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지속가능에너지

Sustainable energy
Concentrated solar power parabolic troughs in the distance arranged in rectangles shining on a flat plain with snowy mountains in the background
Wind turbines beside a red dirt road
Mass rapid transit train
Woman cooking bread on an electric stove
지속 가능한 에너지 사례:스페인용융염 열저장고, 남아프리카는 풍력에너지, 싱가포르는 전기화 대중교통, 에티오피아는 청정조리.

에너지가 "미래 세대의 요구를 충족시키는 능력을 손상시키지 않고" 현재의 요구를 충족시킨다면 지속 가능합니다.[1]지속가능한 에너지에 대한 대부분의 정의는 온실가스 배출과 같은 환경적 측면과 에너지 빈곤과 같은 사회적, 경제적 측면에 대한 고려를 포함합니다.풍력, 수력, 태양열, 지열과 같은 재생 에너지원은 일반적으로 화석 연료원보다 훨씬 더 지속 가능합니다.하지만, 바이오 연료를 생산하기 위한 숲 개간과 같은 일부 재생 에너지 프로젝트는 심각한 환경 피해를 일으킬 수 있습니다.

지속가능한 에너지에서 재생 불가능한 에너지원의 역할은 논란의 여지가 있습니다.원자력저탄소원으로 역사적 사망률은 풍력, 태양열과 비슷한 수준이지만, 방사성 폐기물, 핵 확산, 사고 등에 대한 우려로 지속가능성이 논란이 되어 왔습니다.석탄에서 천연 가스로 전환하는 것은 기후 영향 감소를 포함한 환경적 이점이 있지만, 보다 지속 가능한 옵션으로의 전환이 지연될 수 있습니다.이산화탄소(CO2) 배출을 제거하기 위해 탄소 포집 및 저장을 발전소에 내장할 수 있지만, 이 기술은 비용이 많이 들고 거의 구현되지 않았습니다.

화석연료는 전 세계 에너지 소비량의 85%를 제공하며, 에너지 시스템은 전 세계 온실가스 배출량의 76%를 차지합니다.개발도상국의 약 7억 9천만 명의 사람들은 전기에 대한 접근이 부족하고, 26억 명은 요리를 하기 위해 나무나 숯과 같은 오염을 유발하는 연료에 의존합니다.온실가스 배출량을 2015년 파리협정과 일치하는 수준으로 줄이려면 에너지 생산, 분배, 저장 및 소비 방식에 대한 시스템 전반의 전환이 필요합니다.화석 연료바이오매스의 연소는 매년 약 7백만 명의 사망자를 발생시키는 대기 오염의 주요 원인입니다.따라서 저탄소 에너지 시스템으로의 전환은 인간의 건강에 강력한 공동 이익을 가져다 줄 것입니다.경로는 개발도상국에 주요한 건강과 경제적 이익을 가져오면서 기후 목표에 부합하는 방식으로 전기와 깨끗한 요리에 대한 보편적인 접근을 제공하기 위해 존재합니다.

기후변화 완화 경로는 지구 온난화를 2°C(3.6°F)로 제한하기 위해 제안되었습니다.이러한 경로에는 석탄 화력 발전소를 단계적으로 폐지하고, 풍력태양열과 같은 청정원에서 더 많은 전기를 생산하며, 운송 및 난방 건물과 같은 부문에서 화석 연료 대신 전기를 사용하는 방향으로 전환하는 것이 포함됩니다.전기화가 어려운 일부 에너지 집약적 기술 및 프로세스의 경우, 많은 경로가 저배출 에너지원에서 생산되는 수소 연료의 역할이 증가하고 있음을 설명합니다.가변적인 재생 에너지를 더 많이 수용하기 위해 전기 그리드에너지 저장소와 같은 인프라를 통한 유연성이 필요합니다.배출량을 대폭 줄이기 위해서는 건물과 운송 시스템과 같은 에너지를 사용하는 인프라와 기술이 깨끗한 형태의 에너지를 사용하고 에너지를 절약하도록 변경되어야 합니다.에너지와 관련된 온실가스 배출을 제거하기 위한 몇몇 중요한 기술들은 아직 성숙되지 않았습니다.

풍력과 태양 에너지는 2019년 전 세계 전력의 8.5%를 생산했습니다.이 점유율은 빠르게 증가한 반면 비용은 감소했으며 계속해서 감소할 것으로 예상됩니다.기후 변화에 관한 정부간 패널(IPCC)은 지구 온난화를 1.5°C(2.7°F)로 제한하기 위해 2016년에서 2035년 사이에 매년 세계 국내총생산(GDP)의 2.5%를 에너지 시스템에 투자해야 할 것으로 추정합니다.에너지 시스템 전환을 촉진하는 잘 설계된 정부 정책은 온실가스 배출을 줄이고 대기질을 개선할 수 있습니다.많은 경우 에너지 보안도 강화합니다.정책 접근 방식에는 탄소 가격 책정, 재생 가능한 포트폴리오 표준, 화석 연료 보조금의 단계적 폐지, 전기화 및 지속 가능한 운송을 지원하는 인프라 개발 등이 포함됩니다.청정 에너지 신기술의 연구, 개발, 실증에 자금을 지원하는 것 또한 정부의 중요한 역할입니다.

정의 및 배경

"에너지는 경제 성장, 사회적 형평성 증대, 그리고 세계가 번영할 수 있도록 하는 환경을 연결하는 금실입니다.에너지 없이는 개발이 불가능하고, 지속가능한 에너지 없이는 지속가능한 개발이 불가능합니다."

UN Secretary-General Ban Ki-moon[2]

정의들

유엔 브룬트랜드 위원회는 1987년 보고서 "우리의 공동의 미래"에서 에너지가 핵심 요소인 지속가능한 개발의 개념을 설명했습니다.그것은 지속가능한 발전을 "미래 세대가 자신의 필요를 충족시키는 능력을 손상시키지 않고 현재의 필요를 충족시키는 것"으로 정의했습니다.[1]지속가능한 개발에 대한 이 설명은 이후 지속가능한 에너지에 대한 많은 정의와 설명에서 참조되고 있습니다.[1][3][4][5]

지속가능성이라는 개념이 에너지에 어떻게 적용되는지에 대한 단 하나의 해석도 전 세계적으로 받아들여지고 있지 않습니다.[6]지속가능한 에너지에 대한 작업 정의는 환경적, 경제적, 사회적 차원과 같은 다양한 차원의 지속가능성을 포괄합니다.[5]역사적으로 지속가능한 에너지 개발의 개념은 배출과 에너지 안보에 초점을 맞추고 있습니다.1990년대 초부터, 그 개념은 더 넓은 사회적, 경제적 이슈를 포괄하는 것으로 확대되었습니다.[7]

지속가능성의 환경적 차원은 온실가스 배출, 생물 다양성 및 생태계에 미치는 영향, 유해 폐기물 및 독성 배출,[6] 물 소비,[8] 비재생 자원의 고갈 등을 포함합니다.[5]환경에 미치는 영향이 적은 에너지원을 그린 에너지 또는 클린 에너지라고 부르기도 합니다.지속가능성의 경제적 차원은 각 국가가 충분한 에너지를 지속적으로 이용할 수 있도록 경제발전, 에너지의 효율적 사용, 에너지 안보 등을 포괄합니다.[6][9][10]사회적 문제는 모든 사람들에게 저렴하고 신뢰할 수 있는 에너지에 대한 접근, 노동자들의 권리, 토지 권리를 포함합니다.[5][6]

환경영향

Photograph of a woman carrying firewood she has gathered on her head
인도 라자스탄 시골에 사는 한 여성이 장작을 모으고 있습니다.요리를 위해 나무와 다른 오염 연료를 사용하는 것은 실내와 실외의 공기 오염으로 인해 매년 수백만 명의 사망자를 발생시킵니다.

