환경의 의의와 특성 -...
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환경의 정의와 특성
1. 환경의 정의
※ 국내 환경 기준법에 의한 분류
- 자연환경 : 지하, 지표, 해양 및 지상의 모든 생물과 이들을 둘
러 싸고 있는 비생물적인 것을 포함한 자연
- 생활환경 : 대기, 물, 폐기물, 소음.진동, 악취 등 일상생활과
관계된 환경.
※ 유엔 환경 계획 기구(UNEP)에서의 분류
- 자연 환경 : 대기, 대양, 물, 암석권, 육상생태계
- 인간 환경 : 인구, 주거, 건강, 생물체, 산업, 에너지, 운송, 관
광, 환경교육 및 홍보, 평화와 안전
※ 다른 분류
- 물리적 환경, 생물학적 환경, 문화적 환경 (물리적환경은 생물계와 문화계가 진화하는 구조와 배경을 제공)
※ 가시성에 의한 분류
- 물리적 환경(physics environment)
자연의 법칙에 의해 만들어진 환경, 인공적인 것도 포함
- 사회적 환경(social environment)
인간사회의 질서와 능률을 확보하기 위하여 인간에 의해 형성된
인공환경.
※ 자연성, 인공성에 의한 분류
- 자연환경(natural environment)
우주의 생성과정에서 자연적으로 만들어진 환경
- 인공환경(manmade environment)
인간의 편의를 위해 의지와 노력이 투입되어 이루어진 환경
2. 환경의 체계적 구성요소
인간환경
자 연 계생물체
생산자소비자분해자
비생물체고정체유동체
조 형 계고착물
지하,지상공중고착물
비고착물가동기계물비가동용구물
사 회 계
정치,행정정치체계행정체계
경제,사회경제체계사회체계
과학,기술과학기술체계문화체계
3. 환경의 특성
1) 상호관련성
환경 문제는 상호작용하는 여러변수들에 의해 발생하므로 상호간에
인과 관계가 성립되고 상호관련되어 있어 문제 해결을 더욱 어렵게
하며, 또한 문제끼리 상승 작용을 일으켜 그 심각성을 더해 감.
(예) 공업자본(생산제품) → 농업자본의 산출(농기계, 관개 용수
로, 화학 비료 등) → 공업 및 농업 활동 증가 → 오염을 유발
→ 인구의 사망률 증가
2) 광범위성
환경문제는 공간적으로 매우 광범위한 특성이 있다. 오염물질에 생태
계 노출 후 상당한 시간 격차 후 피해가 발견됨.
(예) 극지방 빙층에서 납 검출 ───→이유해양, 하천의 광범위한 오염.
북유럽의 산성비, 중국 대륙의 중금속 오염.
3) 시차성 : 환경 문제 발생과 이로 인한 영향이 현실화하는데 상당
한 시차 존재.
4) 탄력성과 비가역성
소량의 환경악화 ─────────→자정작용(탄력성) 원상태 회복 (가역)
다량의 환경악화 ─────────→자정작용 불가능 원상태 회복 불가능(비가역)
5) 엔트로피 증가 (열역학 제 2법칙)
- Available energy ──────→conversion
Unavailable energy(“환경 오염“의
미)
- 자원 감소
4. 환경과 인간의 관계
※인간이란?
○생태계 속에서 가장 강력한 작용을 하는 개체군.
○자연계의 구성성분과 조형계와 사회계라는 새로운 환경을 창출하
는 종.
→ 인간 스스로 조성해 놓은 인공환경으로부터 영향 받음.
→ 직접적 상호 작용의 관계를 갖음.
1) 서유럽의 자연관
○ 고대 그리이스 자연관
- 자연은 완벽한 질서를 갖추고 있다고 봄. 즉, 균형과 조화를 이루
고 있다고 봄.
○ 중세 유럽의 자연관
- 기독교 사상의 신의 자연창조(인간이 다스리고 이용하여 행복을
누리게 하는 목적)
→신의 형상인 인간은 자연과 공통성을 지니면서 자연보다 우월한
존재로 신으로부터 자연을 다스릴 권리를 부여받음.
○ 근세 유럽의 자연관 :
- 신대륙 발견으로 인하여 자원 공급처로서 환경을 이용하게 됨.
- 기계적 사고관으로 인하여 자연을 지배하고자 하는 인식 싹틈.
○ 최근, 자연과의 조화를 중시하는 동양사상에 관심을 갖게 됨.
2) 동양의 자연관
- 자연과 인간을 하나의 통합된 일체로 인식
근대과학과 환경문제
※ 환경문제
- 인간이 농업을 시작한 이래 존재함.
- 산업혁명이래 진행된 대규모 자연 이용으로 인해 지구의 에너지
흐름과 물질 흐름이 파괴된 결과, 지구 전체의 환경위기로 나타남.
※ 현대 환경문제의 올바른 이해를 위해 근대과학의 형성 과정 및 현
대 과학의 특성을 알아야함.
1. 근대과학의 형성과정
1543년 1687년
고대.중세과학 과학혁명기간 근대과학
코페르니쿠스의 태양
중심체계를 내세운 [천
구의 회전에 관하여]
뉴턴의 [자연철학
의 수학적 원리]
- 우주관 : 아리스토텔레스-프톨레마이오스의 지구 중심적 우주관 →
코페르니쿠스-케플러의 태양중심의 우주관
- 역 학 : 아리스토텔레스-중세 운동학자들의 역학 → 갈릴레이-뉴턴
의 역학
- 생리학 : 갈레노스 이론체계 → 하비의 혈액순환이론
- 과학연구 방법 : 아리스토텔레스의 사변적인 경험론 → 베이컨, 데
카르트의 실증적인 경험론적 방법, 갈릴레이의 실험과 관측에
대한 수리적 해석.
- 과학단체의 출현 : 영국의 왕립학회, 프랑스의 과학아카데미
⇒ 자연을 본질적으로 물질적, 기계적으로 봄으로써 자연의 착취나
이용을 당연시 하게됨.
⇒ 새로운 천문학, 역학의 성립에 따라 자연을 기계적으로 움직이는
것으로 그리고 이에 따라 물질적인 것으로 보게 되고 자연이란 얼
마든지 인간에 의해 조작 이용될 수 있는 것이라 생각.
⇒ 과학 혁명은 과학 자체의 변혁을 가져왔을 뿐만 아니라 자연이용
에 대한 새로운 관념을 만들어 냈다.
1) 근대 천문학
○ 코페르니쿠스(1472-1543)의 태양중심의 우주체계 제시.
○ 케플러(1571-1630)의 행성운동의 3가지 법칙 발견
→ 태양 중심의 우주체계 확립 : 천문학자에게만 수용
○ 갈릴레이(1564-1642)의 망원경으로 달의 관찰과 목성의 위성발견
→ 지구가 우주의 중심이 아님을 일반인도 수용
○ 뉴턴(1642-1727)의 [자연철학의 수학적 원리]에서 우주의 물
체는 서로 끌어당긴다는 만유인력 법칙을 발표.
2) 역학
○ 갈릴레이에서 시작
→ 운동의 수학적 기술(양적인 기술):근대 과학의 두드러진 특성
→ 최초의 사고실험(진공 낙체 운동 및 경사면의 공굴림 실험)
○ 데카르트의 직선운동의 관성개념 확장
○ 뉴턴의 저서 “principia”에서 만유인력의 법칙과 여러 가지 운
동 법칙 제시로 천문학과 역학의 혁명의 완성.
3) 생리학
○ 고.중세의 생리학 : 갈레노스의 인체 구조와 그 작용에 관한 이론체계
→ 동맥, 정맥이 뚜렷이 구분하고 정맥피는 간에서 생성되고 피
는 인체의 각 부분에 보내져 그곳에서 소비된다고 봄.
○ 생리학의 혁명 : 월리엄 하비(1578ー1657)의 피의 순환 이론
→ 동물 해부를 통해 피가 순환한다는 결론에 도달 : 계산과 실
험으로 증명(정량적 계산의 도입)→기계적 사고의 도입
4) 근대적 과학방법
○ 베이컨(1214ー1294)의 귀납적 방법
→ 관찰과 실험을 통해서 많은 사실을 수집하고 수집한 사실에
기초해서 보편적인 이론이나 법칙을 찾아내는 새로운 과학
연구 방법 제시
○ 데카르트(1596ー1650)의 연역적 방법
→ 확실한 학문적 기초를 위해 기존의 불확실한 모든 지식에
대해 체계적으로 의심해야하는데, 자신의 존재만은 의심할
수가 없다는 것.---->“나는 생각한다. 고로 나는 존재한다.”
→ 불완전한 존재에서 완전한 존재자의 관념이 나올 수 없다고
함 ---> 신의 존재 증명
→ 자연의 근본 법칙이 존재하고 이 법칙 위에서 자연에 관한
이론이 도출되고 자연 현상이 하나 하나 설명되어야 한다는 것.
→ 모든 자연현상을 기계적으로 설명하려고 함.
→ '물질의 고유성질'을 보는 아리스토텔레스적인 자연관에서
탈피해 물질사이의 관계에서 하나의 법칙을 찾아내려고 함.
→ 물심이원론(物心二元論)'주장 : '물체'와 '정신'을 상호 독
립적인 영역으로 구별하고 물체 사이를 관련짓는 명확한 인
식은 수학적, 물리적, 과학적 사고라고 생각
2. 자연관
17C 근대과학의 출현은 중세과학 자체를 변혁했을 뿐 아니라 일반인
의 자연관에도 근본적인 변화를 가져옴.
즉, 자연은 기계적인 것, 조작과 이용의 대상이라는 생각이 퍼짐.
1) 아리스토텔레스주의적인 자연관
→ 자연은 서로 연관된 유기체(자연과 인간이 연속적으로 연결)
적인 것, 자발적으로 운동한다고 봄.
→ 자연에 변형을 가하는 것은 자연을 기만하고 속이는 것으로 인식.
→ 자연 탐구에서 수학의 역할을 경시(정량적인 자연 기술방식은
인간 사변의 산물이므로 자연의 본질을 왜곡한다고 봄.)
2) 근대과학의 자연관
→ 자연을 기계적인 것으로 보고 지배와 이용의 대상으로 봄.
(cf. 물의 연구 : 열분해, 전기분해 →조작하는 일을 가장 기
초적인 과제로 삼음.)
→ 자연을 관찰하거나 조작함으로써 얻어지는 지식은 과학법칙에
적용하고 그로부터 얻어지는 지식을 자연을 조작하고 이용.통
제하는데 이용한다.
→ 자연을 기술하는데 수학을 사용한 정량화를 통하여 자연을 더
잘 파악할 수 있게 되었고 이에 따라 자연을 더욱 정교하게
이용할 수 있게 되었다.
3) 갈릴레이
→ 역학을 수학적인 용어로, 정량적으로 기술하려고 함.
(색, 소리, 맛은 과학에서 제외)
→ 과학적인 실험 방법의 도입. (관찰에 기구의 도입)
→ 사고실험의 도입 (진공속의 낙체 실험, 경사면에서 공을 굴리
는 실험.)
→ 물체의 가장 자연스러운 상태는 등속운동이라 함.
4) 베이컨
→ 귀납적 방법과 과학적 방법의 창시자
→ 그의 근본 관심은 전 시대의 과학연구 방법과는 근본적으로
다른 귀납적 방법에 입각한 자연탐구를 통하여 새로운 세계
를 건설할 수 있는 도구를 얻는 것.
→ 실험은 자신의 생각을 실현하기 위한 중요 도구로 생각. →
아는 것(과학)이 힘이다.
→ 과학은 자연 위에 존재하면서 그것을 다루는 자연에 대한 지
배 학문.
5) 데카르트
→ 서구 합리주의 시조
→ 정신과 물질을 구분하는 이원론의 창시자로, 생각하는 정신 이외에 모
든 것을 기계와 같은 것으로 보는 기계론적 세계관을 내놓음.
→ 인간이성의 산물인 수학에 의해 증명된 명제들을 참으로 봄
→ 우주에 대한 기술 : 수학적 도구에 의해 이루어져야 참이 되
고, 이런 이유에서 우주는 기계적인 것이 되어야 하는 것.
3. 현대과학의 특징
1) 전문화, 세분화
→ 현대과학은 매우 많은 분야로 나뉘게 되고 각 분야에 정통한
전문가들이 탄생하게 됨.
→ 과학과 사회, 과학과 자연 관계를 전체적으로 조망할 수 있는
시각을 감소시키고, 과학자, 정책입안자들이 과학이 사회와
자연에 미치는 부정적 영향을 제대로 평가 못하는 결과를 낳음.
2) 과학의 양적 팽창
→ 과학자뿐만 아니라 학회, 연구기관, 대학의 학과 등이 엄청난
증가를 보이는 과학의 양적 팽창이 이루어지고 있음.
→ 큰 과학자 집단을 유지.성장시키기 위해 집단이기주의 발생.
→ 연구 방향이 환경문제를 유발하더라도 집단 생존을 위해 방향
을 바꾸지 않음.
