탄 매장량별 나라 목록

석탄은 가장 풍부하고 연소된 화석연료다. 이것은 산업혁명을 촉발하고 계속 사용되어온 연료였다; 이미 세계에서 가장 오염이 심한 도시들을 많이 보유하고 있는 중국은 2007년에 매주 약 2개의 석탄 화력발전소를 건설하고 있었다.[2][3][4] 석탄의 매장량이 많으면 지구 온난화 우려와 다른 오염 물질에 비해 부족한 지구촌의 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 인기 후보지가 될 것이다.[5]

천연가스

주요기사 : 천연가스
세계 팩트북의 데이터를 기반으로 천연가스에 의한 국가(2014년)

천연가스는 850,000km³의 회수가능 매장량을 가진 널리 이용 가능한 화석연료로 셰일가스를 방출하기 위해 강화된 방법을 사용한다. 기술 향상과 넓은 탐사는 셰일 프래킹 방식이 개발되면서 회수가능 천연가스 매장량이 크게 증가했다. 현재 사용률에서 천연가스는 시간의 경과에 따른 소비 증가에 따라 100년에서 250년 사이에 전 세계 에너지 수요의 대부분을 공급할 수 있다.

기름

잔존유 : 지구상에 남아있는 57제타줄(ZJ)의 석유의 분해. 2005년 연간 석유 소비량은 0.18 ZJ였다. 이 숫자들을 둘러싸고 상당한 불확실성이 있다. 회수가능보유액에 향후 추가될 11개의 ZJ는 낙관적일 수 있다.[6][7]
참고 항목: 석유 매장량 및 피크 오일

그것은 지구에 석유 매장량 있을지도 모르57zettajoule(ZJ)(비록 추정치 8ZJ,[8]의 현재와 복구 가능 입증된 매장량으로 구성된 낮은 110ZJ[9]의 최대에 따라 다르)사용할 수로 구성된 수준은 아니지만 땅에서 얻을 수 있는 준비금, 기름과 같은 파격적인 출처에 대해 낙관적 추정을 포함한 것으로 추정된다.모래 그리고 오일 셰일. 현재 18개 공인된 공급 프로파일 추정치 중 합의된 것은 2020년에 하루 9300만배럴(mbd)의 비율로 최대 추출량이 발생할 것이라는 점이다. 현재 석유 소비량은 연간 0.18 ZJ(311억 배럴) 또는 85 mbd이다.

조만간 원유 생산량이 최고조에 달해 유가 상승이 심해질 수 있다는 우려가 커지고 있다.[10] 2005년 프랑스 경제산업 재무부 보고서는 빠르면 2013년에 일어날 수 있는 최악의 시나리오를 제시했다.[11] 세계 석유 생산의 최고봉이 2~3년 안에 일어날 수 있다는 이론도 있다. ASPO는 2010년이 피크 연도가 될 것으로 예측하고 있다. 몇몇 다른 이론들은 그것이 이미 2005년에 일어났다는 견해를 제시한다. 미국 EIA 데이터에 따르면 세계 원유 생산량(임대용 응축물 포함)은 2005년 73.720mbd에서 2006년 73.437, 2007년 72.981, 2008년 73.697로 정점을 찍었다.[12] 피크오일 이론에 따르면 생산량 증가는 향후 생산량 감소로 이어지는 반면, 생산량 감소는 종 모양의 곡선이 수년 이상 퍼져나가면서 감소 속도가 느려질 것이라고 한다.

석유수출국기구(OPEC)는 유가를 최고가인 147달러에서 최저가인 40달러까지 떨어졌던 배럴당 75달러로 올리겠다는 목표에서 2009년 1월 1일부터 2.2mbd의 감산을 발표했다.[13]

지속가능성

공급의 보안, 지구 온난화와 관련된 환경 문제, 지속가능성에 대한 정치적 고려가 세계의 에너지 소비를 화석 연료로부터 멀어지게 할 것으로 예상된다. 피크오일의 개념은 사용 가능한 석유 자원의 약 절반이 생산되었다는 것을 보여주며, 생산의 감소를 예측한다.