현재의 에너지 시스템은 기후 변화, 대기 오염, 생물 다양성 손실, 환경으로의 독소 방출, 그리고 물 부족을 포함한 많은 환경 문제에 기여합니다.2019년 현재 전 세계 에너지 수요의 85%가 화석 연료를 태우는 것으로 충족되고 있습니다.[11]에너지 생산과 소비는 2018년 기준 연간 인간 발생 온실가스 배출량의 76%를 차지하고 있습니다.[12][13]2015년 기후 변화에 관한 국제 파리 협정은 지구 온난화를 2 °C(3.6 °F)보다 훨씬 낮고 바람직하게는 1.5 °C(2.7 °F)로 제한하는 것을 목표로 합니다. 이 목표를 달성하려면 가능한 한 빨리 배출량을 줄이고 세기 중반까지 순 제로에 도달해야 합니다.[14]

화석 연료와 바이오매스의 연소는 매년 약 700만 명의 사망자를 발생시키는 [15][16]대기 오염의 주요 원인이며, 가장 큰 원인이 되는 질병 부담은 저소득 국가와 중산층 국가에서 볼 수 있습니다.[17]발전소, 자동차, 공장에서 화석연료를 태우는 것은 대기 중의 산소와 결합하여 산성비를 발생시키는 주요 배출원입니다.[18]대기 오염은 비감염성 질병으로 인한 사망의 두 번째 주요 원인입니다.[19]세계 인구의 약 99%가 세계보건기구 권고기준을 초과하는 대기오염을 겪고 살고 있습니다.[20]

나무, 동물의 배설물, 석탄 또는 등유와 같은 오염 연료로 요리하는 것은 거의 모든 실내 공기 오염의 원인이며,[21][19] 이는 연간 160만에서 380만 명의 사망자를 유발하고 또한 실외 공기 오염의 원인이 됩니다.[22]요리를 책임질 가능성이 높은 여성과 어린 아이들에게 건강 영향이 집중되고 있습니다.[22]

환경적 영향은 연소의 부산물 이상으로 확대됩니다.바다에서 기름이 유출되면 해양 생물에 해를 끼치고 화재를 유발하여 유독 가스를 방출할 수 있습니다.[23]전 세계 물 사용량의 약 10%는 주로 열 에너지 발전소의 냉각을 위해 에너지 생산에 사용됩니다.건조한 지역에서는 물 부족의 원인이 됩니다.바이오 에너지 생산, 석탄 채굴과 가공, 석유 추출에도 많은 양의 물이 필요합니다.[24]연소를 위해 목재 및 기타 가연성 물질을 과도하게 채취할 경우 사막화를 포함한 심각한 지역 환경 손상을 초래할 수 있습니다.[25]

2021년, UNECE는 다양한 전기 발전 기술의 환경 영향에 대한 라이프사이클 분석을 발표하였는데, 이는 다음을 설명합니다: 자원 사용(광물, 금속), 토지 사용(화석), 물 사용, 입자상 물질, 광화학적 오존 형성, 오존 고갈, 인체 독성(비암), 이온화 방사선, hu.인간 독성(암), 부영양화(지상, 해양, 담수), 생태 독성([26]담수), 산성화, 기후 변화.

지속가능한 개발목표

Map of people with access to energy. Lack of access is most pronounced in India, Sub-Saharan Africa and South-East Asia.
2016년 전기를 이용할 수 없는 사람들이 살았던 곳을 보여주는 세계 지도 - 주로 사하라 사막 이남의 아프리카인도 아대륙

지속가능한 방법으로 현재와 미래의 에너지 수요를 충족시키는 것은 경제성장을 유지하고 생활수준을 향상시키는 동시에 기후변화를 제한하는 글로벌 목표를 위한 중대한 도전입니다.[27]신뢰할 수 있고 저렴한 에너지, 특히 전기는 의료, 교육, 경제 발전에 필수적입니다.[28]2020년 현재 개발도상국의 7억 9천만 명이 전기를 사용하지 못하고 있으며, 약 26억 명이 요리를 위해 오염 연료를 태우는 것에 의존하고 있습니다.[29][30]

가장 개발이 덜 된 국가들의 에너지 접근성을 개선하고 에너지를 더 깨끗하게 만드는 것은 기후 행동에서 양성 평등에 이르는 문제를 다루는 유엔 2030 지속가능 개발 목표의 대부분을 달성하는 데 핵심적입니다.[31][32]지속 가능한 개발 목표 7은 2030년까지 전기에 대한 보편적 접근조리 시설 청소를 포함한 "모두를 위한 저렴하고, 신뢰할 수 있고, 지속 가능하고, 현대적인 에너지에 대한 접근"을 요구합니다.[33]

에너지 절약

Countries such as the US and Canada use twice as much energy per capita as Japan or western Europe, and 100 times as much commercial energy per capita as some African countries.
세계적인 에너지 사용량은 매우 불평등합니다.미국과 캐나다와 같은 고소득 국가들은 아프리카에서 가장 개발이 덜 된 일부 국가들보다 1인당 100배의 에너지를 사용합니다.[34]

동일한 제품 또는 서비스를 제공하기 위해 더 적은 에너지를 사용하거나 더 적은 제품으로 비교 가능한 서비스를 제공하는 에너지 효율성은 많은 지속 가능한 에너지 전략의 초석입니다.[35][36]국제에너지기구(IEA)는 에너지 효율을 높이면 파리협정의 목표를 달성하는 데 필요한 온실가스 배출량의 40%를 감축할 수 있을 것으로 추산했습니다.[37]

에너지는 가전제품, 자동차, 산업 공정, 건물의 기술적인 효율을 높임으로써 절약할 수 있습니다.[38]또 다른 접근법은 생산에 많은 에너지가 필요한 자재를 적게 사용하는 것입니다. 예를 들어, 건물 설계 및 재활용 개선을 통해서 말입니다.업무용 비행기보다는 화상회의를 이용하거나 자동차보다는 자전거, 도보 또는 대중교통을 이용하여 도시를 여행하는 것과 같은 행동 변화도 에너지를 절약하는 또 다른 방법입니다.[39]효율성을 개선하기 위한 정부 정책에는 운송 모드의 변경을 장려하기 위한 건축 법규, 성능 표준, 탄소 가격 책정, 에너지 효율적인 인프라 개발 등이 포함될 수 있습니다.[39][40]

세계 경제의 에너지 강도(국내총생산(GDP) 단위당 소비되는 에너지의 양)는 경제 생산의 에너지 효율성을 대략적으로 보여주는 지표입니다.[41]2010년 전 세계 에너지 집약도는 GDP 1달러당 5.6메가줄(1.6kWh)로,[41] 유엔의 목표는 2010년부터 2030년까지 매년 2.6%씩 에너지 집약도를 낮출 것을 요구하고 있습니다.[42]최근 몇 년 동안 이 목표는 달성되지 않았습니다.예를 들어, 2017년과 2018년 사이에 에너지 강도는 1.1%[42] 감소하는 데 그쳤습니다.효율성 향상은 종종 소비자들이 절약한 비용을 에너지 집약적인 제품 및 서비스를 구입하는 데 사용하는 반등 효과로 이어집니다.[43]예를 들어, 운송 및 건물의 최근 기술적 효율성 향상은 대형 차량 및 주택 선택과 같은 소비자 행동의 추세에 의해 상당 부분 상쇄되었습니다.[44]

지속가능한 에너지원

재생에너지원

2023년 풍력 및 태양광 발전량은 2030년까지 30%를 초과할 것으로 예상됩니다.[45]
태양광을 중심으로 재생에너지 용량이 꾸준히 증가했습니다.[46]
청정 에너지 투자는 팬데믹 이후의 경제 회복, 높은 화석 연료 가격을 수반하는 세계적인 에너지 위기, 그리고 다양한 국가들에 걸친 증가하는 정책 지원으로부터 이익을 얻었습니다.[47]

재생 가능한 에너지원은 일반적으로 에너지 안보를 강화하고 화석 연료보다 훨씬 적은 온실 가스를 배출하기 때문에 지속 가능한 에너지에 필수적입니다.[48]재생 에너지 프로젝트는 때때로 생태학적 가치가 높은 지역이 바이오 에너지 생산 또는 풍력 또는 태양광 농장으로 전환될 때 생물 다양성에 대한 위험과 같은 중대한 지속 가능성 우려를 제기합니다.[49][50]