3) 과학과 기술의 밀접한 관계
→ 최근, 기업체에서도 과학 연구 결과들을 빠른 공업 공정에 직
접 투입하여 순발력있는 제품 생산을 하기 위해 자체 연구소
를 설립.
→ 과학과 기술의 결합의 결과는 대규모 자연파괴이다.
즉, 기술은 과학이라고 하는 자연에 대한 체계적 인식으로 무
장하고 자연을 대규모로 철저하게 수탈함.
4) 과학은 필수적인 것.
→ 개개인의 일상생활도 과학기술 없이 영위하는 것은 불가능.
→ 환경문제 해결에 있어 개인의 자각과 노력이 사회의 구조적인
벽 안에서 무력해짐.
→ 사회 전체가 환경 친화적 영향으로 나아가야 함.
5) 과학 연구의 거대화, 조직화
→ 많은 과학연구가 대규모로 조직적으로 수행되고 있고, 또한
대규모 연구가 국가단위가 아니라 다국가 차원에서 이루어지
는 것들도 등장함.
→ 거대연구는 자연에 관한 지식을 미시세계나 생명문제 까지도
예외로 두지 않고 철저히 추구하기 위해서 나온 것으로 보이
지만, 어떤 면에서는 자연을 더욱 대규모로 완벽하게 이용하
기 위한 것이라 할 수 있음.
환경문제의 역사
역사를 통하여 얻어야 할 것은 옛사람들의 국지적이기는 하지만 무절
제한 자연이용이 그들에게 가져온 결과를 탐구함으로써 현재 우리의
전지구적인 환경파괴가 어떠한 결과를 가져올 것이며 그것을 어떻게
예방할 것인가에 대한 시사점이다.
1. 산업혁명 이전의 환경문제
※ 농경생활에 의한 환경문제
○ 토양의 척박화 (관개농업을 할 경우 토양염분의 증가에 의한)
○ 숲의 파괴로 인한 에너지 자원의 고갈 (농토 확대와 농경사회
유지에 필요한 자원)
○ 토양의 황폐화 (표토의 침식)
1) 관개농업과 토양의 척박화
○ 관개농업에 의한 대규모 파탄 (예) 메소포타미아와 수메르문명
2) 고대 그리스 나무 부족과 숲의 파괴
○ 그리스의 숲은 에너지 조달, 약탈농업, 선박의 건조에 의해서
크게 파괴됨.
○ 부족한 목재를 에게해의 섬, 소아시아의 동맹 도시, 레바논
등지에서 수입 → 레바논의 산림파괴
3) 고대 로마의 환경문제
○ 그리스보다 도시화가 더 대규모로 진행되었고, 전쟁 무기와
선박의 제조가 더욱 크게 일어났기 때문에, 자연 파괴도
그리스에 비해서 더 심각함.
○ 로마의 대규모 나무 수요로 이탈리아 반도를 비롯해 시칠리아,
스페인 , 소아시아, 북아프리카, 그리스 같은 지중해
주변지역의 숲을 거의 황폐화시킴.
○ 인구의 도시 집중에 기인한 환경문제
→ 과다한 납의 사용(그릇과 수도관의 납 사용)
→ 밤낮 구분 없는 소음.
4) 중세 유럽의 숲의 파괴로 인한 생태파탄
○ 12C 인구의 급격한 증가로 인한 농지개간에 의한 숲의 파괴.
→1050년경 숲의 바다에 사람들의 거주지가 섬처럼 있는 형상.
→1300년경에는 도처에 마을이 생겨 숲은 거의 찾아 볼 수 없는
형상으로 변화.
○ 14C의 숲의 파괴로 인한 기상이변으로 유럽 전역 기근 발생
→ 페스트 엄습으로 전체 인구의 ¼이 사망.
5) 이스터 섬의 생태 파탄과 문명붕괴
○ 서기 500년경에 폴리네시아인이 이주하여 숲을 개간
→비옥한 땅으로 인구의 증가
→불어난 인구에 의해 더 넓은 숲이 개간
→1400년경 숲이 완전히 사라짐
→ 부족들은 마지막 숲을 차지하게 위해 싸움
→문명의 붕괴
6) 중국의 나무 부족과 숲의 파괴
○ 750-1100년 사이 화석연료가 대규모로 사용됨
→ 이유는 인구증가로 인한 연료소비의 증가.
→ 따라서 여러 지역의 벌채로 인한 나무 부족.
○ 숲의 파괴로 인하여 대규모 황사현상이 발생함.
○ 현재 중국대륙에서 숲이 차지하는 면적은 12%를 넘지 않음.
7) 근대 유럽의 나무 부족 문제
○ 14C이후 격감한 인구로 인해 어느 정도 숲이 옛 상태를 되찾을
수 있었으나 16C부터 영국을 시발로 나무부족 현상이 일어남.
○ 16C 런던의 대기오염은 나무부족으로 인해 연료로서 석탄을
도입한 결과.
○ 영국에서 석탄이용에 바탕을 둔 산업혁명이 가장 먼저 일어난
이유도 전통적인 기초자원인 목재가 부족했다는데서 찾을 수
있다.
2. 산업 혁명 이후의 환경문제의 특징
현대 환경문제의 특징은 대부분 전지구적이고 비가역적인 것이다.
1) 에너지 흐름의 교란과 지구 온난화
○ 에너지 흐름의 교란 → 지구온난화
○ 화석연료의 사용과 산림 파괴가 급격하게 증가 하면서 발생.
○ 화석연료가 연소나 산림 파괴에 의해 생성되는 이산화탄소,
자연계에서 자연적으로 발생하는 메탄과 아산화질소, 산업활동
시 발생되는 염화불화탄소 등이 대기 중에 누적되어 지구 복사
방출을 방해하기 열적 흐름이 교란되어 발생.
2) 물질흐름의 교란과 오존층 파괴
○ 인간이 만든 인공합성물질이 대량으로 사용됨에 따라 이것들이
사용 후에 지상에 쌓이거나 대기 중에 방출되면서 자연계의
물질 순환(물질 평형)에 교란이 일어남.
→ 산업폐기물에 의한 오염
→ 이산화황, 질소화합물→산성비
→ 인공방사성 물질
○ 물질흐름의 교란중 심각한 문제는 오존층 파괴이다.
→ 염화불화탄소(CFC)의 오존층 파괴
자 원
1. 자원
○ 자원 → 인간의 생명 유지와 의식주를 위해 필요로 하거나
사용되는 물질의 총칭
→ 넓은 의미 : 지구를 구성하고 있는 물질 전체
○ 종류는 대상에 따라
→ 환경 또는 생태자원 : 공기, 물, 토양, 해양, 삼림 등
→ 식량자원 : 동.식물, 어패류 등
→ 광물자원 : 철, 구리, 알루미늄 등
→ 에너지 자원 : 천연가스, 석유, 석탄 등
○ 자원의 편재성과 선진국들의 자원 독점 심각.
→ 미국(전세계 인구의 5%가 전세계 자원소비량의 30%를 소모)
○ 현재와 같은 자원소비가 지속될 경우 30～50년 이내에 자원
위기 상황을 맞이함.
자원 가채년수 자원 가채년수
알루미늄
크 롬
구 리
철
납
망 간
수 은
31
95
21
93
21
46
13
몰리브덴
니 켈
은
주 석
텅스텐
아 연
34
53
13
15
28
18
<광물자원의 가채년수>
2. 지각 광물 자원
○ 지각 속에 산재한 광물 중 채취가 가능한 유용한 지하 자원을
총칭하여 광물 자원이라 함.
○ 현재 2,600여종이 있고 매년 약 25종이 새로 발견됨.
○ 지각의 구성성분 중 97%는 8가지 원소가 차지함.
→ 산소:46.6%, 규소:27.7%, 알루미늄:8.3%, 철:5.8%,
칼슘:3.6%, 나트륨, 칼륨:2.6%, 마그네슘:2.1%
○ 자원가치가 있는 광물은 크게
→ 금속 광물 : 철, 구리, 납, 아연, 우라늄 등
→ 비금속 광물 : 석회석, 고령토, 형석 등
→ 에너지 광물 : 천연가스, 석유, 석탄 등
○ 이들 광물들은 지각 속에 미량씩 산재하나 특정지역에 광상의
형태로 집단을 이루기도 함.
○ 광상 : 장 기간에 걸친 지질작용(화성, 퇴적, 변성작용)에 의해
희박하게 분산되어 있던 원소나 화합물이 특정한 장소에
농집되어 이루어진 것.
○ 광물의 이용
용 도 광물명 용 도 광물명
금속
원료
철
구 리
납
아 연
금
은
주 석
몰 리 브
텅 스 텐
망 간
안 티 몬
창 연
알루미늄
수 은
니 켈
코 발 트
마그네슘
크 롬
티 탄
자철광,적철광
황동광,휘동광,자연동
방연광
섬아연광,능아연광
자연금
자연은,휘은광
석광,스테나이트
휘수연광,울페나이트
회중광,철망간중석광
망가나이트,능망간광
휘안광,테트라히드라이트
휘창연광
보오크사이트,빙정관
진사,자연수은
침니켈광,팬틀란다이트
스말타이트,휘코발트광
마그네사이트,수활광
크롬철광
티탄철광,금홍광
화학
약품
황 산
염 산
인 산
가성소다
칼륨화합물
아 비 산
불 산
황철광,백철광,자연황
소금
인회석
소금
명반석
황비철광
형석
비료 인산비료 인회석,칠리초석,초석
연료 석탄,석유,우라늄
안료티탄철광,흑연,중정석,
섬아연광,적철광
연마제 강옥,석류석
화약초석,자연황,규조토,연
망간석,계관석
장식용
보 석다이아몬드,루비,황옥,
사파이어,에머랄드
준 보 석 수정,자수정
요업
원료점토,장석,석영 건축
대리석,사문석,공장석,
연옥
내화제
내화점토,카올리나이트
석영,백운석,흑연
크롬철광
광학 및
광학
기구
석영,형석,석고,운모,전
기석
3. 해양 광물 자원
○ 지각광물자원의 부족문제를 해결하기 위해 해양광물 자원이
개발됨.
○ 해양광물자원은
→ 해수용존광물(약 80여종의 광물)
→ 염소, 나트륨, 마그네슘, 황, 칼슘, 칼륨, 브롬 등이
94% 차지하고 기타 원소들의 함량은 매우 낮다.
→ 현재 소금, 크롬, 칼슘 등이 생산되고 코발트, 망간,
금, 은, 우라늄 등은 이용이 가능하나 경제적인 문제로
비생산적 임.
→ 해저(대륙붕, 육지연안)에 퇴적 또는 매장되어 있는 광물
→ 다이아몬드, 금, 백금, 티탄철광, 지르코늄, 크롬,
석유, 석탄, 구리, 납, 아연, 주석, 코발트 등이
매장되어 있음.
→ 심해저에 분포되어 있는 광물
→ 심해는 비교적 광물의 분포가 적고 망간 외 40여종의
광물을 함유하는 망간단괴(manganese module)들 분포.
→ 망간단괴의 부존량은 약 1.7조 톤이며 현재 소비량을
기준으로 망간 2.5만년, 니켈 1.6만년, 코발트
13.6만년 동아 쓸 수 있는 양
에너지 자원
1. 에너지의 변천
○ 에너지란 : 물리적인 일을 할 수 있는 능력
→ 현대산업사회에 있어서 가장 필수적이고 기본적인
중요한 요소로서 모든 인간 활동의 원동력이 되며
또한 한 나라의 경제 규모나 산업발전의 척도
○ 최초의 에너지원→인력→축력 및 도구의 사용
○ 불의 발견 → 에너지의 역사상 가장 획기적인 일로 새로운
에너지를 이용하는 전기를 마련
○ 수차, 풍자→인류는 자연의 에너지를 필요 적절한 에너지
형태로 전환하여 이용하기 위해 개발.
- 수차(536년) : Rome에서 0.3W 용량 최초 개발
10～13C 경 양수장치, 시추장치, 제분용도 사용.
16C경 가장 중요한 동력원
- 풍자(10C말～11C초) : 곡물의 제분
○ 화약의 발명→인공에너지로서 화학에너지를 사용 가능케 함.
○ 증기기관의 발명→1784년(J. Watt) 기계의 체계적 사용을
실현케 함.
○ 석탄의 이용 (공업발전의 원동력)
→ 증기기관의 발명으로 목탄의 수요가 급격히 증가
→ 무분별한 벌목으로 삼림의 황폐
→ 새로운 에너지원의 필요성
→ 석탄의 등장
→ 산업혁명
○ 전기기술의 출현→석탄과 수력의 이용도를 높였다.
○ 내연기관의 개발→석유를 원료로 사용→자동차 보급
○ 천연가스→ 근래에 와서 세계각국에서 각광받기 시작함
○석탄에서 석유와 천연가스로 전환된 이유
1) 높은 발열량 2) 범용성
3) 저렴한 가격 4) 용이한 취급
○ 원자력 → 제 3의 불
→ 여러 가지 환경오염문제에도 세계적으로 그 이용이
증가하는 추세.