정부는 화석 연료로부터 벗어나면 탄소 배출과 녹색 과세를 통해 경제적 압력을 발생시킬 가능성이 높다. 일부 국가는 교토 의정서의 결과로 조치를 취하고 있으며, 이 방향의 추가 단계가 제안되고 있다. 예를 들어 유럽연합(EU)의 에너지 정책은 EU 전체 혼합물에서 재생에너지 수준을 2007년 7% 미만에서 2020년까지 20%로 높이는 구속력 있는 목표를 세워야 한다고 유럽위원회가 제안했다.[14]

지속가능성의 반대는 한계에 대한 무시로, 흔히 이스터 섬 효과라고 하는데, 지속가능성을 발전시킬 수 없어 자연자원이 고갈된다는 개념이다.[15] 현재 소비율을 가정할 경우 2050년까지 현재의 석유 매장량이 완전히 고갈될 수 있다는 추정도 나온다.[16]

원자력

참고 항목: 원자력 및 원자력 정책

원자력

참고 항목: 핵연료

국제원자력기구(IAEA)는 남은 우라늄 자원이 2500 ZJ에 해당할 것으로 추정하고 있다.[17] 이것은 그들이 소비하는 것보다 더 많은 핵분열 물질을 만들 수 있는 브리더 원자로의 사용을 가정한다. IPCC는 현재 1회성 연료 사이클 원자로에 대한 경제성이 회복 가능한 우라늄 침전물이 2 ZJ에 불과하다는 것이 입증된 것으로 추정했다. 궁극적으로 회수가 가능한 우라늄은 원스루 원자로의 경우 17 ZJ, 재처리 및 고속 증식 원자로의 경우 1000 ZJ로 추정된다.[18]

자원과 기술은 21세기의 에너지 수요를 충족시키는데 기여하기 위해 원자력의 능력을 제약하지 않는다. 그러나, 원자력 안전과 방사성 폐기물에 대한 정치적, 환경적 우려는 특히 많은 원자력 사고로 인해 지난 세기 말에 이 에너지 공급의 성장을 제한하기 시작했다. 핵 확산에 대한 우려(특히 브리더 원자로에서 생산되는 플루토늄)는 이란이나 시리아 같은 나라들의 원자력 발전이 국제사회에 의해 적극적으로 위축되고 있음을 의미한다.[19]

21세기 초 우라늄은 전 세계적으로 1차 핵연료지만 토륨과 수소 등 다른 연료들은 20세기 중반부터 조사를 받아왔다.

토륨 매장량은 우라늄 매장량을 크게 웃돌며, 물론 수소가 풍부하다. 그것은 또한 많은 사람들에 의해 우라늄보다 얻기 쉽다고 여겨진다. 우라늄 광산은 지하로 밀폐되어 광부들에게 매우 위험한 반면 토륨은 열린 구덩이에서 채취되어 지구 표면의 우라늄보다 대략 3배나 풍부한 것으로 추정된다.[20]

1960년대 이후 전세계의 수많은 시설들이 토륨을 태웠다.[citation needed]

핵융합

수소 융합을 통한 에너지 생산 대안은 1950년대부터 조사가 진행 중이다. 어떤 재료도 연료의 발화에 필요한 온도를 견딜 수 없으므로, 어떠한 재료도 사용하지 않는 방법으로 연료를 제한해야 한다. 자기와 관성 구속은 21세기 초의 뜨거운 연구 주제인 카다라체(Cadarache, 관성 구속 융합)가 주요 대안이다.