태양광과 풍력 에너지가 빠르게 성장하는 동안 수력은 재생 가능한 전기의 가장 큰 원천입니다.태양광 태양광육상풍은 대부분의 국가에서 가장 저렴한 형태의 새로운 발전 용량입니다.[51][52]현재 전기를 이용할 수 없는 7억 7천만 인구 중 절반 이상에게 2030년까지 가장 저렴한 방법은 태양광 발전 미니 그리드와 같은 분산형 신재생 에너지일 것으로 보입니다.[53]유엔의 2030년 목표는 전 세계 에너지 공급에서 재생에너지 비중을 대폭 확대하는 것을 포함하고 있습니다.[33]국제에너지기구에 따르면 풍력, 태양광 등 재생에너지는 이제 전 세계 전력생산 신규 투자의 70%를 차지할 정도로 보편적인 전력 공급원으로 자리 잡았습니다.[54][55][56][57]기상청은 앞으로 3년 안에 재생에너지가 석탄을 제치고 전 세계적으로 전력 생산의 주요 에너지원이 될 것으로 기대하고 있습니다.[58]

태양의

long rows of dark panels, sloped about 45 degrees at the height of a person, stretch into the distance in bright sunshine
미국 캘리포니아의 한 태양광 발전소.

태양은 많은 지역에서 깨끗하고 풍부하게 이용 가능한 자원인 지구의 주요 에너지 공급원입니다.[59]2019년 태양광 발전은 전 세계 전력의 약 3%[60]를 태양광 전지(PV) 기반 태양광 패널을 통해 공급했습니다.태양광 발전소는 2027년까지 전 세계적으로 설치 용량이 가장 큰 전력원이 될 것으로 예상됩니다.[58]그 패널들은 건물들의 꼭대기에 설치되거나 유틸리티 규모의 태양열 공원에 설치됩니다.태양광 전지의 가격이 급격히 하락하여 전 세계 용량이 크게 증가하고 있습니다.[61]새로운 태양열 발전소의 전기 가격은 기존 석탄 발전소의 전기와 경쟁력이 있거나 많은 지역에서 더 저렴합니다.[62]미래 에너지 사용에 대한 다양한 예측은 태양 PV를 지속 가능한 혼합 에너지 발전의 주요 원천 중 하나로 파악하고 있습니다.[63][64]

태양 전지판의 대부분의 부품들은 쉽게 재활용될 수 있지만, 이것은 규제가 없을 때 항상 행해지는 것은 아닙니다.[65]패널에는 일반적으로 중금속이 포함되어 있기 때문에 매립지에 넣으면 환경적인 위험을 초래합니다.[66]태양 전지판이 생산에 사용된 만큼의 에너지를 생산하는 데는 2년이 채 걸리지 않습니다.재료를 채굴하는 것보다 재활용하는 것이 더 적은 에너지가 필요합니다.[67]

집중된 태양열 발전에서, 태양 광선은 거울의 장에 의해 집중되어 유체를 가열합니다.전기는 열 엔진을 사용한 증기에서 생성됩니다.집중 태양광 발전은 일반적으로 필요할 때 전기를 생산할 수 있도록 일부 열을 저장하기 때문에 디스패치 가능한 발전을 지원할 수 있습니다.[68][69]전기 생산뿐만 아니라 태양열 에너지는 직접적으로 사용됩니다. 태양열 난방 시스템은 온수 생산, 건물 난방, 건조 및 담수화에 사용됩니다.[70]

풍력

Photograph of wind turbines against a hazy orange sky
중국 신장의 풍력발전기

풍력은 산업 공정, 물 펌프 및 범선에 기계적 에너지를 제공하는 등 수 천년에 걸쳐 발전의 중요한 원동력이 되어 왔습니다.[71]현대 풍력 터빈은 전기를 생산하는 데 사용되며 2019년에 전 세계 전력의 약 6%를 제공합니다.[60]육상 풍력 발전소의 전기는 종종 기존 석탄 발전소보다 저렴하고 천연 가스 및 원자력과 경쟁력이 있습니다.[62]풍력 터빈은 육지보다 바람이 안정적이고 강하지만 건설 및 유지 비용이 더 높은 해상에 배치될 수도 있습니다.[72]

육상 풍력 발전소는 종종 야생 지역이나 시골 지역에 건설되며, 경관에 시각적인 영향을 미칩니다.[73]풍력 터빈과의 충돌은 박쥐와 조류 모두를 죽이고 덜한 정도이지만, 이러한 영향은 창문과 송전선과 같은 다른 사회 기반 시설보다 낮습니다.[74][75]터빈에 의해 만들어지는 소음과 깜박이는 빛은 인구 밀집 지역 근처의 건설에 불편을 초래하고 제약을 줄 수 있습니다.풍력은 원자력 발전소나 화석 연료 발전소와 달리 물을 소비하지 않습니다.[76]풍력 발전소 자체에서 생산되는 에너지에 비해 풍력 터빈 건설에 필요한 에너지는 거의 없습니다.[77]터빈 블레이드는 완전한 재활용이 불가능하며, 재활용이 용이한 블레이드 제조 방법에 대한 연구가 진행 중입니다.[78]

수력

a river flows smoothly from rectangular openings at the base of a high sloping concrete wall, with electricity wires above the river
베네수엘라의 수력발전 댐인 구리댐

수력 발전소는 움직이는 물의 에너지를 전기로 바꿉니다.2020년 수력 발전은 세계 전력의 17%를 공급했는데, 20세기 중후반의 최고치인 20%에 육박했던 것에 비해 감소했습니다.[79][80]

일반적인 수력발전은 댐 뒤에 저수지를 만듭니다.기존의 수력 발전소는 매우 유연하고 파견 가능한 전기 공급 장치를 제공합니다.그것들은 풍력과 태양열과 결합되어 수요의 정점을 충족시키고 바람과 태양이 덜 이용 가능할 때 보상할 수 있습니다.[81]

저류지 기반 시설에 비해 하천 수력 발전은 일반적으로 환경에 미치는 영향이 적습니다.그러나, 그것의 발전 능력은 강의 흐름에 따라 달라지는데, 강은 매일 그리고 계절적인 날씨에 따라 달라질 수 있습니다.저수지는 홍수 조절 및 유연한 전기 출력을 위해 사용되는 수량 조절 기능을 제공하며 가뭄 시 식수 공급 및 관개를 위해 보안 기능을 제공합니다.[82]

수력 발전은 생산되는 에너지 단위당 온실가스 배출량이 가장 낮은 에너지원 중 하나이지만, 배출 수준은 프로젝트마다 매우 다릅니다.[83]가장 높은 배출량은 열대 지역의 큰 댐에서 발생하는 경향이 있습니다.[84]이러한 배출은 저수지의 범람에 잠기게 된 생물학적 물질이 분해되어 이산화탄소와 메탄을 배출할 때 발생합니다.삼림 벌채와 기후 변화는 수력 발전 댐의 에너지 생산을 줄일 수 있습니다.[81]장소에 따라 대형 댐은 거주자를 이동시키고 심각한 지역 환경 피해를 초래할 수 있습니다. 잠재적인 댐 붕괴는 주변 인구를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.[81]

지열

3 enormous waisted vertical concrete cylinders, one emitting a wisp of steam, dwarf a building in the foreground
이탈리아 라데렐로 지열발전소 냉각탑

지열 에너지는 깊은 지하의[85] 열을 이용하여 전기를 생산하거나 물과 건물을 가열함으로써 생산됩니다.지열 에너지의 사용은 열 추출이 경제적인 지역에 집중됩니다. 고온, 열 흐름 및 투과성(암반이 유체를 통과시킬 수 있는 능력)의 조합이 필요합니다.[86]전력은 지하 저장고에서 생성된 증기로부터 생산됩니다.[87]지열 에너지는 2020년 전 세계 에너지 소비량의 1% 미만을 제공했습니다.[88]