○ 20C 전반(30년대 이전) → 석탄시대
20C 후반(50년대 ~ 현재) → 석유시대
21C 전반 → 탈석유의 과도기 및 원자력 에너지의 시대
21C 후반 → 태양열, 핵융합의 시대
2. 화석연료
○ 지구상 모든 에너지의 근원은 태양으로부터 비롯된 자연에너지
○ 화석연료
→ 육상, 해상, 동식물의 사체가 지질 시대의 지각 변동으로
매몰되어 물에 잠긴 후(부패 방지) 퇴적.침강을 반복하는
동안 사체는 미생물에 의한 분해, 열, 압력, 화학적 반응
들에 의해 생성된 유기 물질. 즉, 석유, 석탄, 천연가스등
구 분
용 도원시시대 수렵시대
초 기
농경시대
고 도
농경시대산업시대 현 대
취사 및
식 료8 12 17 25 30 40
난 방 8 17 50 134 276
공 업 17 30 100 381
수 송 4 60 264
계 8 20 51 109 324 961
<시대별 1인당 에너지 수요량> (×1,000kJ)
연 도
에너지원1970 1973 1979 1983 1985
석 유 44.1 47.3 45.1 40.3 37.5
석 탄 31.6 28.2 28.7 30.3 30.7
천 연 가 스 18.0 18.2 18.1 19.1 20.1
수 력 5.9 5.5 5.9 6.8 6.7
원자력 및 기타 0.4 0.8 2.2 3.5 4.6
총에너지소비량
(석유환산백만톤)5,167 5,909 6,947 6,953 7,414
국내
86 99
49.8 54.1
31.5 20.7
5.6 9.1
1.1 0.8
12 15.2
<세계의 에너지별 의존도>
1) 석유(Petroleum)
○ 원유→탈염, 탈황공정→정유과정→가솔린, 등유, 경유, 윤활유,
나프타(석유화학공업의 원료)
○ 오늘날 석유화학 공업은 석유를 원료로 식품, 의약품, 섬유,
재료 등 각종 분야의 제품들을 생산함.
○ 부가가치가 높은 제품들의 생산원료가 되고 있음에도 불구하고
화석연료의 가장 큰 부분을 석유가 점유하는 것은 이를 대체할
만한 에너지원을 개발하지 못한 원인이다.
○ 현재 전세계 석유 매장량은 약 2조 배럴(유동적 임)
지 역 캐나다 미국 남미 유럽 아프리카 중동구소련
및 중국극동
매장량
(×109배럴)95 200 225 20 250 600 500 200
<세계의 주요국가별 가채석유 매장량>(1배럴=42갤런=159리터)
○ OPEC국가에 64.5%, OECD국가에 8.9%, 구공산권국가에 12.6%,
개발도상국가에 14%가 분포함.
2) 석탄(Coal)
○ 화석 연료중 가장 풍부하고 가장 먼저 발견된 에너지 자원으로
12C경 영국에서 처음 발견되어 산업혁명의 계기가 됨.
○ 전세계 석탄 매장량은 13조 톤으로 추정되고 확인 매장량은
7600억 톤이다.
지 역 구소련 아시아 캐나다 미 국 유 럽 중남미 호 주 아프리카
매장량
(×109톤)4310 680 601 1486 377 14 59 109
점유율(%) 57 9 8 20 5 <1 <1 1
<세계의 주요국가별 석탄 매장량>
○ OECD국가에 46.6%, 구공산국가에 38.6%, 개발도상국에 14.6%,
OPEC국가에 0.2%
○ 경제성 있는 양은 무연탄이 4,800억 톤, 갈탄류가 4,000억 톤
3) 천연가스
○ 천연가스의 주성분은 메탄으로 간단한 유기질 탄화수소.
○ 장점→ 별도의 처리시설 없이 사용이 가능
→ 파이프 라인 등을 통한 원거리 수송이 가능
→ 연소시 유해물질을 생성하지 않음.
→ 액화상태의 천연가스(LNG)는 정상부피의 1/600로 많은
양을 수송, 저장에 용이.
○ 추정 매장량은 204조 m3, 확인매장량은 96조 m3으로 OPEC국가에
31.4%, OECD국가에 14.8%, 구공산권국가에 42%, 개발도상국에
1.8%가 분포되어 있다.
4) 기타
○ 우라늄의 추정매장량은 24.4백만 톤이고 확인매장량은 240만
톤으로 OECD국가에 59.9%, OPEC국가에 10.6%, 구 공산권국가에
0.3%, 개발도상국에 29.2%가 분포됨.
3. 미래의 에너지
○ 국내 대체에너지 개발 추진 과정
* 70년대 중반이후 정부 출연 연구소 중심 추진
- 소규모적인 투자로 체계적, 효율적, 기술개발을 못함
* 80년대 저유가시대 : 대체에너지 관심 낮아짐
* 87년 12월“대체에너지 촉진법”제정
- 5개년 기본 계획 확정
* 92년 : G7 project(국가 선도 기술 개발 사업)으로 추진
* 97년 1월 : 2006년 까지 전체에너지의 2% 보급을 계획함으로서
에너지 기술 개발 10개년 계획 수립
* 2003년 6월 : 신․재생에너지의 비율을 2.3%(2004년 말 기준)에
서 2006년 3%, 2011년 5%까지 확대 계획
---> 재정적인 문제로 어려움
* 각국의 全에너지에 대한 신․재생에너지 비율(2004년 기준) :
뉴질랜드(27.9%), 스웨덴(26.7%), 핀란드(21.7%), 덴마크(13.0%),
프랑스(6.4%) 미국(4.5%), 일본(3.5%), 한국(2.3%)
○ 대체에너지 개발의 필요성과 그 효과
* 에너지공급 구조의 취약성을 보강해 에너지 자급 향상과 석유
의존도를 줄여 가는데 기여함.
* 대체에너지의 개발은 관련 산업에 대한 파급효과가 큼.
* 산업체, 연구기관, 학교 등에 공동협력을 촉진시키는 효과가 큼.
* 화석에너지에 의한 환경오염문제를 해결할 수 있다.
○ 대체 에너지의 개발 및 연구 분야
* 자연 에너지 * 화석 에너지 * 신에너지
1) 자연 에너지 (Natural Energy)
○ 재생이 가능하고, 환경문제를 유발하지 않는다.
○ 효율성과 경제성 향상을 위한 투자와 연구가 계속되어야 한다.
① 태양 에너지
○ 실용적 측면에서 다음과 같은 문제가 있다.
* 광범위하게 분산되는 태양에너지의 효과적인 수집방법이 고려
되어야한다.
* 태양 에너지의 이용이 어려울 때의 대체방안이 요구된다.
○ 단점 : 에너지밀도작음, 시설비 고비용, 날씨변화에 영향받음,
넓은 면적 필요, 소규모 발전에 적당.
○ 현재까지 연구 및 개발된 태양에너지의 이용형태
* 태양열 난방
- 두 층의 유리판 사이의 검은색 관으로 구성된 집열장치에서 햇빛
을 흡수하여 이를 열에너지로 전환시키는 방법(집열 효율 : 30 ~
50%).
- 집열판 가격이 비싸 주로 공공건물 난방에 이용됨.
* 태양열 발전
- 반사경을 이용하여 태양열을 모아 열매체인 액체를 데워 터
빈을 회전시켜 발전하는 방법이다.
- 현재 태양을 따라 회전하는 포물형 반사경이 개발되어 태양
열의 22%까지 전기로 전환 가능
- 지구 사막의 태양열 1% 이용 --> 전세계 전력 수요 충족
- 홈통형(trough), 접시/엔진형(dish/engine), 전력탑(power
tower)
* 태양광 발전
- 2030년에는 화력발전소와 원자력발전소와 경쟁 가능.
- 광기전력 효과(p형-->n형 전자이동) 를 이용하여 빛 에너지
를 전기 에너지로 바꾸는 방법.
- 독립형과 계통연계형 발전으로 구분된다.
․ 독립형 : 생산된 전기를 전선망에 연결하지 않고 생산된
장소에서 사용하는 형태임(자가발전 시스템). 구성은
전기를 저장하는 장치(축전기), 충전 상태를 조정하는
장치, 배전장치(주요부품인 직류․교류 변환기 설치) 및
전기소비장치로 되어 있다
․ 계통연계형 : 전선을 통해 전기를 받거나 전기를 내보낼
수 있는 형태(전력회사로 전선망을 통해 공급가능)
- 축전지와 직류․교류 변환기에 대한 기술 개발이 필요
- 태양전지(원료:실리콘)는 1954년 미국의 벨연구소에서 개발
하여 우주선 전원공급용 사용.
- 이론적 효율은 30%, 실험실에서의 효율 25%, 대량생산 경우
효율은 16 ~ 18%
- 태양광 발전시설은 대부분은 주택 지붕에 설치되지만, 주택이
나 아파트 바깥벽의 소재 또는 유리창 대신 설치될 용도로 개
발됨. 자동차나 요트 또는 하늘을 나는 소형 비행기에 부착되
어 동력을 제공해주는 것도 있다.
* 태양로(Solar furnace): 포물형 반사경을 이용 태양열을 단일점
에 집열하여 얻은 고열을 내화성 물질생산에 이용
- 프랑스 피레네산의 국립태양에너지연구소에 지름 54m의 반사
경과 태양추적장치(헬리오스텟)을 가진 태양로를 사용
○ 국내 태양에너지의 석유 환산량 :연간 132억 ㎘(약 8300만 배럴)
② 풍력(대체에너지 중 가장 빠른 발전 보임)
○ 전 세계적으로 약 32,154MW(2002년 말 누계기준)의 풍력발전 시
스템이 설치 운전
○ 이중 5%정도 개발 시에는 33TWh이고 국내 총 발전량의 1.6% 수준
○ 국내 풍력발전 보급현황은 현재 90여기가 보급되어 全시설용량
71MW가 설치 (2002년 현재)
○ 한국은 2011년 전 에너지에 대한 풍력비율 0.5% 달성 목표
○ 덴마크는 풍력터빈의 최대수출국이며, 총 전력수요량의
13%(2000년), 2030년에는 50%를 목표로 추진 중
○ 풍력은 수력 발전소와 병합하여 수력 발전용 양수에 이용하여
에너지의 지속적 공급과 이용효율을 높일 수 있다.
○ 지상 80m이내의 바람은 현재의 에너지 소비량의 5배.
○ 풍력 에너지 ∝(풍속) 3, ∝(풍차지름) 2
○ 경제성을 고려한다면 3~5MW(풍차 지름 100m)정도 발전 용량이
가능해야 하고 또는 대략 풍속 5m/s 이상 필요
○ 장점 : 설치 간단(관리 수월), 자동화 운영 가능, 면적으로 본
다면 태양에너지의 10배 정도의 효율 지님.
○ 제약
* 일정한 바람이 부는 지역에 적합 (많지 않음)
--->바람이 일정하지 않아도 일정 에너지를 얻을 수 있는
기술 필요 또는 해상풍력발전 연구 필요
* 1000MW 발전시 10km2의 면적(소형풍차의 경우)이 필요
* 소음, 에너지밀도적음, 소규모 발전에 적당.
③ 해양에너지
* 바다는 세계 최대의 태양열 수집기
---> 인간이 1년간 사용하는 전기량의 4천배나 되는 37조kW와
맞먹는 에너지를 태양열에서 흡수하고 있다.
○ 조력발전
* 조수 간만의 차이가 큰 지역에 방조제를 쌓아서 간조와 만
조를 이용 낙차를 만들어 발전.---> 환경 친화적이지 못함
* 간만의 차가 5m이상이어야 경제성이 있음.
* 세계 최대규모(50만명 이용전력)의 조력발전 2009년 완공 예
정(시화호), 그 외에도 가로림만(태안반도), 석모도(강화)
* 프랑스(랑스), 구소련, 중국, 캐나다 등에 건설 가동 중
○ 해양 온도차 발전
* 바다의 표면과 심해의 온도차(20℃이상의 온도차)를 이용하
여 전기를 생산하는 방법.(발전효율 약 2.5~3%)
* 발전 방식
⋅closed cycle system : 액체상태의 암모니아를 표면수의 열
을 이용하여 고압의 증기로 만든 후 터빈을 돌려 전기를 생
산하고 증기는 수백~1000m 이상 깊이의 심해에서 끌어올린
찬물로 냉각 시켜 다시 액체 상태로 순환시킨다.
⋅open-loop cycle system : 해양표면 온수를 작동 유체로 직
접 사용하는 방법이다. 표면온수는 펌프로 증발기에 유입되
고, 진공펌프로 증발기의 압력을 낮추면 온수가 상온에서
끓게 되며, 이때 생성된 증기로 터빈을 구동시켜 전력을 생
산한다. 이어 터빈을 나온 증기는 심해수에 의해 열교환기
에서 응축되어 부산물로 담수가 생성된다.