핵융합 에너지는 태양과 다른 별들을 움직이는 과정이다. 수소와 헬륨 동위원소의 핵을 융합하여 다량의 열을 발생시키는데, 이는 바닷물에서 유래될 수 있다. 그 열은 이론적으로 전기를 발생시키기 위해 이용될 수 있다. 융합을 지속하는 데 필요한 온도와 압력은 그것을 통제하기 매우 어려운 과정으로 만든다. 핵융합은 이론적으로 많은 양의 에너지를 공급할 수 있고, 상대적으로 오염이 적다.[21] 미국과 유럽연합(EU) 모두 다른 국가와 함께 융합연구(ITER 설비 투자 등)를 지원하고 있지만, 한 보고서에 따르면 불충분한 연구가 지난 20년간 융합연구의 진척을 가로막고 있다고 한다.[22]

재생가능자원

주요 기사: 재생가능자원

재생 가능한 자원은 결국 고갈되는 비재생 자원과 달리 매년 이용할 수 있다. 단순 비교하자면 탄광과 숲이다. 산림은 고갈될 수 있지만, 관리하게 되면 지속적인 에너지 공급을 의미하는데, 한 때 소진되었던 탄광과 비교해서 광산이 사라진다. 지구에서 이용 가능한 에너지 자원의 대부분은 재생 가능한 자원이다. 재생 가능한 자원은 미국 전체 에너지 비축량의 93% 이상을 차지한다. 연간 재생 가능 자원은 비재생 가능 자원과 비교하기 위해 30년 곱하기였다. 즉, 30년 안에 모든 비재생자원이 균일하게 소진된다면, 이용 가능한 재생자원이 모두 개발된다면, 매년 이용 가능한 자원의 7%밖에 차지하지 못할 것이다.[23]

바이오매스

주요기사 : 바이오매스 및 바이오연료

지속가능한 연료 공급원에 대한 관심이 커지면서 바이오매스와 바이오연료 생산은 성장산업이다. 폐기물을 활용하면 음식 대 연료 트레이드오프를 피할 수 있고, 메탄가스를 태우면 온실가스 배출이 감소하는데, 이는 이산화탄소를 배출하더라도 이산화탄소는 메탄가스에 비해 온실가스의 23배 적기 때문이다. 생물연료는 화석연료의 지속 가능한 부분적인 대체물을 나타내지만, 온실 가스 배출에 대한 그들의 순 영향은 연료를 만들기 위해 공급원료로 사용되는 식물을 재배하는 데 사용되는 농업 관행에 따라 달라진다. 바이오 연료가 탄소중립이 될 수 있다고 널리 믿어지고 있는 반면, 현재의 농업 방식에 의해 생산된 바이오 연료가 상당한 순 탄소 배출국이라는 증거가 있다.[24][25][26] 지열과 바이오매스는 국지적인 고갈을 피하기 위해 세심한 관리가 필요한 유일한 재생에너지 2종이다.[27]

지열

주요 기사: 지열 발전

개발 가능한 전 세계 지열 에너지 자원의 추정치는 기술 및 탐사에 대한 추정 투자와 지질 형성에 대한 추측에 따라 상당히 다르다. 1998년 연구에 따르면, 이것은 발전용량의 65 - 138 GW에 달하는 '향상된 기술 사용'에 해당한다고 한다.[28] 다른 추정치는 발전용량의 35 - 2000 GW이며, 140 EJ/년 직접 사용이 가능할 것으로 예상된다.[29]

미국 MIT의 2006년 지열발전시스템(EGS) 사용을 고려한 보고서는 15년간 최대 10억 달러(약 10조 원)의 연구개발 투자를 위해 미국에서만 2050년까지 100GWe(기가와트) 이상의 전력을 생산할 수 있다고 결론지었다.[30] MIT 보고서는 전 세계의 총 EGS 자원을 13 YJ 이상으로 계산했으며, 그 중 0.2 YJ 이상은 추출할 수 있으며, 기술 개선으로 이를 2 YJ 이상으로 늘릴 수 있는 잠재력은 수천 년 동안 전 세계의 모든 에너지 수요를 제공하기에 충분했다.[30] 지구의 총 열량은 13,000,000 YJ이다.[29]

