재생 에너지의 성장

우리 기술 문명의 거의 모든 측면에는 에너지가 필요하지만, 오랜 동안 지속되어온 화석연료 의존이 지속 불가능한 주요 이유가 두 가지 있다. 가장 명백한 이유는 독성오염 물질과 온실가스 배출이다. 또 하나는 희귀한 화석연료 자원이 고갈되어 간다는 점인데, 값싼 에너지를 원하는 수요는 점점 커지는 반면에 화석연료는 채굴비용이 점점 높아지고 있다.

다행히도 필요한 물질과 매커니즘의 설계에 점점 더 정교한 기술을 적용하면서 친환경 재생 에너지 비용은 기하급수적으로 감소해왔다. 예를 들면, 지난 10년 동안 우리는 수퍼 컴퓨터의 능력을 사용해 광전지와 에너지 저장 장치를 위한 신물질을 발견했고, 최근에는 이를 위해 심층 신경망도 이용하고 있다.

이러한 지속적인 비용감소 결과로 재생 에너지원 - 태양 에너지, 풍력, 지열, 조력, 바이오 연료 - 에서 얻는 총 에너지의 양 역시 기하급수적으로 증가하고 있다. 2021년에 태양 에너지 발전량은 전체 전기 생산량 중 약 3.6%를 차지했고, 이 비율을 1983년 이래 약 28개월마다 두 배씩 증가해왔다.

2020년대의 기하급수적 발전에서 나타나는 가장 중요한 전환 중 하나는 에너지 부문의 변화인데, 에너지야말로 나머지 모든 것을 견인하기 때문이다. 많은 곳에서 태양광 발전은 이미 화석연료보다 비용이 적게 들며, 그 비용은 갈수록 빠르게 감소하고 있다. 하지만 비용 효율성을 추가로 높이려면 재료과학 분야의 진전이 필요하다. AI의 도움으로 일어날 나노기술 분야의 돌파구는 광전지가 더 넓은 전자기 스펙트럼에서 에너지를 추출하게 함으로써 광전지의 효율성을 크게 높일 것이다.

이런 기술들은 미래의 광전지를 더 얇고 가볍게 함으로써 더 많은 표면에 설치할 수 있게 할 것이다. 예를 덜면, 솔라윈도 테크놀로지 같은 회사는 얇은 태양광 필름을 유리창에 코팅하여 시야를 가리지 않으면서 전기를 생산하는 기술을 선도했다. 앞으로 몇 년 안에 나노기술은 광전지의 3D 프린팅 제조를 촉진함으로써 생산 단가를 낮출 것이고, 그러면 탈중앙화 전기 생산이 가능해 필요한 시간에 필요한 장소에서 태양광 발전을 할 수 있을 것이다.

현재 사용되는 거대하고 거추장스럽고 유연하지 않은 태양 전지판과 달리 나노 기술로 만든 광전지는 롤과 필름, 코팅 등 여러가지 편리한 형태로 만들 수 있다. 그러면 설치 비용이 낮아져서 전 세계 각지의 더 많은 지역 사회에 태양광 발전 전기를 값싸고 풍부하게 공급할 수 있다. 2000년에 재생 에너지(여기에는 태양 에너지, 풍력, 지열, 조력, 바이오매스는 포함되지만 수력은 제외된다)는 전 세계 전력 생산량 중 약 1.4%를 차지했다.

2021년이 되자 그 비율은 12.85%로 증가했는데, 그 기간에 평균적으로 약 6.5년마다 두 배씩 증가했다. 절대적인 생산량은 이보다 더 빠르게 증가했는데, 전체 전력 생산량 자체가 증가하고 있기 때문이다. 전체 전력 생산량은 2000년의 218테라와트시에서 2021년에는 3657테라와트시로 증가해 약 5.2년마다 두 배씩 늘어났다. 소재 발견과 장비 설계에  AI가 활용되면 추가로 원가 절감이 일어나 이러한 진전은 기하급수적으로 계속 이어질 것이다. 

이러한 속도라면 이론적으로는 2041년 무렵에 재생 에너지가 전 세계의 전력 수요를 완전히 충당할 것이다. 하지만 미래를 전망할 때 재생 에너지를 모두 합쳐 생각하는 것은 그다지 유용하지 않은데, 왜냐하면 모든 재생 에너지가 같은 비율로 생산 단가가 낮아지지는 않기 때문이다. 태양광 발전 단가는 다른 주요 재생 에너지보다 훨씬 빠르게 낮아지고 있으며, 태양 에너지는 성장할 여지가 가장 많다.

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