○ 파력 발전(파도의 0.2% 이용 : 전 세계 전력공급 충분 예측)
* 파도의 운동에너지로 부터 전기 에너지를 얻음.
* 설치방식에 따라 부체식(운동효율, 환경에 장점)과 고정식
(설계와 시공 편리, 연안구조물로의 이용가능)
* 에너지변환방법에 따라 공기에너지, 기계적에너지, 수력에너
지로 변환됨.
* 일본, 영국, 노르웨이, 스웨덴 등 북유럽에서 활발한 연구함.
* 포르투칼 세계 첫 상업발전(2006년, 영국 Ocean Power
Delivery 시공), 스코틀랜드에서도 건설 예정.
○ 해류 발전
* 바다 속에 대형 프로펠러식 터빈을 설치하고 해류를 이용하여
이 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방법.
--->세계 최초로 전남 울돌목, 진도 부근에 상업용으로 건설
중(대략 원자력 발전소 4기에 해당하는 전력 생산 가능)
* 장점 : 댐 설치 불필요, 선박과 어류의 자유로운 이동.
④ 바이오 에너지(biomass에너지)
* 바이오에너지란?
-태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로 식물체) 및 유기물을
소비하여 생성되는 모든 생물유기체(바이오매스)의 에너지를 바
이오에너지라 함
* 태양에너지에 의해 연간 약 15~20×1010톤의 바이오매스를 광합성
으로 생산하는데 인류가 소비하는 에너지로 환산할 경우 약 100
배에 해당된다. (지구 1년간생산 biomass 에너지 = 석유매장량)
* 바이오매스에서 생성되는 바이오 에너지: 주로 알콜(알콜 발효),
메탄가스(메탄 발효), 수소(광합성 세균과 남조류), 디젤 등.
* 바이오에너지 생산기술이란?
-생물 유기체를 각종 가스, 액체 혹은 고형연료로 변환하거나 이
를 연소하여 열, 증기 혹은 전기를 생산하는데 응용되는 화학,
생물, 연소공학 등을 일컬음.
* 장 점
-풍부한 자원과 큰 파급효과
-환경 친화적 생산시스템
-환경오염의 저감 (온실가스 등)
-생성에너지의 형태가 다양 (연료, 전력, 천연화학제품 등)
* 단 점
-자원의 산재 (수집, 수송불편)
-다양한 자원에 따른 이용 기술의 다양성과 개발의 어려움
-과도 이용시 환경파괴 가능성
-단위 공정의 대규모 설비투자
* 해외 기술개발 현황
-미국은 1975년부터 잉여농산물로 대체연료의 개발을 시작하여
1979년 연간 2~3만㎘의 에탄올 생산을 시작한 이래 정부주도의
상용화 기술개발과 보급을 추진하고 있음.
----- <보급 상황>-----
연료용 알콜보급 (28.1억 gal, 2003),
바이오디젤 보급(2,000만 gal, 2003),
LFG 이용 (1998, 360개소, 730MW)에 주력
주) LFG(매립지가스: Land Fill Gas)
-EU는 급속한 기술개발로 바이오에너지(바이오디젤)의 보급 확대
가 이루어지고 있으며 온실가스저감 차원에서 적극 지원 함.
----<보급 상황>----
바이오디젤 보급(110만 ton, 프랑스 2003년),
LFG 이용(400개소, 670MW, 1999),
메탄가스발전시설(100개소, 240MW, 2000)
-EU는 2010년에 대체에너지의 70% 이상 바이오에너지로 공급예정
* 해외 기술개발계획
-미국은 알콜 연료, 바이오매스 가스화 발전, Biorefinery 기술개
발 상용화와 에너지 작물 재배 기반의 확충으로 2010년까지 바이
오에너지 공급을 3배 확충하기로 1999년 대통령령으로 정함
주) Biorefinery 기술이란?
식물체 등 바이오매스를 원료로 BT를 이용하여 바이오연료
류(에탄올, 부탄올, 아세톤 등)와 화학원료(젖산,숙신산)
를 만드는 기술과 시설을 말함
-EU는 2010년 까지 3배로 확충하여 총에너지소비의 약 9% (대체에
너지의 74%)를 바이오에너지(폐기물 포함)로 공급
(구체안) 10 GW의 바이오매스 열병합 발전, 1백만호 바이오매스
개별난방,1 GW의 메탄가스 발전, 500만톤의 바이오디
젤(에탄올) 공급 계획을 추진중
* 보급현황
-1980년 대 미국 및 EU는 소규모 매립장을 다수 설치하였으나 -->
메탄 방출에 의한 지구온난화 등 환경문제가 심각하여짐에 따라
--> 1990년대에는 매립장의 메탄 (매립지가스, LFG)을 회수하여
--> 에너지원 활용 공정을 상용화(전기생산)
-고농도 유기성 폐기물 (축산분뇨, 하수슬러지, 음식쓰레기 등)의
메탄가스화 기술이 개발됨
-1988년 이후 EU 지역에만도 약 100기의메탄가스화 장치(약 240
MW)로 분산형 전력 및 열을 공급하고 있음.
-EU는 2010년 까지 1,000 MW의 메탄가스 발전을 보급할 계획임
-미국의 경우 옥수수 전분 알콜 48억 ㎘/년 (30억 toe/년)
-브라질은 사탕수수 알콜 180억 ㎘/년 (115억 toe/년),
-프랑스는 밀가루 전분으로부터 150만 ㎘/년의 알콜,
-EU 국가전역에 연간 약 140만톤의 바이오 디젤(유채 이용)이 자
동차용 연료로 공급
-EU는 지역 열병합 발전(나무 이용)으로 22백만 toe/년, 쓰레기
소각열 발전으로 2.1 GW의 전력설비를 가동
-미국은 바이오매스 소각발전으로 현재 10 GW 용량의 설비를 운용
하고 있음
-메탄 및 바이오에탄올의 시장 규모는 빠른 성장을 보이고 있으며
지구 온난화와의 연계로 급격 성장 예측
* 국내 기술개발현황
-기술개발 동향은 1999년까지 바이오에탄올, 메탄가스화 기술개발
위주로 추진되었으며 이후 LFG 이용기술, 바이오 수소생산 기술
개발 등이 주요 분야로 추가 추진됨
* 국내 기술개발 추진계획
-매립지가스(LFG)의 에너지이용기술 개발
-LFG이용 발전 시스템 개발(100㎥/h 이상 LFG 포집)
-바이오 수소 제조기술개발 : 유기성 폐자원을 이용한 생물학적
수소생산 기술개발
-한국은 효소분해 및 미생물발효 등 바이오에너지 관련 기술분야
와 화학공정에서 기술력이 높아 핵심기술 확보 가능성이 상대적
으로 높음
* 보급 확대를 위한 정부의 지원 대책
-세제지원 및 공공구매를 확대하고 다양한 활용시장을 개발.
-기존 석유계 연료첨가제를 단계적으로 바이오에탄올로 전환하도
록 방안 검토.
-대형 정유사에 대한 바이오연료의 제조 쿼터제 도입 검토 필요성
-연료전지, 차세대 자동차 등 차세대 성장동력산업의 기술개발과
연계해 바이오연료의 활용 방법
-국내실정에 맞는 에너지작물 개발 및 경작시스템 구축 필요
※바이오 디젤
*피마자, 콩, 해바라기, 유채등에서 추출
*한국의 경우 대부분 대두(콩)이용 추출
*브라질은 2008년 바이오디젤 8% 혼합사용 의무
*원가가 일반 경유 보다 30~50% 높은 가격
*일반 경유에 혼합사용(단점 : 자동차의 연료 필터가 막힘)
*독일 경우(유채를 이용 추출)
-바이오디젤에 대한 세금 거의 없음(100% 바이오디젤 차량운행 됨)
-일반 경유과 바이오 디젤의 사용량 비슷
-장점 : 환경, 농가재건사업, 유채씨로는 바이오디젤을 생산하고
그 찌꺼기와 줄기와 잎은 사료 사용할 수 있음
※바이오 에탄올(브라질)
*사탕수수를 원료로 추출됨
*1975년 ‘에탄올 에너지 국가 계획’ 발표한 이래 2005년 수익 62
억 달러에 달함 --> 바이오에탄올 산업 육성으로 해외에너지 의존
도 낮아짐 --> ‘석유자족’ 선언
*대기오염도 감소로 환경개선 이룸, 100만개 일자리 창출(2007년)
*바이오 분야에서의 “사우디”목표
*휘발유 연비 : 11~12km/l, 에탄올 연비 : 8-9km/l
*가격 저렴 (휘발류의 1/2 ), 배럴 당 25달러 이상일때 경쟁력 유지
*모든 주유소 휘발류(에탄올23% 혼합된 상태)와 에탄올 선택 가능
*휘발류와 에탄올 겸용 차량 운행 : “Flex"마크 차량
*사탕수수의 재배면적 : 전체 농경지의 1% (남한면적의 60%) --->
2020년까지 생산량 3배 증산 계획
*바이오 에탄올 수출량 : 세계 1위
*미국의 옥수수를 원료로 한 에탄올 보다 생산 원가 1/2 수준이고,
생산량(1ha당)은 2~3배 수준
*일본은 2005년 휘발유에 에탄올 3% 혼합하여 이용
*EU는 2010년 휘발유에 바이오연료 5.75% 혼합 계획
⑤ 지열에너지 (초보적 단계)
○ 지구의 내부로 들어갈수록 매 30m마다 1℃씩 온도가 상승하고
약 6370km 정도 되는 중심부는 약 5000℃이다.
○ 지표면 가까이(수 km~수십 km) 올라온 마그마(magma)에 의해 물
을 가열하여 분출된 수증기로 터빈을 돌려 발전함.
○ 1904년 최초로 이탈리아에서 약 400MW규모가 건설되어 가동 중
이고 그 후 뉴질랜드, 미국(1998년 2850MW 발전용량), 필리핀
(1998년 1848MW :총전력량의 약 22%), 일본, 멕시코 등지에서
전력을 생산중이다.
○ 발전 방식
* 천연증기발전 : 1000~2000m의 지표 부근의 열수를 동반하지
않는 천연증기를 이용. 이탈리아의 라데렐로Larderello)에서
운영되고 있음.
* 열수 이용 발전 : 지하에서 끌어올린 열수는 압력이 낮은 지
상에서 수증기로 변한다. 이 포화 수증기를 이용하여 터빈을
가동시켜 전기를 얻는 방법.
* 매체열 발전 : 열교환기에 휘발성 있는 매체를 투입하여 증기
나 열수로 가열시켜서 발생된 증기로 터빈을 가동시키는 방식
○ 지하 심부의 천연 증기이용 기술 개발 필요.
○ 문제점 : 유독가스에 의한 대기 오염과 수질 오염 및 열수분출
에 의한 지반침하 및 진동 등 환경 문제 발생. 지하의 열저장량
이 점차 감소됨.
⑥ 소수력 에너지
○ 2m 이내의 저낙차를 갖는 하천에서의 소규모 수력발전 방법.
2) 화석에너지
○ 미래형 에너지는 자연에너지 개발에 국한된 것이 아니라 화석E
의 품질과 경제성 향상을 위한 신기술로서 개발에 기여함.
☞ 원유의 1차, 2차 회수 시 회수되지 않는 원유 약 50%.--->
원유 회수율 1% 증가할 때 340억 배럴의 원유량 증가.
☞ 원유 회수 기술 (기술적으로 가능하지만 비경제성)
- 2차 회수 후 타르샌드(모래, 물, bitumen의 혼합)에 수증기(또는
열), 가스(탄산가스, 고압천연가스), 계면활성제를 투입하여 회수.
- 오일 셰일(함유율 5~20%)로부터 열분해 회수
(미국 로키산맥 부근 8000억 배럴 매장 예상)
☞ 원유 정제 : 옥탄가 향상으로 인한 경제성 증가
○ 석탄의 효율성을 높이기 위해 석탄의 연소기 개발과 석탄으로부
터 가연성 성분을 액화 또는 기화시켜 공해물질이 적고 사용이
편리한 연료를 얻는 공정이 개발되고 있다.
3) 연료전지
* 1839년 William Grove 제작 및 실험
* 1959년 캠브리지 대학 전지 발견
* 1965년 GE 개발하여 우주선(제미니) 전원공급용 사용
* 1980년대 미국, 일본, 독일 등을 중심으로 연구시작
* 한국 90년대 초 연구소 중심으로 시작하여 90년대 후반 기업 참여
* 원리: 생성된 수소를 저장하였다가 전지의 음극에 공급하고 산소
를 양극에 공급하여 전지 내부의 양극 부근에서 수소와 산소가
결합하면서 회로에 전류를 흐르게 하는 장치.