수력 발전

주요기사 : 수력

2005년 수력발전은 세계 전력의 16.4%를 공급해 1973년 21.0%에 비해 감소했지만 세계 에너지의 2.2%에 그쳤다.[31]

태양에너지

주요 기사: 태양에너지

재생 가능한 에너지원은 전통적인 화석 연료보다 훨씬 더 크고 이론적으로는 세계의 에너지 수요를 쉽게 공급할 수 있다. 태양열 발전량[32] 89PW가 행성 표면에 낙하한다. 이 에너지의 전부 또는 심지어 대부분을 포획할 수는 없지만 0.02% 미만을 포획하면 현재의 에너지 수요를 충족하기에 충분할 것이다. 태양 전지를 만드는 높은 가격과 전기를 발생시키기 위한 날씨 패턴에 의존하는 것이 태양 발전의 장벽을 포함한다. 또한, 현재의 태양열 발전은 밤에 전기를 생산하지 않는데, 이것은 북위도와 남위도가 높은 국가들에서 특히 문제가 되고 있다; 에너지 수요는 겨울에 가장 높은 반면, 태양 에너지의 가용성은 가장 낮다. 이것은 겨울 동안 적도에 가까운 나라들로부터 전력을 구입함으로써 극복될 수 있으며, 또한 저렴한 에너지 저장소의 개발과 같은 기술 발전으로 해결할 수도 있다. 전 세계적으로 태양열 발전은 지난 몇 년간 연평균 35%의 성장을 보이며 가장 빠르게 성장하는 에너지 자원이다. 중국, 유럽, 인도, 일본, 그리고 미국은 태양에너지의 주요 성장 투자자들이다. 2014년 말 전 세계 전력 사용량에서 태양광 발전 비중이 1%[33]에 달했다.

파도와 조력력

주요 기사: 파도 전력과 조력 전력

2005년 말, 조력 발전으로 0.3GW의 전기를 생산하였다.[34] 달(68%)과 태양(32%)이 만들어내는 조력, 달과 태양에 대한 지구의 상대적 회전으로 인해 조수가 요동치고 있다. 이러한 조수 변동은 평균 약 3.7 TW의 소산을 초래한다.[35]

또 다른 물리적 제한은 바다의 조수 변동에서 이용 가능한 에너지로, 약 0.6 EJ(exajoule)이다.[36] 이것은 지구의 총 회전 에너지 중 극히 일부에 불과하다. 강제하지 않으면, 이 에너지는 약 4개의 반일조 기간 동안 (3.7 TW의 소산율로) 소멸될[citation needed][Surely it is renewable?] 것이다. 그래서 방탕은 바다의 조수역학에서 중요한 역할을 한다. 따라서 이는 조력 역학을 너무 많이 방해하지 않기 위해 이용 가능한 조력 에너지를 0.8 TW(소산율의 20%) 정도로 제한한다.[citation needed]

파도는 태양 에너지에서 차례로 파생되는 바람에서 파생되며, 변환할 때마다 가용 에너지에서 약 2회 정도의 크기가 감소한다. 지구 해안에 밀려오는 파도의 총 세력은 3 TW에 이른다.[37]

풍력 발전

주요 기사: 풍력 발전

이용 가능한 풍력 에너지 추정치는 300 TW에서 870 TW까지 다양하다.[32][38] 낮은 추정치를 사용하면 가용 풍력 에너지의 5%만 현재 전 세계에 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 이 풍력 에너지의 대부분은 야외에서 이용할 수 있다. 바다는 행성의 71%를 차지하고 있고, 바람은 장애물이 적기 때문에 개방된 물 위로 더 강하게 부는 경향이 있다.

참조

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