지열 에너지는 열 에너지가 주변의 뜨거운 지역으로부터 지속적으로 보충되고 자연적으로 생성된 동위원소방사성 붕괴가 일어나기 때문에 재생 가능한 자원입니다.[89]지열 기반 전력의 온실가스 배출량은 평균적으로 석탄 기반 전력의 5% 미만입니다.[83]지열에너지는 지진을 유발할 위험이 있고 수질오염을 방지하기 위해 효과적인 보호가 필요하며 포획할 수 있는 유독물질을 배출합니다.[90]

바이오에너지

Man lighting a lamp hung from the ceiling
케냐의 낙농업자가 바이오가스 램프에 불을 붙이고 있습니다.바이오매스로부터 생산된 바이오가스는 요리나 빛을 위해 연소될 수 있는 재생 가능한 에너지원입니다.
A green field of plants looking like metre high grass, surrounded by woodland with urban buildings on the far horizon
브라질의 에탄올 생산을 위한 사탕수수 농장

바이오매스는 식물과 동물에서 나오는 재생 가능한 유기 물질입니다.[91]그것은 열과 전기를 생산하기 위해 태워지거나 자동차에 동력을 공급하기 위해 사용될 수 있는 바이오 디젤과 에탄올과 같은 바이오 연료로 전환될 수 있습니다.[92][93]

바이오 에너지의 기후적 영향은 바이오매스 공급 원료가 어디에서 공급되고 어떻게 재배되는지에 따라 매우 다양합니다.[94]예를 들어, 에너지를 얻기 위해 나무를 태우는 것은 이산화탄소를 방출합니다. 만약 수확한 나무가 잘 관리된 숲에서 새로운 나무로 대체된다면, 새로운 나무가 자라면서 공기로부터 이산화탄소를 흡수할 것이기 때문에 이러한 배출은 상당히 상쇄될 수 있습니다.[95]그러나 바이오에너지 작물의 설립과 재배는 자연 생태계를 대체하고 토양을 퇴화시키며 수자원과 합성비료를 소비할 수 있습니다.[96][97]열대 지역에서 전통적인 난방과 요리에 사용되는 모든 목재의 약 3분의 1이 지속 불가능하게 수확됩니다.[98]일반적으로 바이오 에너지 공급 원료는 수확, 건조 및 운반에 상당한 양의 에너지를 필요로 하며, 이러한 공정에 사용되는 에너지는 온실 가스를 배출할 수 있습니다.경우에 따라 토지 이용의 변화, 경작 및 가공의 영향으로 인해 화석 연료를 사용하는 것에 비해 바이오 에너지의 전체 탄소 배출량이 증가할 수 있습니다.[97][99]

바이오매스를 재배하기 위해 농지를 사용하면 식량을 재배할 수 있는 땅이 줄어들 수 있습니다.미국에서는 모터 가솔린의 약 10%가 옥수수를 기반으로 한 에탄올로 대체되어 수확량의 상당 부분을 차지해야 합니다.[100][101]말레이시아와 인도네시아에서, 바이오 디젤을 위한 팜유를 생산하기 위해 숲을 개간하는 것은 심각한 사회적, 환경적 영향으로 이어졌습니다. 이 숲들은 다양한 종들에게 중요한 탄소 흡수원이자 서식지이기 때문입니다.[102][103]광합성은 햇빛에 있는 에너지의 극히 일부만을 포착하기 때문에, 주어진 양의 바이오 에너지를 생산하는 것은 다른 재생 가능한 에너지원에 비해 많은 양의 토지를 필요로 합니다.[104]

비식품 식물이나 폐기물로부터 생산되는 2세대 바이오 연료는 식품 생산과의 경쟁을 줄이지만, 보존 지역과의 상충 및 지역 대기 오염을 포함한 다른 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.[94]비교적 지속 가능한 바이오매스의 공급원은 해조류, 폐기물, 그리고 식량 생산에 부적합한 토양에서 자란 농작물을 포함합니다.[94]

탄소 포집저장 기술은 바이오 에너지 발전소의 배출물을 포집하는 데 사용될 수 있습니다.이 과정은 BECCS(Bio Energy with Carbon Capture and Storage)로 알려져 있으며 대기 중에서 이산화탄소를 순수하게 제거할 수 있습니다.그러나, BECCS는 바이오매스 물질의 성장, 수확 및 운반 방법에 따라 순 양성 배출을 초래할 수도 있습니다.일부 기후 변화 완화 경로에 설명된 규모로 BECCS를 배치하려면 많은 양의 작물 재배지를 전환해야 합니다.[105]

해양에너지

해양 에너지는 에너지 시장에서 가장 적은 점유율을 차지하고 있습니다.성숙기에 접어든 조력과 개발 초기 단계인 파력이 포함됩니다.전 세계 생산량의 90%는 프랑스와 한국의 두 개의 조력댐 시스템입니다.단일 해양 에너지 장치가 환경에 미치는 위험은 거의 없는 반면, 대형 장치의 영향은 잘 알려져 있지 않습니다.[106]

비재생에너지원

화석 연료 전환 및 완화

석탄에서 천연가스로 전환하는 것은 지속가능성 측면에서 장점이 있습니다.생산된 에너지 단위의 경우, 천연 가스의 생애 주기 온실 가스 배출량은 풍력 또는 원자력 에너지 배출량의 약 40배이지만 석탄보다 훨씬 적습니다.천연 가스를 태우는 것은 전기를 생산하는 데 사용될 때 석탄 배출량의 약 절반을 생산하고 열을 생산하는 데 사용될 때 석탄 배출량의 약 3분의 2를 생산합니다.[107]천연 가스 연소는 또한 석탄보다 대기 오염을 덜 발생시킵니다.[108]그러나 천연가스는 그 자체로 강력한 온실가스이며, 추출운송 누출은 석탄에서 멀어지는 장점을 부정할 수 있습니다.[109]메탄 누출을 억제하는 기술은 널리 사용되고 있지만 항상 사용되는 것은 아닙니다.[109]

석탄에서 천연 가스로 전환하면 단기적으로 배출량이 감소하므로 기후 변화 완화에 기여합니다.그러나 장기적으로는 순제로 배출로 가는 길을 제공하지 못합니다.천연 가스 인프라를 개발하는 것은 탄소 고정좌초된 자산을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 새로운 화석 인프라는 수십 년간 탄소 배출을 약속하거나 수익을 내기 전에 폐기해야 합니다.[110][111]

탄소 포집 및 저장(CCS)을 통해 화석연료 및 바이오매스 발전소의 온실가스 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.대부분의 연구에서는 CCS가 발전소에서 배출되는 이산화탄소(CO2)의 85-90%를 포집할 수 있다는 작업 가정을 사용합니다.[112][113]배출된 CO의2 90%가 석탄 화력 발전소에서 포집된다 하더라도, 포집되지 않은 CO의 배출량은 여전히 생산되는 전기 단위당 원자력, 태양열 또는 풍력 에너지 배출량의 몇 배에 이를 것입니다.[114][115]CCS를 사용하는 석탄 발전소는 효율성이 떨어지기 때문에 더 많은 석탄을 필요로 하기 때문에 석탄을 채굴하고 운반하는 것과 관련된 오염을 증가시킬 것입니다.[116]CCS 공정은 비용이 많이 들고 이산화탄소 저장에 적합한 지질과 장소의 근접성에 따라 비용이 많이 듭니다.[117][118]2020년 현재 전 세계적으로 가동 중인 대규모 CCS 공장은 21개에 불과할 정도로 이 기술의 배치는 여전히 매우 제한적입니다.[119]

원자력

Chart showing the proportion of electricity produced by fossil fuels, nuclear, and renewables from 1985 to 2020
1985년 이후 저탄소원에서 생산되는 전력의 비중은 소폭 증가하는 데 그쳤습니다.재생 에너지 배치의 진보는 원자력 발전의 비중 감소로 대부분 상쇄되었습니다.[120]

원자력은 1950년대부터 기저부하 전력의 저탄소 공급원으로 사용되어 왔습니다.[121]30여 개국의 원자력 발전소는 전 세계 전력의 약 10%를 생산합니다.[122]2019년 기준으로 원자력은 저탄소 에너지의 4분의 1 이상을 생산하여 수력 다음으로 큰 발전원이 되었습니다.[88]