* 특징 :
①발전효율이 40∼60 % 이며, 열병합 발전시 80% 이상 가능
②수소, 매립지가스, 휘발유, 천연가스, 메탄올, 석탄가스 등 다양
한 연료사용 가능
③환경공해 감소 : NOx, SOx 및 분진이 거의 없으며, CO2 발생량에
있어서도 미분탄 화력발전에 비하여 20∼40% 감소
④소음이 없으며, 기존 화력발전과 같은 다량의 냉각수 불필요
⑤도심부근 설치 가능하여 송배전시의 설비 및 전력 손실 적음
⑥부하변동에 따라 신속히 반응하며, 설치형태에 따라서 현지 설치
형, 분산 배치형, 중앙집중형
* 국내기업의 연료전지 시스템개발은 세계적 수준 근접. --> 부품,
소재기술 보완하면 한국경제의 성장 동력 역할 기대
* 연료전지 세계시장 규모 : 2030년 연간 1500억 달러 (약 142조원)
예상---> 삼성경제연구소
(ㄱ) 휴대용 연료전지
* 2003년부터 도시바와 삼성전자와 각축
* 2005년 부탄가스 이용 연료전지 개발(삼성 SDI)
--> 소형 부탄 캔으로 100W의 전력으로 5시간 사용
--> 소형컬러 TV 8시간, 노트북 20시간 사용 가능
* 2006년 12월 100cc의 메탄올로 15시간 연속사용 가능 노트북 개
발(삼성 SDI, 삼성종합기술원)
* 세계적으로 10여개 업체 경쟁--> 삼성, 도시바, 미국 MTI 선두권
* 전지의 부피를 감소시켜 2011년~2012년 상용화 가능 예측 ( 휴대
폰 동영상이용 증가로 수요증가)
(ㄴ) 연료전지 자동차
- 현대 자동차 -
* 최고 속도 152km/h, 1회 충전시 300km 주행가능
* 2000년 미국 UTC파워와 공동 개발로 시작
* 2005년 80kW급 독자 개발 성공
* 2007년부터 3년간 정부에 34대(승용차 30대, 버스 4대) 공급
* 도요타, GM의 80%의 기술 수준 ( 2007년 기준)
* 2012년 상용모델 시판(수소가스충전소 설치 후)
* 현재 6~7억원 수준의 가격을 5천만원 수준으로 낮춰 대중화 목표
* 가격이 1억원대 이하로 떨어져야 상업생산 가능 --> 2020년 정도
(ㄷ) 가정용 연료전지(1kW급), 빌딩 및 병원용 연료전지(10kW급)
* 도시가스에서 수소를 얻어 연료전지에 공급하여 전력 생산 -->
일본 2005년 최초 개발 보급
* 한국의 벤처기업 30~60평형 아파트 전력 공급용 전지(1kW급) 개
발 완료, 2007년부터 70대 가량 보급 --> 2012년 1만대 보급목표
* 사무용 빌딩 및 병원용 10kW급 연료전지 개발 중
(ㄹ) 발전용 연료전지 (250kW 이상)
* 가정 및 아파트 단지 내의 도시가스로 수소를 만들고, 연료전지
발전기에 투입하여 전력을 생산한다. 송전탑이나 송전로가 필요
없으며 남는 전력은 전력회사에 판매할 수 있다.
4) 폐자원의 에너지화
○ 유럽에서는 50년대부터 쓰레기 처리 및 소각에 관한 연구를 해
왔으며 개발된 소각 장치로 부터 전력 생산.
○ 국내에서는 주로 매립에 의존해 왔으나 매립지 확보 등 한계에
부딪힘에 따라 소각 시 연소 방법 또는 폐기물 자원화에 관심을
가지게 됨. ────→문제점 외국과 쓰레기 성상이 다르기 때문에 처리에
문제 발생 따라서 국내의 폐기물 배출현황과 성상 및 조성을 조
사․분석하여 처리시스템 개발연구가 필요.
○ 폐자원은 폐타이어(대체연료, 도로포장용으로), 솔벤트, 폐부동
액(시멘트원료 첨가제로), 플라스틱 등 산업 폐자원류와 종이,
가축 배설물, 농산 폐기물, 기타 도시 및 농촌의 가연성 폐자원
등 탄소를 함유하는 유기물들로 나뉘며 이들을 재처리를 할 경
우 자원 재활용 및 에너지으로 활용이 가능하다.
○ 최근의 세계의 환경정책 경향 : 환경관리체계에서 통합제품환
경정책으로 전환
○ 최근의 환경기술 경향 : 통합제품환경정책에 맞추어
* 유해물질의 ‘사후처리기술’에서 ‘사전처리기술’이 제시됨
* 재활용의 의무화
○ 유럽에서는 전기전자기기폐기물처리지침(2006년 12월시행)과,
유해물질사용제한지침(2006년 7월 시행)이 시행 예정. 이들 지
침에 따르면 대형가전은 80%, 통신기기는 75%, 소형가전은 70%
의 재활용률을 의무화. 자동차는 재활용률을 2006년에 85%,
2015년부터는 95%로 정함. 유해성 유기․무기 성분 사용 제한
○‘자원 재활용’은 무분별한 자원개발 억제를 통한 지구의 훼손을
줄이고, 자연에 버려지는 폐기물을 줄여 환경을 보존하는 방법
의 하나로 유력하게 거론됨. 재활용이 곤란한 것은 에너지회수
와 잔재물의 재이용으로 최대한 활용해야 하며, 그래도 재활용
이 힘든 것은 인공암석으로 만들어 자연에 되돌림으로서 지속가
능한 산업발전을 도모하는 자원순환형 사회를 구축해야 함
○ 폐자원의 재활용의 구체적인 추진 방법은
* 각종업체에서 발생되는 폐기물의 성상과 발생량을 정확히 집
계해 업종 간에 활용가능성을 고려
* 내재가치가 낮은 폐자원에 대해서는 재활용업체를 전문화하여
발생업체나 수요자 등 그 수익자가 적정선에서 지원하도록 하
는 등의 구체적인 자원재활용제도 필요
* 정부는 업종에 대한 인센티브와 지원(국내 경우 : 산업자원부
국가청정생산지원센터)
○ 2004년 폐자원 수입비용은 1조 7천억원.
---> 폐자원 재활용률이 1% 높아질 경우 연간 639억원의 외화
절감
4. 원자력 에너지
1) 역사적 배경 및 원리
○ 1905년 아인슈타인의 특수 상대론(E=mc2)발표
○ 영국의 러더포드가 α입자를 인공적으로 질소 원자에 충돌시켜
산소원자를 만듬.-최초의 인공핵 변환
○ 1932년 채드위크(Chadwick)가 중성자를 발견함.
○ 1938년 하안(Otto Hahn), 슈트라쓰만(Fritz Strassman)이 원자
핵의 핵분열 반응을 처음 발견함.
○ 저속의 중성자를 방사성 원소 23592U에 충돌시킬 경우 핵분열과
함께 질량 결손이 생기고 이 질량 결손이 에너지의 형태로 나타
난다.
10n 235
92U
9236Kr
14156Ba
+에너지
310n
○ 원자폭탄 :임계 질량(5~10kg)이상의 고순도( 50%이상의 23592U)의
농축우라늄이 한순간 연쇄반응이 이루어지도록 한것.
○ 원자력발전 :임계 질량 이상의 저순도(0.7%, 3% 23592U)의 우라늄
을 사용하며 감속재(H2O, D2O)로 중성자의 속도를 조절하
고 제어봉(카드뮴막대)으로 중성자의 수를 조절함으로써
연쇄반응속도를 제어할 수 있도록 한 것.
○ 235U의 핵분열 시 질량변화
반응 전 반응 후
23592U의 질량 = 235.0439 amu
10n의 질량 = 1.0087 amu
14156Ba의 질량 = 140.9139 amu
9236kr의 질량= 91.8973 amu
310n의 질량=3.0261 amu
합계 236.0526 amu 합계 235.8373 amu
질량감소 0.2153 amu
amu(atomic mass unit) = 1g/6×1023 = 1.67×10-24g
○ 질량감소를 에너지로 환산하면 E=mc2에 의해
0.2153 amu×1.67×10-24g/amu ×kg/103g×(3×108m/s)2 = 3.23×10-11J
1kg의 우라늄이 1%만이 핵분열을 일으킨다면 총 방출에너지는
7.5×1011J이고 이는 석탄 25톤이 연소할 때와 같은 에너지이다.
2) 원자력 발전
○ 두 차례의 석유파동 이후 전 세계는 석유의 대체 에너지원으로
원자력 발전에 관심을 갖게 되었고, 이로 인해 원자력 발전소의
건설 붐이 고조되었다.
○ 원자력 발전을 석유로 환산하면 1일 약 700만 배럴 정도
○ 2002년 12월말 기준
→ 가동 중 441기(32개국)
→ 건설 중 32기
○ 미국(104), 프랑스(59), 일본, 독일, 러시아, 한국(20기) 순
① 원자로의 종류
○ 사용되는 감속재의 종류에 따라
경수로(LWR) : 물(H2O)을 사용, 전 세계의 90%
중수로(HWR) : 중수(D2O)를 사용, 운영비 경제적.
○ 감속재의 비등 또는 가압 형태에 따른 경수로
비등수형(BWR) : 가격저렴, 증기의 오염가능성 존재
가압수형(PWR) : 전 세계의 70%, 건설비용 증가, 증기
의 오염 가능성 감소.
가압 경수로 : 핵연료로 235U를 약 3%로 농축하여 사용
--> 천연우라늄의 농축시설이 요구 됨.
가압 중수로 : 천연우라늄의 산출농도인 0.7%연료를 사용.
→ 농축시설이 필요 없으나 중수의 제조 공정이
요구됨.
② 미래의 원자로 : 에너지 자원을 보다 안정하게 확보하고 사용 후
의 핵연료에 대한 재처리 능력을 갖추며 우라늄
자원의 활용을 극대화하기 위한 것으로 고속 증
식로와 신형 전환로가 있다.
신형전환로 : 고속 증식로의 개발을 전제로 한 과도기 적 원자
로로서 우라늄과 플루토늄의 혼합 산화물을 연
료로 사용.
고속증식로 : 연료로 23892U와 239
94Pu를 사용하며 발전을 하면서
연료를 동시에 생산하는 원자로로 우라늄의 이
용률을 60배 이상 높일 수가 있다.
○ 현재의 원자로의 연료는 235U를 사용하는데 자연에서 발견되는
우라늄은 238U이 99.3%이고 235U가 0.7%이다.
○ 고속증식로는 23892U와 23994Pu의 혼합물을 사용한다.
10n 239
94Pu(연쇄반응)
23994Pu
10n 238
92U 239
92U 238
93Np 239
94Pu
(흡수) (β붕괴) (β붕괴) (새로 생긴 연료)
③ 원자력의 발전의 원리
○ 화력발전과 같으나 단지 사용 에너지를 방출하는 방식이 다를
뿐이다.
3) 핵융합 에너지 및 핵융합로
○ 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합하여 보다 무거운 원자핵을
생성할 때에도 질량결손이 발생함.
○ 태양내부에는 수소원자들의 연속적인 핵융합 반응에 의해 헬륨
원자가 생성된다.
1H+ 1H → 2H+e++ν 1H+ 1H→ 2H+e++ν
2H+ 1H → 3He+γ 2H+ 1H → 3He+γ
3He+ 3He → 4He+2 1H+Energy
결국 1H 4개가 4He를 형성하는 꼴 ---> m(4 1H) > m( 4He)
---> Δm = 0.02862 amu ---> E = Δm c 2 = 26.7 MeV
○ 핵융합로 개발 역사
* 1930년대 말 태양과 별들은 거대한 핵융합로라고 밝혀짐
* 1940년대 후반 강력한 폭탄을 제조할 목적으로 수소폭탄 연구
를 비밀리에 진행 : 미국, 영국, 구소련 중심.
* 1952년에 가공할 파괴력을 지닌 수폭실험의 성공 --> 최초의
핵융합실현이 핵무기 형태로 등장
* 그 후 평화적 이용의 핵융합로 연구개발이 비밀리에 진행됨
--> 핵융합로 개발의 기술적 어려움 --> 개발 계획의 비밀화
무너짐
* 1958년 제네바에서 열린 UN 주최 제 2회 "원자력의 평화적 이
용에 관한 국제회의"에서 핵융합 연구를 공개하고 국제적 상
호협력이 필요성 제안
* 1980년대에 들어서 4개국(미,EC,소,일)은 세계 4대 대형 토카막
건설을 완료하고 임계조건 달성위해 본격적 실험 수행
○ 핵융합로 장치 및 원리
* 핵융합반응에는 중수소(D or 2H)나 3중수소(T or 3H)가 사용된다.
* 핵융합을 위해서는 4,000만~14,000만℃의 높은 온도와 높은 밀
도와 충분한 반응시간이 필요하다.
* 핵융합기술의 핵심 : 반응을 지속시키기 위해 초고온 고압을
유지하면서 열에 의해 흩어지는 plazma를 가두는 기술.
* 핵융합물질(plazma)은 유리나 금속용기에 가둘 수 없다. 왜?
① 고에너지를 가진 입자가 용기 내벽에 부딪쳐 손상을 주면
서 불순물을 발생시켜 핵융합연료에 섞이게 하며
② 플라즈마가 핵융합로 벽에 접촉하면 냉각되어 핵융합을 지
속할 수 있는 온도 이하로 급속히 냉각되기 때문이다
* 핵융합 반응을 하는 태양의 플라즈마 가둠 방식은 중력가둠
(gravitational confinement) 방식이다.
* 인공적인 핵융합 반응에서는 자기가둠(Magnetic Confinement)과 관성가둠
(Inertial Confinement) 방법으로 핵융합물질을 가둘 수 있다.
6Li + 1n → 4He + 3H + 5MeV
2H + 3H → 4He + n + 17.4 MeV
* 핵융합 방법(플라즈마의 가둠 방법에 따라)
① 자기가둠 방법 : 개방형(open system), 폐쇄형(closed system)
- 폐쇄형 자기가둠 핵 융합장치 : 자기장을 발생시키는 방법
에 따라 여러 종류로 나눔
Ÿ구소련 50년대 초 폐쇄형인 토카막(Tokamak) 방법 개발
Ÿ토카막 방식 (70년대 이후 대표적 방식) : Toroidal
magnetic field와 Poloidal magnetic field의 합성으로
자기장을 형성하는 방법으로 마치 donuts를 붕대로 감은
형의 자기장이 형성됨.
② 관성가둠 방법
- 핵융합 반응 원리
Ÿ구슬 모양의 핵연료표적(D-T)에 사방에서 레이저(laser)
를 조사(irradiation)한다.
Ÿ이때 순간적으로 표면이 증발(팽창)하면서 그 반작용으로
핵연료의 내부가 압축된다.
Ÿ이 순간 연료 내부에는 고온 고압 상태가 형성되어 핵융
합 임계조건이 만족된다.
- 문제점
Ÿ구슬모양(1mm 크기)의 연료표적의 제작에 어려움
Ÿlaser와 입자가속기 개발 지연
Ÿlaser beam의 조사(irradiation)기술에 어려움
○ 핵융합로의 장점 :
* 바닷물 속의 중수소(0.015%)는 현재 지구상의 총에너지 수요를
수 10억 년간 충족시킬 수 있는 양이다.
--> 바닷물 1리터의 핵융합 E = 휘발유 300리터의 열 E
* 환경오염 없는 깨끗한 에너지 생산이 가능하다.
--> 핵폐기물의 처리문제 등을 수반하지 않는다.
* 핵무기를 제조할 수 있는 부산물이 없어 핵분쟁의 위험성이 없
다.
* 기술적으로 열효율이 향상된 발전소로 개량 가능하고, 고온의
열원이나 고속의 중성자원으로 사용하여 수소연료나 핵분열 발
전연료의 생산 등 다양한 산업적 응용이 가능하다.
○ 국제핵융합실험로 500MW급 ITER(International Thermonuclear
Experimental Reactor)의 건설계획 : 한국은 2003년 6월 참여
* 1988년부터 2001년까지 미국, EU, 일본, 러시아를 중심으로 약
15억불을 투자하여 공학적 설계(EDA) 및 기반기술R&D 완료.
* 2005년부터 약 10년간 : 장치 건설 및 시운전
* 2016년부터 약 20년간 : 장치운영 및 실험
* 건설을 위해 6개국(한국, 러시아, 미국, EU, 일본, 중국,인도)
이 구성되었고 건설비는 10년간 약 66억 8000만 유로가 소요
된다. ---> 한국 8380억원(9.09%)
* 2050년 최초의 상업용 핵융합발전소 건설을 목표로 진행.
○ 한국의 핵융합로 연구 개발 동향
* KSTAR : ‘한국의 태양’
- Korea Superconducting Tokamak Advanced Research
- 초전도자석의 토카막 방식을 채택한 KSTAR는 핵융합 반응조건에
부합하는 플라즈마 상태를 유지하면서 300초 운전을 목표로 하
여 2007년 건설 예정인 핵융합 연구 장치이다.
- 세계가 주목하는 KSTAR : 경제적인 에너지 생산 연구를 위한
초전도자석 토카막장치
○ 21C 초반에 닥쳐올 에너지 위기를 극복할 것으로 예측되는 핵융
합로의 실현이 이루어질는지는 우리들의 꿈이자 의문이 아닐 수
없다.
5. 한국의 에너지 현황과 대체 에너지
○ 한국의 에너지 보존자원은 매우 제한되어 있어 급속한
경제성장을 지원하기에는 불충분하고 무연탄, 수력, 목
탄, 신탄의 형태로 존재하고 있어서(에너지 형태 상 제
한적임) 그 절대 가용량은 매우 미미한 실정이다. 따라
서 대체 에너지 개발에 많은 역점을 두어야 한다.
1) 한국의 원자력
○ 1977년 고리 원자력 1호기가 국내 상업용 발전의 시작
○ 1962년에는 연구용 원자로인 TRIGA MARK-Ⅱ의 준공
○ 2005년 현재 20기 보유 (세계 6위 원자력발전소 보유국).
○ 실제 원자력발전에 의한 발전량은 전체 발전량의 약 38.9%를 점
유하고 있다(2002년 기준).
○ 핵폐기물처리문제(중․저준위핵폐기물, 고준위핵폐기물)
○ 연료는 12~18개월마다 전핵료의 1/3씩교체
--->안정적인 연료수급
○ CO2감축효과 :화석연료의 1/40~1/100 수준
○ 에너지의 경제성(석유와 비교 시 저렴)
○ 수송과 저장이 용이 : 100만kW급 발전소를 1년간 운전하려면 석
유로는 150만톤이 필요하나 우라늄은 30톤
2) 신,재생 에너지
○우리나라의 신․재생에너지의 총가용량은 28.1억톤/년으로 이중
7/10,000 정도밖에 개발, 보급되어 있지 않다.
한국의 신,재생에너지 부존량, 가용량 (단위:백만톤/년)
종 류 부 존 량 가 용 량
태양에너지
풍 력
소 수 력
바이오매스
도시폐기물
조 력
11,600.00
2.00
0.22
74.88
0.91
1.61
2,800
0.19
0.16
8.20
0.69
0.98
계 11.679.62 2,810.22
* 해외 에너지의존도(%)
년 도 94 95 96 97 98
백분율(%) 96.4 96.8 97.3 97.6 97.1
* 국내 에너지 소비 증가율(%)
구 분 96 97 98 99
경제 성장률 6.8 5.0 -5.8 10.2
에너지 소비 증가율 9.8 9.3 -9.4 9.9
(에너지 소비 증가율은 경제 성장률의 1/2 수준이 정상)
(일인 당 에너지 소비량 일본이나 독일보다 더 많다)
* 국내 대체에너지원 별 비중(단위:%)
폐기물 바이오 태양열 소수력 태양광 풍력1998년 91.9 3.7 2.6 1.6 0.2 ․2003년 93.3 4.0 1.0 1.4 0.1 0.2
* 국내 에너지 소비 구성비(%)
석유 석탄 원자력 LNG 수력 기타98년 54.6 21.6 13.5 8.4 0.9 0.999년 54.1 20.7 14.2 9.1 0.8 1.0
2002년 49.1 23.6 14.3 11.1 0.5 1.42003년 47.6 23.7 15.1 11.2 0.8 1.5
6. 에너지와 환경
1) 화석연료 및 환경오염
○ 화석연료의 연소로 인한 1차 오염물의 배출량은 대기
오염을 일으키는 전체 오염물의 약 90% 이상을 점유한다.
○ 이들을 종류별로 보면 일산화탄소, 탄화수소, 질소산화
물, 황산화물, 분진 등이 있다.
→ 일산화탄소 : 연료의 불완전 연소 시 발생
→ 탄화수소 : 연료의 미 연소나 휘발성 유류의 증발에
의해 발생
→ 황산화물 : 화석 연료 중에 함유되어 있는 황 성분이
연소 과정에서 산화됨으로써 발생
→ 질소산화물: 연료와는 무관하나 연소과정에서 필수적
으로 공급되는 공기중의 질소가 고온(2000℃
이상)에서 산화물을 생성함으로써 발생
→ 분진 : 비산재와 매연이 주를 이룸.
○ 1000MW 용량의 화력발전소의 경우 연간 107톤의 CO2,
102톤의 SOx와 NOx, 105톤의 매연을 배출함.
2) 원자력과 환경
○ 원자력은 연소반응이 없으므로 연소로 인한 오염물질이
없지만 원자핵 분열 시 방사능의 방출 문제가 따른다.
○ 방사선의 종류에는 α,β,γ선들이 있고 X-선과 중성자
등도 방사선에 포함시킨다.
방사선의 성질
전하량 질량 본질 상대적투과력
α선
β선
γ선
+2
-1
0
6.64×10-24g
9.11×10-28g
0
He+2핵
전자
광자
1 (종이 1장)
100 (얇은 알루니늄판)
1000 (얇은 납판)
○ 방사선 누출원인은
→ 핵연료의 운반 및 취급과정에서의 사고나 부주의
→ 원자력 발전소의 사고나 인위적 실수
→ 핵폐기물의 운반처리 과정에서의 사고나 부주의
○ 대표적인 원자력 발전소 사고는 미국의 TMI와 소련
체르노빌사고(1986년 4월 26일)가 있다.
생 태 계
1. 생태계의 정의
○ 생태학 → 자연의 구조와 가능을 연구하는 학문 생태계
를 연구하는 학문
→ 유기체와 그들의 환경과의 관계를 연구하는
학문
○ ecology : 1869년 독일의 생물학자 헤켈(E. Haeckel)에
의해 처음 사용됨.
○ 1935년 영국의 식물학자 탠슬리(a. Tansley)는 복합적
이며 하나로 간주되는 생물적, 무생물적 구성요소들을
표현하기 위하여 생태계라는 용어를 주장함.→생태학의
중심개념
○ 생태계(ecosystem)→생물군집과 주변 자연계의 물리적,
화학적 환경요인이 종합된 물질계
○ 자연환경을 기준으로
→ 육상 생태계, 해양 생태계
생물군집을 기준으로
→ 삼림 생태계, 조류 생태계
○ 지구의 생태계를 권(sphere)의 개념으로 볼 때,
→ 대기권(atmosphere) : 공기
→ 암석권(lithosphere) : 토양과 암석
→ 수권(hydrosphere) : 물
→ 생물권(biosphere) : 생물
2. 생태계의 구조
○ 생태계의 구성요소
생태계
생물계 무생물계
생산자 소비자 분해자 무기성물질 유기성물질 물리적환경
자양성생물 타양성생물
초식동물 육식동물 잡식동물
1) 무생물적 요소(Abiotic components)
○ 생태계내의 무생물적 요소는 물리,화학적 환경 요소들 을 모두
포함하고 있다. → 온도, 빛, 해류, 토양의 특성, 영양물질의
이동가능성, 습도, 화학적 화합물, 산소 등
○ 이들 인자들은 수많은 상호작용에 의하여 일정지역 내에서 생존
가능한 생태계의 형태와 구조를 결정한다.
○ 제한 요소 (limiting factor)
- 무생물적 요소의 최적조건을 기점으로 너무 적거나 많아도 생
태계에 좋지 않은 영향을 주게된다.----> 제한 요소 곡선
- 한 생태계의 전체적 구조는 의 제한 인자에 의하여 결정됨.
2) 생물적 요소(Biotic components)
① 생산자 (모든 녹색식물)
○ 태양에너지는 광합성과정에 의해 생성된 유기물질(포도당)에
화학에너지로서 저장됨.
엽록체 : 6CO2+6H2O+빛에너지 ────→광합성 C6H12O6(포도당)+6O2
→ 이 과정에서 생성된 포도당은 안정된 물질이기 때문에 호흡
과정을 통하여 에너지로서 활용될 수 있다.
○ 포도당은 호흡 과정에 의해 활성화된 물질(ATP)로 전환됨.
미토콘드리아 : C6H12O6(포도당)+6O2 ───→호흡 38ATP+6CO2+6H2O+열
→ ATP에 저장된 에너지는 식물의 생명 유지에 이용됨.
→ 광합성에 의한 E > 호흡에 의한 E : 여분의 에너지(순생산
량)는 성장에 쓰이거나,뿌리나 종자에 저장됨.
○ 순생산량의 에너지 : 초식 동물의 먹이를 공급
② 소비자
○ 스스로 영양분을 생산하지 못하고 생산자를 섭취하여 생존하는 생물
○ 1차 소비자 : 식물이나 조류를 직접 먹는 생물 ( 초식 동물, 동
물성 플랑크톤)
2차 소비자 : 1차 소비자를 먹이로 하는 생물 ( 육식 동물 )
○ 식물로 부터 섭취된 먹이는 호흡과정을 거처 ATP로 전이되어 생
명 유지와 운동에 필요한 에너지를 공급한다. ---> 부산물의 열
에너지는 체온유지에 사용됨
○ 섭취 E > 호흡에 의한 E : 여분의 에너지(순생산량)는 성장과
증식에 쓰임.