우라늄의 채굴과 처리를 포함한 원자력 발전소의 수명주기 온실가스 배출량은 재생에너지원의 배출량과 유사합니다.[83]원자력 발전은 주요 재생 에너지에 비해 생산된 에너지 단위당 토지를 거의 사용하지 않습니다.2023년 5월, Reason 잡지는 "바이오매스, 풍력, 태양열이 2050년까지 유럽 연합의 크기와 맞먹는 면적을 차지할 것"이라고 보도했습니다.[123]게다가 원자력은 지역 대기오염을 일으키지 않습니다.[124][125]비록 핵분열 발전소에 연료를 공급하기 위해 사용되는 우라늄 광석은 재생 불가능한 자원이지만, 수백 년에서 수천 년 동안 공급을 제공하기에 충분한 양이 존재합니다.[126][127]그러나, 현재 상태에서 경제적으로 실현 가능한 방식으로 접근할 수 있는 우라늄 자원은 제한적이며, 팽창 단계에서 우라늄 생산은 거의 따라가지 못합니다.[128]야심찬 목표와 일치하는 기후 변화 완화 경로는 일반적으로 원자력으로 인한 전력 공급의 증가를 목격합니다.[129]

핵폐기물, 핵무기 확산, 사고 등에 대한 우려 때문에 원자력 발전이 지속 가능한지에 대한 논란이 있습니다.[130]방사성 핵폐기물은 수천 년 동안[130] 관리되어야 하며, 원자력 발전소는 무기로 사용될 수 있는 핵분열성 물질을 생산합니다.[130]원자력 에너지는 생산된 에너지 단위별로 화석연료에 비해 사고 및 오염과 관련된 사망률이 훨씬 적으며, 원자력의 역사적 치명률은 재생 가능한 원자력원과 유사합니다.[114]원자력 에너지에 대한 대중의 반대는 종종 원자력 발전소를 정치적으로 실행하기 어렵게 만듭니다.[130]

새로운 원자력 발전소를 건설하는 데 드는 시간과 비용을 줄이는 것은 수십 년 동안의 목표였지만, 비용은 여전히 높고 시간은 오래 걸립니다.[131]기존 발전소의 단점을 해결하기 위해 다양한 새로운 형태의 원자력 에너지가 개발되고 있습니다.고속 증식로는 핵 폐기물을 재활용할 수 있으므로 지질학적 처리가 필요하지만 아직 대규모 상업적 기반으로 배치되지 않은 폐기물의 양을 상당히 줄일 수 있습니다.[132](우라늄보다는) 토륨을 기반으로 한 원자력 발전은 우라늄 공급이 많지 않은 국가들에게 더 높은 에너지 안보를 제공할 수 있을 것입니다.[133]소형 모듈형 원자로는 현재의 대형 원자로에 비해 몇 가지 장점을 가질 수 있습니다.이를 보다 빠르게 구축할 수 있어야 하며 모듈화를 통해 학습별로 비용을 절감할 수 있어야 합니다.[134]

몇몇 국가들은 소량의 폐기물을 발생시키고 폭발의 위험이 없는 핵융합로를 개발하려고 시도하고 있습니다.[135]융합 전력이 연구소에서 한 단계 발전했음에도 불구하고, 수십 년에 걸친 시간적 규모는 이를 상용화한 다음 규모를 확장하는 데 필요했으며, 이는 기후 변화 완화를 위한 2050년 순 제로 목표에 기여하지 못할 것임을 의미합니다.[136]

에너지 시스템 전환

블룸버그 NEF는 2022년 글로벌 에너지 전환 투자가 처음으로 화석연료 투자와 맞먹는다고 보도했습니다.[137]

지구 온난화를 2°C 이하로 유지하기 위해 필요한 배출 감소는 에너지의 생산, 분배, 저장 및 소비 방식을 시스템 전반에 걸쳐 전환해야 합니다.[11]한 사회가 한 형태의 에너지를 다른 형태의 에너지로 대체하려면 에너지 시스템의 여러 기술과 행동이 바뀌어야 합니다.예를 들어, 자동차의 에너지원으로서 석유에서 태양광으로 전환하기 위해서는 태양광 발전, 태양광 패널 출력의 변동을 수용하기 위한 전력망의 수정 또는 가변 배터리 충전기의 도입과 전체적인 수요 증가, 전기 자동차의 도입,전기 자동차 충전 시설과 수리점의 네트워크.[138]

많은 기후 변화 완화 경로는 저탄소 에너지 시스템의 세 가지 주요 측면을 구상합니다.

  • 전기 생산을 위한 저배출 에너지원의 사용
  • 전기화 – 화석 연료를 직접 연소하는 대신 전기 사용을 늘리는 것입니다.
  • 에너지 효율화 조치의[139] 신속한 채택

항공, 해운, 제철 등 일부 에너지 집약적 기술과 공정은 전기화하기 어렵습니다.이러한 부문의 배출을 줄이기 위한 몇 가지 옵션이 있습니다. 바이오 연료 및 합성 탄소 중립 연료는 화석 연료를 연소하도록 설계된 많은 차량에 동력을 공급할 수 있지만 바이오 연료는 필요한 양만큼 지속적으로 생산될 수 없으며 현재 합성 연료는 매우 비쌉니다.[140]일부 응용 분야의 경우 전기화에 대한 가장 중요한 대안은 지속 가능하게 생산되는 수소 연료를 기반으로 하는 시스템을 개발하는 것입니다.[141]

글로벌 에너지 시스템의 완전한 탈탄소화는 수십 년이 걸릴 것으로 예상되며 대부분 기존 기술로 달성할 수 있습니다.[142]IEA는 2050년까지 순배출량 제로에 도달하기 위해서는 배터리 기술 및 탄소 중립 연료와 같은 에너지 부문에서 추가적인 혁신이 필요하다고 말합니다.[143]새로운 기술을 개발하려면 연구 개발, 시연, 배치를 통한 비용 절감이 필요합니다.[143]탄소 제로 에너지 시스템으로의 전환은 인간의 건강에 강력한 공동 이익을 가져다 줄 것입니다.세계보건기구는 지구 온난화를 1.5°C로 제한하려는 노력이 대기 오염만으로도 매년 수백만 명의 생명을 구할 수 있다고 추정합니다.[144][145]좋은 계획과 관리로 2030년까지 기후 목표에 부합하는 방식으로 전기깨끗한 요리대한 보편적인 접근을 제공하는 경로가 존재합니다.[146][147]역사적으로, 몇몇 국가들은 석탄 사용을 통해 급속한 경제적 이익을 얻었습니다.[146]그러나, 충분한 국제 투자와 지식 이전이 주어지면, 많은 가난한 국가와 지역들이 재생 에너지를 기반으로 한 에너지 시스템을 개발함으로써 화석 연료 의존도를 "도약"할 수 있는 기회의 창이 남아 있습니다.[146]

가변에너지원 통합

Short terraces of houses, with their entire sloping roofs covered with solar panels
독일 슐라이어베르크의 태양열 정착촌에 있는 건물들은 소비하는 것보다 더 많은 에너지를 생산합니다.그들은 옥상 태양 전지판을 포함하고 있으며 최대의 에너지 효율을 위해 만들어졌습니다.[148]

풍력과 태양열과 같은 다양한 재생 에너지원으로부터 신뢰할 수 있는 전기를 공급하기 위해, 전기 전력 시스템은 유연성을 필요로 합니다.[149]대부분의 전기 그리드는 석탄 화력 발전소와 같은 비간헐적 에너지원을 위해 구축되었습니다.[150]더 많은 양의 태양 에너지와 풍력 에너지가 그리드에 통합됨에 따라, 전력 공급이 수요에 맞게 이루어지도록 에너지 시스템에 변화가 가해져야 합니다.[151]2019년에 이러한 발전원은 전 세계 전력의 8.5%를 생산했으며, 이 비중은 빠르게 증가했습니다.[60]