○ 순생산량의 에너지 : 육식 동물의 먹이를 공급
③ 분해자
○ 생태계의 죽은 생물의 유기물질을 먹이 활동에 의해 무기물질로
분해하는 미생물
→ 진균류(곰팡이, 버섯, 선반형 균류, 산호형 균류),박테리아
3. 생태계의 기능
○ 주변 물리적 환경 요인들의 적정한 조화가 이루어지고
있을 때의 생태계의 기능은
→ 물질 순환(material cycle)
→ 에너지 이동(energy flow)
1) 물질순환(Material cycle)
○ 생물 물리 화학적 순환 : 열역학 제 1법칙에 의한 에너지보존법
칙에 따름.
① 질소의 순환
○ 질소는 지구상에서 가장 많이 존재하는 물질.
○ 단백질과 DNA의 구성성분
○ 질소(N2)는 식물이 바로 이용할 수 없다.----> 질산( NO 3-)이
나 암모니아( NH 3)로 전환(고정)되어야 함.
○ 질소화합물(생물 사체) ────→분해자
{암모니아 (이용가능)
아질산 ─────→질화세균 질산(이용 가능)
아질산 ───────→탈질박테리아질소(대기중) ─────────→질소고정박테리아
질산(이용 가능)
}식물 ---> 동물 ---> (먹이 연쇄에 의한 순환)
- 질소고정 박테리아 : 탈질 박테리아에 의해 생긴 대기 중의 질
소를 식물이 이용 가능하도록 전환
- 유리질소고정 박테리아 : 토양속의 질소 고정
- 공생질소고정 박테리아 : 콩과 식물의 뿌리혹에서 토양속 질소
고정
○ 고가의 질소 비료 사용 보다 콩과 식물의 윤작과 질소 고정 식
물의 토양 속 분해를 이용하면 경제적임.
② 탄소의 순환
○ 모든 생물은 탄소를 함유한 유기 분자로 구성
○ 탄소가 유기 분자로 전환되고 이용되다가 다시 생물에서 환경으
로 돌아오는 것은 순환이라고 함
○ 공기 중의 CO2는 물과 작용하여 육상 식물 및 수중식물들의 광
합성에 의해 탄수화물(포도당)을 형성 ---> 성장 등에 이용
○ 식물의 포도당은 초식 동물의 먹이로써 흡수되어 호흡 과정에서
CO2와 물로 전환되며, 호흡 과정에서 발생된 에너지는 생명활동
에 사용되고 열로 소실된다.
○ 초식 동물의 유기물은 육식 동물의 먹이로서 흡수되어 호흡 과
정에서 분해되어 CO2와 물로 전환되며, 호흡 과정에서 발생된
에너지는 운동 및 생명활동에 사용되고 열로 소실된다.
○ 생물의 노폐물이나 사체 등은 분해자에 의해 분해되어 에너지를
발생하고 최종적으로 CO2를 발생한다.
○ 결국, 탄소 원자는 대기 중의 이산화탄소에서 출발하여 유기분
자가 되어 생물들 사이에서 이동되다가 다시 대기 중으로 방출.
2) 에너지의 이동
○ 에너지의 이동은 일방적인 것이며 생태계의 생물 상을 거치게되
나 일단 여기를 거쳐 나온 에너지는 되돌아오지 않는다.
① 에너지 법칙
○ 열역학 제1법칙
→ 에너지 보존의 법칙 : 생물계의 어느 성분도 그 자
신의 에너지를 창조할 수는 없다.
○ 열역학 제2법칙 (방향성과 비가역성)
→ 열은 고온에서 저온으로 스스로 이동할 수 있지만 저온에서 고온으로 스스
로 이동할 수는 없다.
→ 열은 100% 일로 바뀔 수 있지만 일은 100% 열로 바뀔 수 없다(에너지 효율
에관한 문제).
② 태양 에너지의 고정
○ 지구표면의 생물체는 태양의 복사선과 지표면에 반사된
고주파 복사열에 노출되고 이들 에너지의 일부는 생태
계의 자양성 생물이 광합성을 하는데 사용된다.
㉠ 생산자의 역할
○ 식물은 환경 속의 저에너지 물질( CO2와 물)을 결합시켜 고에
너지를 함유한 먹이를 합성하는데 빛에너지 사용
○ 6CO2 + 6H2O + 빛에너지 → C6H12O6 + 6O2
○ 광합성으로 만들어진 물질은 매우 안정된 분자구조를 가지고 있
어서 식물이 에너지로 쓰기 위해서는 몇 차례 의 변화를 거쳐야
한다. → 이 과정을 호흡이라 한다.
○ C6H12O6 + 6O2 → 38ATP + 6CO2 +6H2O + 열에너지
○ 이과정에서 에너지는 A.T.P(adenosine triphosphate)라는 새로
운 물질로 옮겨간다.
○ A.T.P는 불안정한 고에너지 물질로서 저장될 수는 없고 세포를
만들거나 수리하는데 바로 사용된다.
○ 일반적으로 식물이 광합성을 고정하는 에너지의 양은 호흡에 의
하여 쓰이는 에너지 양보다 많아서 여분의 물질은 생장에 쓰이
거나 뿌리, 종자 등에 저장된다.
㉡ 소비자의 역할
○ 식물에서와 마찬가지로 안정된 먹이는 호흡과정을 거치는데 이
때 화학에너지는 계속 ATP에 전이되어 생명유지 및 운동에 필요
한 에너지를 공급하게 된다.
○ 동물의 호흡 역시 비효율적이어서 부산물로 열이 발생 → 일부
는 체온 유지에 쓰이고 나머지는 몸밖으로 빠져나간다.
3) 먹이의 연쇄
○ 연쇄현상 : 식량 에너지가 자양성 식물로부터 동물에게
차례로 먹히거나 분해되어 가는 현상이 생물권에서는
끊임없이 일어나는데 이러한 단계적 식량 에너지의 이
동현상
○ 영양단계 : 에너지는 먹이 연쇄의 한 단계에서 다음 단
계로 연속해서 전환해 가는데 생물 에너지론의 견지에
이 연속하는 단계를 말함.
→ 한 단계를 거칠 때마다 에너지는 약 80～90%정도가
감소한다.
○ 먹이 연쇄 수준에 따라 질량, 에너지, 생물의 수가 차
츰 줄어드는 모양이 되므로 이 구조는 피라미드 모양으
로 보인다.
4. 생태계의 특성
1) 항상성의 유지
○ 생태계에는 그 정상상태를 유지하려는 항상성
(Homeostasis)을 지니고 있다.
○ 정상상태를 유지하려는 생태계의 조절기능은 어느 종이
든 일정한 수 이상으로 증식하고 번영하는 것은 허용하
지 않는다.
2) 상호 의존
○ 생물학자 배리 코머너는
→ 생태학의 첫 번째 법칙은 모든 것은 다른 모든 것
과 관련되어 있다.
3) 복잡성
○ 생태계는 복잡하고 미묘한 상관관계의 그물에 서로 얽
혀져 있다.
○ 복잡한 생태적 그물에 대해서 “우리가 생각하는 것보다
더 복잡할 뿐 아니라, 우리가 생각할 수 있는 것보다
더 복잡하다.”
4) 적응
○ 주어진 환경에서 생물이 생존에 유리한 방향으로 스스
로의 체계나 환경을 형성하는 반응 과정
→ 생물의 진화과정
5. 생태계의 다변성
1) 개발에 의한 생태계의 변화
○ 인류는 대단위의 평원개발로 곡식을 심거나, 삼림을 벌채하거
나, 댐의 건설, 건축물의 신축, 도로의 건설 등 인간의 활동
에 의해서 생태계를 변화시키고 있다.
2) 대기오염이 생태계에 미치는 영향
○ 대기중의 CO2는 300ppm 정도로 지구 외부로 나가는 장파
반사(적외선)를 흡수하므로 대기의 온실작용을 한다.
○ CO2의 증가는 지구의 기후에 변화를 가져옴.
3) 농약살포와 생태계의 변화
○ 농약의 살포는 해충의 저항성 획득(resistance), 잠재
곤충의 병 해충화(resurgence), 농약의 잔류(residue)라
고 하는 3R 문제를 낳았다.
○ 농업생태계 내에서 사용한 농약이 비록 단기간 내에 분
해되어 무독화 된다고 하여도 그것이 생태계 내의 생물
관계에 미치는 영향은 훨씬 장기화하며 교란이 심한 경
우에는 회복이 곤란하기까지 하다.
4) 육상 생태계의 변화
○ 인류의 역사와 더불어 특정의 생물 집단이 파괴되기 시작함.
○ 특정 생물 집단의 파괴는 필연적으로 야생동물의 감소를 초래
→포유류만 하더라도 약 198종이 멸종됨.
5) 수권의 생태계의 변화
○ 하수나 분뇨는 발효성이 유기물을 많이 함유하고 있어
부영양화의 원인이 되고 있다.
○ 공장폐수는 조업내용에 따라 수계생태계에 미치는 영향
을 일률적으로 말할 수는 없으나 심한 경우 어패류가
사멸하고 가까운 경우도 어류상을 변화시킴
○ 광산폐수는 강산성, 중금속 등으로 수생생물에 큰 영향을 줌.
○ 석유폐수는 해양오염의 주원인으로 양식 어업에 큰 영향을 줌.
6) 생물계의 농축
○ 오염물질이 생물 내에 농축되는 현상.
→ 지렁이는 흙 속의 농도보다 더 높은 농도로 DDT,
BHC등을 흡수한다.
→ 굴을 0.002ppm의 DDT의 함유한 해수에 넣어두면
151PPM의 DDT 농도를 나타낸다.
7) 환경에의 적응, 성장 및 진화
○ 새로운 환경 조건에 적응하기 위해 선택을 하게 되고 이러한 선
택이 오랜 고립 기간 동안 이루어지면 염색체의 변화를 일으키
게 되고 종이 발전하게 되며 이에 따라 유전자 및 DNA 상태 등
이 유전하게됨 .
8) 인구 조절 필요성
○ 인구의 자연적인 증가가 환경의 자정 능력의 한계를 넘
어서 생태계에 영향을 미치게 되기 때문이다.
○ 인구 폭발은 인간이 생존욕, 생식욕, 생활 증진욕이 커
져가데 되고, 궁극적으로 인구가 2050년경에는 70억 이
상이 되어 점점 생태계에 과도한 부담을 주게 된다.
○ 인구증가로 도시 및 대도시권에 인구가 집중되어 환경 오염, 주
택난, 교통난, 빈부 격차 등이 유발된다.
인 구 론
1. 서 론
○ 인구 폭발→ 유아 사망률의 감소
→ 평균 수명의 연장
○ 1994년 세계의 인구 → 56억 7천만 명
2000년 → 62억 명
2005년 → 85억 명
○ 인구의 81%는 대부분은 아시아, 아프리카, 남미에 있다.
○ 한국의 인구
→ 1690년(숙종 16년)에 약 695만 명으로 추산
→ 1906년에는 1290만 명 → 200년 동안 2배
→ 1945년(해방직후)에는 남한 1900만 명, 북한 600만 명
→ 1994년 남북한의 인구는 6794만 명 → 세계 15위
→ 남한 인구 4445만 명(세계인구의 0.8%) → 25위
→ 남한 인구밀도는 449명/km2 → 세계 3위(도시국가제외)
→ 성비는 1985년 108, 1994년 120 → 전통적인 남아선호
사상의 결과
2. 인구 증가율
○ 출생율
→ 보통 1년간 인구 1,000명에 대해서 출생된 어린이의 수
→ 미국의 예로 1971년 4월 30일로 끝나는 12개월 동안
372만 9,000명이 출생하고 1970년 10월 31일(그 기간의
중간 시)의 인구는 2억 520만 명으로 추정되면
3,729,000/205,200,000=0.0182,
0.0182×1,000=18.2명
○ 사망
→ 동일기간동안에 191만 9,000명이 사망하였으므로 사망
률은 9.4명
○ 자연증가율
→ 출생율-사망율
→18.2-9.4 = 8.8 → 1000명에 대하여 8.8명
→ 백분율로 보면 0.88% → 산업국가의 전형적 증가율
○ 현재 세계의 인구 증가율은 1.7%이다.
3. 배가년도의 단축
○ 인구증가의 심각성은 현재의 인구증가가 산술적인 성장이
아니고 지수적 성장추세를 보이고 있기 때문이다.
○ 1800년경까지는 산술급수적으로 증가하다 그 이후는 기하급
수적으로 급격히 증가함.
년 도인구 추계(백만명)
인구배가기(년)
년 도인구추계(백만명)
인구배가기(년)
8000 B. C
1650 A. D
1850 A. D
5
500
1,000
1,500
200
80
1930 A. D
1975 A. D
2,000
4,000
45
35
연증가율(%) 0.01 0.1 0.5 1 2 4 5 7 10
배가기간(년) 7000 700 140 70 35 18 14 10 7
연평균 인구증가율과 배가기간
○ 배가기
○ 94년 현재 우리 나라의 연평균 인구증가율은 약 1%이며
아프리카의 인구증가율은 3%이다.