전기 시스템을 더 유연하게 만드는 다양한 방법들이 있습니다.많은 곳에서, 풍력과 태양 발전은 매일 그리고 계절적인 규모로 상호보완적입니다: 태양 에너지 생산이 적은 밤과 겨울에 더 많은 바람이 있습니다.[151]장거리 전송선로를 통해 서로 다른 지리적 지역을 연결하면 변동성을 더욱 상쇄할 수 있습니다.[152]에너지 수요관리스마트그리드 활용을 통해 에너지 수요를 제때 전환할 수 있어 가변적인 에너지 생산량이 가장 많은 시기에 맞춰 대응할 수 있습니다.그리드 에너지 저장을 사용하면 필요할 때 과도하게 생산된 에너지를 방출할 수 있습니다.[151]전력 대 열 시스템 및 전기 자동차를 통해 전기 부문을 열 및 이동성 부문에 결합하는 섹터 커플링에서 추가적인 유연성을 제공할 수 있습니다.[153]

풍력과 태양열 발전을 위한 과잉 용량을 구축하는 것은 좋지 않은 날씨에도 충분한 전기를 생산하도록 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.최적의 날씨에서 과도한 전기를 사용하거나 저장할 수 없을 경우 에너지 생성을 줄여야 할 수도 있습니다.최종 수요-공급 불일치는 수력, 바이오 에너지 또는 천연 가스와 같은 파견 가능한 에너지원을 사용하여 해결할 수 있습니다.[154]

에너지저장장치

Photo with a set of white containers
축전지저장설비

에너지 저장은 간헐적 재생 에너지에 대한 장벽을 극복하는 데 도움이 되며 지속 가능한 에너지 시스템의 중요한 측면입니다.[155]가장 일반적으로 사용되고 사용 가능한 저장 방법은 양수 저장 수력 전기로, 높이와 물에 대한 접근성에 큰 차이가 있는 위치가 필요합니다.[155]배터리, 특히 리튬 이온 배터리는 또한 광범위하게 배치됩니다.[156]배터리는 일반적으로 짧은 기간 동안 전기를 저장합니다. 계절을 통해 지속할 수 있는 충분한 용량을 가진 기술에 대한 연구가 진행 중입니다.[157]미국의 유틸리티 규모 배터리 비용은 2015년 이후 약 70% 감소했지만, 배터리의 비용과 낮은 에너지 밀도로 인해 계절 간 에너지 생산 편차의 균형을 맞추기 위해 필요한 매우 큰 에너지 스토리지에는 사용할 수 없습니다.[158]일부 지역에서는 수개월 사용을 위한 용량을 갖춘 양수 저장 및 전력-가스(전기를 가스와 가스로 변환)가 구현되었습니다.[159][160]

전기화

Photograph two fans, the outdoor section of a heat pump
히트 펌프의 실외 부분.기름이나 가스보일러와 달리 전기를 사용하고 효율도 높습니다.이와 같이 난방의 전기화는 배출량을 크게 줄일 수 있습니다.[161]

다른 에너지 시스템과 비교했을 때, 전기 부문에서 훨씬 더 빨리 배출을 줄일 수 있습니다.[139]2019년 현재 전 세계 전력의 37%가 저탄소원(재생에너지, 원자력)에서 생산되고 있습니다.화석 연료, 주로 석탄은 나머지 전기 공급을 생산합니다.[162]온실가스 배출을 줄이는 가장 쉽고 빠른 방법 중 하나는 석탄 화력 발전소를 단계적으로 폐지하고 재생 가능한 전력 생산을 늘리는 것입니다.[139]

기후 변화 완화 경로는 광범위한 전기화를 계획하고 있는데, 이는 건물 난방과 운송을 위해 화석 연료를 직접 연소하는 대체물로 전기를 사용하는 것입니다.[139]야심 찬 기후 정책은 2050년까지 전력으로 소비되는 에너지 점유율을 2020년의 20%에서 두 배로 늘릴 것입니다.[163]

전원에 대한 보편적인 접근을 제공하는 데 있어 어려움 중 하나는 전원 지역에 전력을 분배하는 것입니다.마을에 필요한 충분한 전기를 생산하고 저장하는 소규모 태양광 발전 설비와 같이 재생 가능한 에너지를 기반으로 하는 오프 그리드 및 미니 그리드 시스템이 중요한 해결책입니다.[164]신뢰할 수 있는 전기에 대한 접근이 확대되면 현재 개발도상국에서 일반적으로 사용되는 등유 조명 및 디젤 발전기의 사용이 줄어들 것입니다.[165]

재생 가능한 전기를 생산하고 저장하기 위한 인프라는 배터리용 코발트리튬, 태양 전지판용 구리와 같은 광물과 금속을 필요로 합니다.[166]제품 수명 주기가 잘 설계되어 있다면 재활용은 이러한 수요의 일부를 충족시킬 수 있지만, 순 배출 제로를 달성하려면 여전히 17종의 금속 및 광물에 대한 채굴이 크게 증가해야 합니다.[166]소규모 그룹의 국가나 기업들이 이러한 상품의 시장을 장악하여 지정학적 우려를 불러일으키기도 합니다.[167]예를 들어, 세계 코발트의 대부분은 정치적으로 불안정한 지역인 콩고 민주 공화국에서 채굴되는데, 이 지역에서는 채굴이 종종 인권 위험과 연관되어 있습니다.[166]보다 다양한 지리적 소싱을 통해 보다 유연하고 덜 부서지기 쉬운 공급망을 확보할 수 있습니다.[168]

수소

수소 가스는 온실 가스 배출을 줄일 수 있는 잠재력을 가진 에너지 운반체로서 에너지의 맥락에서 널리 논의되고 있습니다.[169][170]이를 위해서는 수소를 깨끗하고 대량으로 생산하여 값싸고 에너지 효율적인 완화 대안이 제한된 부문과 응용 분야에서 공급해야 합니다.이러한 응용 분야에는 중공업과 장거리 운송이 포함됩니다.[169]

수소는 연료 전지에 에너지원으로 사용되어 전기를 생산하거나 연소를 통해 열을 생산할 수 있습니다.[171]연료 전지에서 수소를 소비하는 경우 사용 시점에서 배출되는 것은 수증기뿐입니다.[171]수소의 연소는 유해한 질소 산화물의 열 형성을 초래할 수 있습니다.[171]수소의 전체적인 수명주기 배출량은 수소가 생산되는 방식에 따라 달라집니다.현재 세계 수소 공급의 거의 대부분은 화석 연료로 만들어집니다.[172][173]주요 방법은 수증기와 천연가스의 주성분인 메탄의 화학반응으로 수소가 생성되는 수증기 메탄 개질법입니다.이 과정을 통해 1톤의 수소를 생산하면 6.6~9.3톤의 이산화탄소가 배출됩니다.[174]탄소 포집저장(CCS)을 통해 이러한 배출량의 상당 부분을 제거할 수 있지만, 천연 가스에서 나오는 수소의 전체 탄소 발자국은 2021년 현재 평가하기가 어렵습니다. 이는 부분적으로 천연 가스 자체의 생산에서 생성되는 배출량(배출도망 메탄 포함) 때문입니다.[175]

전기가 지속 가능하게 생산된다면 전기는 물 분자를 쪼개 지속 가능한 수소를 생산하는 데 사용될 수 있습니다.그러나, 이 전기 분해 공정은 현재 CCS 없이 메탄으로부터 수소를 생성하는 것보다 재정적으로 더 비싸고 에너지 변환의 효율성은 본질적으로 낮습니다.[141]수소는 가변적인 재생 가능 전기가 남았을 때 생산할 수 있고, 저장하여 열을 발생시키거나 전기를 재생하는 데 사용할 수 있습니다.[176]그것은 녹색 암모니아녹색 메탄올과 같은 액체 연료로 더 변형될 수 있습니다.[177]수소 전해질의 혁신은 전기로부터 수소를 대규모로 생산하는 것을 더 비용 경쟁력 있게 만들 수 있습니다.[178]

수소 연료는 철강, 시멘트, 유리 및 화학 물질의 산업 생산에 필요한 강력한 열을 생성하여 철강 제조를 위한 전기 아크로와 같은 다른 기술과 함께 산업의 탈탄소화에 기여할 수 있습니다.[179]제강에 있어서, 수소는 청정 에너지 운반체로서 그리고 동시에 석탄 유래 코크스를 대체하는 저탄소 촉매로서 기능할 수 있습니다.[180]운송 수단을 탈탄소화하는 데 사용되는 수소는 운송, 항공 및 더 적은 양의 중량물 차량에서 가장 큰 응용 분야를 찾을 가능성이 높습니다.[169]승용차를 포함한 경차의 경우, 특히 배터리 전기차의 채택률에 비해 수소가 다른 대체 연료차에 비해 크게 뒤떨어져 있고, 미래에도 큰 역할을 하지 못할 수 있습니다.[181]

수소가 에너지 운반체로서 갖는 단점은 수소의 폭발성으로 인한 높은 저장 및 유통 비용, 다른 연료에 비해 큰 부피, 파이프를 취약하게 만드는 경향을 포함합니다.[175]

에너지 사용 기술

운송

Group of cyclists using a bike lane in Vancouver, Canada
벤쿠버자전거 전용 도로와 같은 유틸리티 사이클링 인프라는 지속 가능한 운송 수단을 장려합니다.[182]

수송은 전 세계 온실가스 배출량의 14%를 차지하지만,[183] 수송을 지속 가능하게 하는 데는 여러 가지 방법이 있습니다.기차와 버스가 동시에 더 많은 승객을 수송할 수 있기 때문에 대중교통은 일반적으로 개인 차량보다 승객 1인당 온실가스를 적게 배출합니다.[184][185]단거리 비행은 고속철도로 대체할 수 있는데, 특히 전기화될 때 더 효율적입니다.[186][187]특히 도시에서 걷기와 자전거 타기와 같은 무동력 교통수단을 장려하는 것은 교통수단을 더 깨끗하고 건강하게 만들 수 있습니다.[188][189]

시간이 지남에 따라 자동차의 에너지 효율은 증가해 왔지만,[190] 전기 자동차로 전환하는 것은 운송 수단을 탈탄소화하고 대기 오염을 줄이기 위한 중요한 추가 단계입니다.[191]교통과 관련된 대기 오염의 대부분은 도로 먼지와 타이어 및 브레이크 패드의 마모로 인한 입자성 물질로 구성됩니다.[192]전기화를 통해 이러한 비-테일파이프 소스에서 발생하는 오염을 크게 줄이는 것은 달성할 수 없습니다. 차량을 경량화하고 차량을 덜 주행하는 것과 같은 조치가 필요합니다.[193]특히 경차는 배터리 기술을 이용한 탈탄소화가 유력한 후보입니다.전 세계 이산화탄소2 배출량의 25%는 여전히 운송 부문에서 발생합니다.[194]

장거리 화물 운송 및 항공 분야는 현재의 기술로는 전기화하기 어려운 분야인데, 주로 장거리 이동에 필요한 배터리의 무게, 배터리 충전 시간 및 제한된 배터리 수명 때문입니다.[195][158]이용 가능한 경우, 선박과 철도를 통한 화물 운송은 일반적으로 항공 및 도로를 통한 운송보다 지속 가능합니다.[196]트럭과 같은 대형 차량의 경우 수소 차량을 선택할 수 있습니다.[197]해운과 항공에서 배출되는 배출물을 줄이기 위해 필요한 많은 기술들은 아직 개발 초기 단계에 있으며, 암모니아(수소로부터 생성된)는 해운 연료의 유망한 후보입니다.[198]항공 바이오 연료는 연료를 제조하는 동안 배출 물질이 포착되어 저장되는 경우 바이오 에너지의 더 나은 사용 방법 중 하나가 될 수 있습니다.[199]

건물과 요리

Building with windcatcher towers
이란의 이러한 윈드캐쳐 타워와 같은 패시브 냉방 기능은 에너지를 전혀 사용하지 않고 시원한 공기를 건물 안으로 끌어들입니다.[200]
Electric induction oven
요리를 할 때 전기 유도 난로는 가장 에너지 효율적이고 안전한 옵션 중 하나입니다.[201][202]

에너지 사용량의 1/3 이상이 건물과 건물의 건설에 사용됩니다.[203]건물을 난방하기 위해, 화석 연료와 바이오매스를 태우는 것에 대한 대안은 히트 펌프 또는 전기 히터를 통한 전기화, 지열 에너지, 중앙 태양열 난방, 폐열 재사용 및 계절적에너지 저장을 포함합니다.[204][205][206]히트 펌프는 하나의 기기를 통해 열과 공기 조절을 모두 제공합니다.[207]IEA는 히트 펌프가 전 세계적으로 90% 이상의 공간 및 난방 요구량을 제공할 수 있을 것으로 추정하고 있습니다.[208]

건물을 난방하는 매우 효율적인 방법은 지역 난방을 통해 열을 중앙 집중식 위치에서 발생시킨 다음 단열 파이프를 통해 여러 건물로 분배하는 것입니다.전통적으로 대부분의 지역 난방 시스템은 화석 연료를 사용해 왔지만, 현대냉간 지역 난방 시스템은 높은 비율의 재생 에너지를 사용하도록 설계되었습니다.[209][210]

건물의 냉각은 패시브 건물 설계, 도시 열섬 효과를 최소화하는 계획, 배관 냉수로 여러 건물을 냉각하는 지역 냉각 시스템을 통해 보다 효율적으로 이루어질 수 있습니다.[211][212]에어컨은 많은 양의 전기를 필요로 하며 가난한 가정에 항상 가격이 알맞은 것은 아닙니다.[212]일부 국가들이 기후 친화적인 냉매만을 사용하도록 키갈리 수정안을 비준하지 않았기 때문에, 일부 에어컨 장치는 여전히 온실 가스인 냉매를 사용합니다.[213]

인구가 에너지 빈곤으로 고통 받는 개발도상국에서, 나무나 동물의 배설물과 같은 오염을 일으키는 연료는 종종 요리에 사용됩니다.이러한 연료를 사용하여 요리하는 것은 일반적으로 지속 불가능합니다. 왜냐하면 해로운 연기를 방출하고 나무를 수확하는 것은 숲의 황폐화를 초래할 수 있기 때문입니다.[214]이미 부유한 나라에 널리 퍼져있는 청정 조리 시설을 보편적으로 채택하면 건강이 획기적으로 개선되고 기후에 미치는 부정적인 영향은 최소화될 것입니다.[201][215][216]청정 조리 시설, 예를 들어 실내 그을음을 적게 생성하는 조리 시설은 일반적으로 천연 가스, 액화 석유 가스(산소를 소비하고 이산화탄소를 생성하는 둘 다) 또는 전기를 에너지원으로 사용합니다. 일부 환경에서 바이오 가스 시스템은 유망한 대안입니다.[201]기존의 스토브보다 바이오매스를 더 효율적으로 연소하는 개선된 조리용 스토브는 청정 조리 시스템으로의 전환이 어려운 중간적인 해결책입니다.[217]

산업

에너지 사용량의 1/3 이상이 산업별로 발생합니다.이러한 에너지의 대부분은 열 발생, 건조 및 냉동과 같은 열 공정에 배치됩니다.재생에너지가 산업에서 차지하는 비중은 2017년 14.5%로 대부분 바이오에너지와 전기로 공급되는 저온열이었습니다.업계에서 가장 에너지 집약적인 활동은 200°C(390°F)가 넘는 온도에서 열을 발생시키는 데 한계가 있기 때문에 재생 에너지 비중이 가장 낮습니다.[218]

일부 산업 공정의 경우, 온실가스 배출을 제거하기 위해 아직 본격적으로 구축되거나 운영되지 않은 기술의 상용화가 필요할 것입니다.[219]예를 들어, 제강은 종래 석탄을 원료로 하는 코크스를 사용하여 매우 고온의 열을 발생시키는 동시에 강재 자체의 재료로 사용하기 때문에 전기화가 용이하지 않습니다.[220]플라스틱, 시멘트 및 비료의 생산 또한 상당한 양의 에너지를 필요로 하며, 탈탄소화 가능성은 제한적입니다.[221]순환 경제로의 전환은 새로운 원료를 채굴하고 정제하는 데 에너지를 투자하는 것에 비해 더 많은 재활용과 그에 따른 에너지 사용을 수반하기 때문에 산업을 더욱 지속 가능하게 만들 것입니다.[222]

정부정책

"새로운 에너지 기술을 시장에 내놓는 데는 종종 수십 년이 걸릴 수 있지만 2050년까지 전 세계적으로 순 ‐ 배출량 제로에 도달해야 한다는 것은 진보가 훨씬 더 빨라져야 한다는 것을 의미합니다.경험에 따르면 새로운 기술을 시장에 출시하고 이를 널리 확산하는 데 필요한 시간을 단축하는 데 정부의 역할이 매우 중요합니다."