○ 맬더스의 인구론(1798년)
→ 인구에 관한 최초의 체계적인 연구서
→ 인구는 제한하지 않으면 기하급수적으로 증가하고 식량
은 산술급수적으로 증가한다.
→ 맬더스는 식량의 부족에도 불구하고 계속 생존하려면
인구의 증가가 어떠한 형태로든지 억제되어야 한다고
믿었다.
→ 인구 증가의 억제요소로 전쟁, 질병, 범죄 및 기아와
같은 적극적 억제와 만혼, 성적 절제 같은 도덕적 억제
이다.
○ 지구가 수용할 수 있는 사람수, 즉 지구의 인구 부양능력은
관점에 따라 매우 많은 차이를 보이고 있다.
→ 지구의 경작면적과 식량 생산 능력
→ 식생활의 수준에 따라 부양능력에는 차이가 생김
4. 인구의 집중
○ 인구 증가 자체도 문제이지만 인구가 좁은 지역으로 특히
도시지역으로 몰리는 도시화가 인구 및 환경문제에 있어
서 중요한 의미를 갖는다.
○ 도시화 : 도시적 생활 양식을 향유하는 인구가 도시지역으로 집
중되는 현상 → 산업화, 공업화와 밀접한 관련
○ 세계의 도시화 비율은 현재 약 45%이고 2000년대 후반이 되면
70%를 넘어설 것으로 예측
○ 우리 나라의 도시화율은 1994년 79%이고, 2030년에는 87%로
증가가 예상됨.
○ 도시화의 부작용은
→ 대기 오염과 소음, 수질오염 등의 환경오염
→ 교통 혼잡, 범죄, 좌절된 인간관계에서 오는 소외감,
군중 속의 고독감, 심한 경쟁관계에서 오는 스트레스,
자연과 접할 수 없는 휴식공간의 부족 등
○ 우리나라의 경우 서울을 중심으로 한 수도권의 인구 집중
현상이 두드러짐.
→ 서울의 면적은 0.6%이지만 국민 4명중 1명이 거주
대학의 40%, 경공업의 35%, 금융자본의 70%, 전국 고등
학교 이상 졸업자의 70%가 서울에 집중되어 있다.
→ 수도권 인구는 총인구의 43%를 차지함.
5. 인구의 안정화
○ 인구의 증가를 효율적으로 억제하여 인구의 안정화를 꾀하
려면 가족계획 사업을 효과적으로 추진해야 한다.
1) 자발적 가족계획
○ 자발적 가족계획→자발적 조치(피임제, 콘돔, 금욕)를 통하
여 가족계획을 실현하는 것.
2) 자발적 수준을 넘어선 가족계획
① 유산의 합법화
○ 세계적인 추세는 유산이 점점 합법화되는 추세
○ 유산의 문제점
→ 저개발 국가에서는 낙태수술경비를 지불할 수 없는 사
람이 많다.
→ 유아 살해에 대한 윤리적 문제
② 여성의 교육 및 고용기회의 증대
○ 여성의 교육기회 및 고용기회를 사회적으로 증대시켜 주고
여성의 지위를 향상시킴으로써 인구 증가율을 낮출 수 있
다.
○ 이러한 사항은 국가에서 장려할 수 있으나 조직적으로 규제
하기는 어렵다.
③ 경제적 수단에 의한 억제책
○ 가족계획을 하거나 출산율이 낮은 지역에 경제적 지원을 하
는 정책
○ 경제적인 혜택을 박탈함으로써 인구를 억제하는 방법도
있다.
3) 중국의 가족계획 : 세계인구의 억제에 있어서 가장 효과적인 가족
계획 실시 → 인구 증가율은 약 1%
① 결혼 연령의 상승 권유
② 결혼 시 가족계획 선서
③ 서약 불이행자에 대한 수혜 조치 반환
④ 피임제의 무료 배부
⑤ 무료 유산의 지원
⑥ 교육, 홍보 활동
⑦ 지도 그룹의 모범
⑧농촌의 점진적인 도시화 정책--->도. 농간의 단절의 벽 제거 목적
⑨ 도급식 토지 분배 정책 ---> 사람이 늘어도 토지는 늘지 않는다.
⑩ 농촌의 양로 사회 보장제 구축 ---> 남아 선호 사상 감소를 위해
※ 중국의 가족 계획 문제점
- 인구의 급격한 노령화
- 남녀 성비의 불균형
- 미등록 인구 존재
- 소황제
4) 가족계획의 성공 여부
○ 가족계획의 성공은 사람들의 의식변화에 달려있다.
○ 우리나라의 가족계획사업의 걸림돌은 뿌리깊은 남아선호
사상이다.
○ 이런 문제는 남녀 평등에 기초한 민주사회를 정착시키고 국
민연금, 의료보장제도 등으로 노후의 경제생활을 보장하는
복지 사회를 이루면 차츰 해결이 될 것이다.
식 량 문 제
1. 식량 생산의 현황
1) 세계의 식량 생산량
○ 농업기술의 발달과 경작지의 증가로 꾸준히 증가 추세
→ 1984년의 곡물생산량은 1950년에 비해 2.6배 증가
○ 1984년 이후에는 인구 증가율보다 곡물 증가율이 낮아짐
→ 1989년의 총 곡물 생산량은 1984년에 비해 1% 증가
→ 인구 증가율을 고려시 일인당 곡물량이 7% 감소
2) 생산력 감소
○ 초지, 삼림지역
→ 대기 오염과 산성비로 인해
→ 과도한 방목 → 토양유실의 가속화, 토양의 가축부양
능력의 약화
○ 농경지
→ 과도한 비료, 농약의 사용으로 토양이 산성화 됨
→ 물질순환이 이루어지지 않아 자력의 저하
3) 세계의 주요 식량작물
○ 식용 가능한 식물 → 최소 3000여종(150종 이상을 경작 16
종만 주요곡물로 생산 중)
○ 16대 주용 식량 작물
종류 곡물
곡류
당료식품
서류
두류
나무과수
쌀, 밀, 옥수수, 수수, 보리
사탕수수, 사탕무
감자, 고구마, 카사바
콩, 팥, 땅콩
코코넛, 바나나, 견과류
→ 쌀은 세계 인구 반 이상의 주식 : 총 칼로리의 60%를
제공
→ 밀은 서양인의 주식
4) 다수확종자의 개발
○ 1941년 멕시코에서 시작
○ 다수확 품종 개발 후(화학비료, 농약사용) 생산량은 밀 3배
옥수수는 2배로 증가 → 녹색 혁명
○ 녹색혁명은 인류의 식량문제의 해결책이지만 생태학적 견지
에서 여러 문제점이 있음.
→ 다수확 품종은 환경에 대한 저항성이 약함
→ 농약의 과다사용, 관리비용이 많이 소요됨
5) 우리 나라
○ 1994년 우리 나라의 식량 자급량(%)
연 도 쌀 보 리 옥수수 전체(사료포함)
1965
1975
1985
1990
1991
1992
1993
100.7
94.6
103.3
108.3
102.3
97.5
96.8
-
92.0
67.3
96.1
74.4
82.6
77.2
36.1
8.3
4.1
1.9
2.1
1.2
1.4
93.9
73.1
48.4
43.0
37.5
34.1
33.9
○ 총 양곡 소비량의 62%를 수입(18.8억달러)
○ 최근 도시팽창으로 근교경작지 감소
→ 주택용지, 공업단지로 전환, 영농비 상승, 일손부족으
로 농지가 버려지고 있음.
→ 1992년에는 1800정보의 경지 면적이 줄어듬
○ UR이후 농수산물 개방이 이루어져 식량 자급이 전망은 더욱
어두워지고 있다.
2. 식량 문제의 해결방안
1) 채식의 장려
○ 선진국의 육류소비량 : 후진국의 10-25배
→ 가축에게 먹이는 곡물량(세계곡물의 1/3, 후진국의
가축 먹이의 11배)
→ 애완동물의 먹이(미국 2천만 명이 먹을 수 있는 단백질
양이 애완동물의 먹이)
2) 비전통적 식량, 강화식, 단세포 단백질 개발
○ 식량 식물로 개발될 수 있는 잠재력을 기진 식물
→ 날개콩, 코코얌, 이드(씨종류), 루센티(콩류),야생채소
○ 식용 동물의 가능성
→ 식용바퀴, 여치, 메뚜기, 나비(유충), 개미, 팥뚜기,
나무거미
○ 강화식
→ 기존 식품에 비타민, 광물질, 부족한 아미노산을 첨가
하여 식품가치를 증대시킨 것
○ 단세포 단백질
→ 조류를 키워 사람이나 가축의 식량으로 사용
→ 주로 녹조류에 속하는 광합성 조류인 클로렐라를 배양
3) 어획고의 향상 및 양식
○ 어류의 단백질 공급
→ 동남아에서 총단백질 공급량의 55%, 아프리카는 19%
세계적으로 25%
○ 양식에 의한 해산물 수확량을 증가시킴으로서 단백질 식량의 공
급량 늘림 → 연안해의 오염 심화되어 폐허화되는 양식장 증가
4) 경작지의 증가
○ 경작 가능한 토지 중 44%만 사용 중
○ 경작지 증가의 문제점
① 거리가 멀고 해충의 발생이 심한 지역이 많다.
○ 남미의 아마존강, 아프리카 우림지 등은 접근하기가 멀다.
○ 서아프라카 지역은 해충이 많다.
② 토양척박지가 많다.
○ 벌채하면 토양 침식 가중되고 사막화 됨
③ 관개하기가 어려운 지역이 많다.
○ 건조지역은 관개만 하면 경작이 가능함
→ 막대한 비용이 소모됨
5) 작물의 수확량 증가
○ 식량 증산 방법중 가장 핵심
○ 녹색혁명
→ 1960년대 - 90% 증산, 1970년대 - 70% 증산
○ 품종 개량, 집중적 영농 관리를 통한 식량 증산시 문제점
→ 다수확품종 : 비료와 수분을 다량 필요함
→ 병충해에 대한 저항력이 약함
→ 노동력, 기술적 지원이 많이 필요함
6) 병충해로부터 손실 저하
○ 매년 45%로 추정
→ 수확 전 33%, 수확 후 12%
○ 3000여종의 농약이 사용중
→ 우리 나라의 경우는 200여종이 주로 사용 됨
→ 병충해를 신속히 저가로 줄일 수 있는 장점
○ 단점
→ 무관한 생물, 특히 천적을 죽임
→ 유전적 저항성의 증대
→ 난 분해성
→ 야생동물, 인간의 건강 위협
→ 생태계의 다양성 감소
○ 이상적인 농약의 특성
→ 표적이 되는 해충만 죽일 것
→ 농약의 잔효성이 짧고 무해한 산물로 분해할 것
→ 유전적 저항성이 없을 것
→ 값이 경제적일 것
7) 생태학적으로 건전한 병충해 제어 방법
① 경작적 제어
○ 윤작으로 병해충 발생 방지
○ 식물의 줄기나 잔해 제거해서 병충해의 서식지 및 저장고를
파괴함
② 생물학적 방제
○ 천적을 이용하여 해충 방제
→ 표적이 되는 해충만 죽인다는 장점
○ 단점 : 대량 생산이 어렵다.
→ 농약에 의해 죽지 않아야 하고 이것 자체가 병충해가
되지 않아야 한다.
③ 불임에 의한 제어
○ 실험실에서 해충의 수컷을 대량 사육 후 방사선 등으로
불임으로 한 후 암컷과 교접
→ 장점 : 방사 표적이 되는 해충만 제거할 수 있음.
→ 단점 : 불임된 수컷이 충분해야하고 교접시기와 행동에 대
한 정확한 지식이 필요
④ 유인제에 의한 제어
○ 소리, 빛, 성유인 물질으로 해충 박멸
→ 표적이 되는 해충만 죽인다는 장점
→ 각 해충별로 특이한 유인제의 분리가 어렵다.
⑤ 호르몬제에 의한 제어
○ 청춘 호르몬을 써서 빨리 노쇠화 시켜 죽게 하거나 변태
호르몬을 써서 변태를 하지 못하게 하거나 지연 시켜
죽게 함
→ 장점: 합성이 용이, 동물에 무독. 일주일 이내에 분해,
소량으로 효과가 나타남
→ 단점 : 시간이 오래 걸림, 대규모 발생에는 효과가 없
다. 작용 전에 환경 중에서 분해되기도 함
⑥ 저항성 품종의 육종
○ 좋은 품종의 동식물의 육성, 품종을 개량하는 일
○ 유전, 육종학적인 지식과 연구가 요구, 시간과 경비가 소요
⑦ 종합적 방제
○ 경작농토를 하나의 생태계로 간주하여 화학적, 생물학적 및
경작적 제어를 종합적으로 적절한 시기에 적절한 순서로 실시
한다.
→ 단점 : 복잡하고 전문적 지식이 필요, 장소에 따라 효
과가 다름, 초기 경비가 많이 소요됨