International Energy Agency (2021)[223]

Photograph of a row of cars plugged into squat metal boxes under a roof
몇몇 국가들과 유럽연합은 모든 신차가 배출가스 제로 차량이 될 것을 약속했습니다.[224]

에너지 시스템 전환을 촉진하는 잘 설계된 정부 정책은 온실가스 배출을 줄이고 대기질을 동시에 개선할 수 있으며, 많은 경우 에너지 안보를 높이고 에너지 사용에 따른 재정적 부담을 줄일 수 있습니다.[225]

환경 규제는 1970년대부터 에너지의 지속 가능한 사용을 촉진하기 위해 사용되어 왔습니다.[226]일부 정부는 석탄 화력 발전소를 단계적으로 폐지하고 새로운 화석 연료 탐사를 중단하기로 약속했습니다.정부는 새 차가 배기가스를 전혀 배출하지 않도록 요구하거나 새 건물이 가스 대신 전기로 난방되도록 요구할 수 있습니다.[224]여러 국가의 재생 가능한 포트폴리오 표준은 전력 공급자가 재생 가능한 공급원에서 생산하는 전력의 비율을 높일 것을 요구합니다.[227][228]

정부는 장거리 송전선로, 스마트그리드, 수소 파이프라인 등 인프라 개발을 주도함으로써 에너지 시스템 전환을 가속화할 수 있습니다.[229]운송에 있어 적절한 인프라와 인센티브는 여행을 더 효율적으로 하고 자동차에 덜 의존하게 만들 수 있습니다.[225]무질서한 확산을 방지하는 도시 계획은 지역 교통과 건물의 에너지 사용을 줄이는 동시에 삶의 질을 높일 수 있습니다.[225]태양광, 리튬전지와 같은 청정에너지 기술의 개발과 성숙을 위해 정부의 연구, 조달, 인센티브 정책이 역사적으로 중요한 역할을 해왔습니다.[230]2050년까지 순 배출 제로 에너지 시스템에 대한 IEA의 시나리오에서, 다양한 새로운 기술을 시연 단계에 도입하고 배치를 장려하기 위해 공공 자금이 빠르게 동원됩니다.[231]

탄소 가격(CO2 배출량에 대한 세금 등)은 산업체와 소비자가 배출량을 줄이는 동시에 방법을 선택할 수 있도록 인센티브를 제공합니다.예를 들어, 저배출 에너지원으로 전환하거나, 에너지 효율을 개선하거나, 에너지 집약적인 제품 및 서비스의 사용을 줄일 수 있습니다.[232]탄소 가격은 일부 지역에서 강력한 정치적 반발에 직면한 반면, 에너지 관련 정책은 정치적으로 더 안전한 경향이 있습니다.[233][234]대부분의 연구는 지구 온난화를 1.5°C로 제한하기 위해서는 탄소 가격이 엄격한 에너지 관련 정책으로 보완되어야 한다고 지적합니다.[235]2019년 현재 대부분 지역의 탄소 가격은 파리협정의 목표를 달성하기에는 너무 낮은 수준입니다.[236]탄소세는 다른 세금을[237] 낮추거나 저소득 가구가 더 높은 에너지 비용을 감당하는 데 사용할 수 있는 수입원을 제공합니다.[238]EU와 영국과 같은 일부 정부는 탄소 국경 조정의 사용을 검토하고 있습니다.[239]이러한 조치는 기후 정책이 덜 엄격한 국가의 수입품에 관세를 부과하여 내부 탄소 가격의 적용을 받는 산업이 경쟁력을 유지하도록 보장합니다.[240][241]

2020년 현재 시작된 정책 개혁의 규모와 속도는 파리 협정의 기후 목표를 달성하기 위해 필요한 수준에 훨씬 못 미치고 있습니다.[242][243]국내 정책과 더불어, 혁신을 가속화하고 빈곤 국가들이 완전한 에너지 접근을 위한 지속 가능한 경로를 구축할 수 있도록 지원하기 위해 더 큰 국제 협력이 필요할 것입니다.[244]

국가들은 일자리 창출을 위해 재생 에너지를 지원할지도 모릅니다.[245]국제 노동 기구는 지구 온난화를 2°C로 제한하는 노력이 경제의 대부분 부문에서 순 일자리 창출을 가져올 것이라고 추정합니다.[246]재생전력 발전, 건물 에너지 효율 향상, 전기차 전환 등 분야에서 2030년까지 2400만 개의 일자리가 새로 생길 것으로 전망했습니다.광업과 화석 연료와 같은 분야에서 6백만 개의 일자리가 사라질 것입니다.[246]정부는 화석 연료 산업에 의존하는 노동자와 지역에 대한 정당한 전환을 보장하여 대체 경제 기회를 확보함으로써 지속 가능한 에너지로의 전환을 보다 정치적, 사회적으로 실현 가능하게 할 수 있습니다.[146]

자금

Graph of global investment for renewable energy, electrified heat and transport, and other non-fossil-fuel energy sources
전기화된 운송과 재생 에너지는 재생 에너지 전환을 위한 핵심 투자 분야입니다.[247]

혁신과 투자를 위해 충분한 자금을 모으는 것이 에너지 전환의 필수 조건입니다.[248]IPCC는 지구 온난화를 1.5°C로 제한하려면 2016년에서 2035년 사이에 매년 2.4조 달러가 에너지 시스템에 투자되어야 할 것으로 추정하고 있습니다.대부분의 연구는 세계 GDP의 2.5%에 해당하는 이러한 비용이 경제적 및 건강상의 이익에 비해 적을 것으로 예상하고 있습니다.[249]2050년까지 저탄소 에너지 기술과 에너지 효율에 대한 연평균 투자는 2015년에 비해 6배 이상 증가해야 합니다.[250]민간 부문에 매력적이지 않은 최빈개도국에서 자금 부족은 특히 심각합니다.[251]

유엔 기후변화협약에 따르면 2016년 기후금융은 총 6,810억 달러에 이를 것으로 추산됩니다.[252]이 중 대부분은 재생 에너지 배치에 대한 민간 부문 투자, 지속 가능한 운송에 대한 공공 부문 투자, 에너지 효율성에 대한 민간 부문 투자입니다.[253]파리 협정에는 선진국에서 가난한 나라로 매년 1,000억 달러씩 기후변화 완화와 적응을 약속하는 내용이 포함되어 있습니다.그러나 이 목표는 달성되지 못했고 불분명한 회계 규칙으로 인해 진척도 측정에 어려움을 겪고 있습니다.[254][255]화학, 비료, 세라믹, 철강, 비철금속 등 에너지 다소비 기업들이 연구개발에 많은 투자를 할 경우 산업 내 사용량은 전체 에너지의 5~20%에 이를 수 있습니다.[256][257]

화석 연료 기금과 보조금은 에너지 전환에 큰 장애물입니다.[258][248]2017년 전 세계 화석연료 직접 보조금은 3190억 달러였습니다.이는 대기오염의 영향과 같이 간접비용이 책정될 경우 5조 2천억 달러로 증가합니다.[259]이를 끝내면 전 세계 탄소 배출량이 28% 감소하고 대기 오염 사망자가 46% 감소할 수 있습니다.[260]청정 에너지에 대한 자금 지원은 코로나19 팬데믹에 크게 영향을 받지 않았으며, 팬데믹 관련 경기 부양책은 녹색 회복의 가능성을 제공합니다.[261][262]

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