에너지 기술
에너지 기술의 필요성에 대해 이야기하자면 현대에 살아가는 사람들은 항상 이동하면서 통신수단을 사용하기 때문에 그만큼 에너지를 때와 장소를 가리지 않고 사용할 수 있어야 합니다. 그리고 이러한 필요에 부응하기 위해 다양한 형태의 에너지를 사용하기 위한 에너지 기술이 사용되고 있습니다. 예컨대 가솔린에 화학적으로 저장된 에너지는 연소과정을 거치며 활용됩니다. 운동 중인 진자는 이미 운동에너지를 보유하고 있고, 팽팽한 줄은 위치에너지를 보유하고 있습니다. 전자는 가장 많이 사용되는 에너지 형태로 보고 있습니다. 수송 효율이 좋고 응용분야도 광범위하기 때문입니다. 물리학의 관점에서 보면 에너지를 생산하거나 활용하는 모든 기술적 장비들은 에너지 변환기기입니다. 에너지 생산이란 일반대중이 손쉽게 사용하도록 석탄 같은 천연자원에서 전기 따위의 형태로 에너지를 전환하는 공정을 말합니다. 이렇게 생산된 에너지는 컴퓨터를 켜고 쓰는 따위의 각 용도에 맞게 취해집니다. 에너지 생산에 흔히 쓰이는 기술적 장비는 발전기, 전기 생산용 열병합기, 열 생산용 용광로가 있습니다. 에너지 사용장비로는 전기모터, 전구, 전기오븐 등이 있습니다. 에너지는 이를 필요로 하는 곳에서 쓸 수 있도록 수송되어야 합니다. 전기를 수송하는 데는 고압용 구리전선이 쓰입니다. 도체(전선)를 타고 흐르는 전기는 도체의 저항으로 에너지가 손실됩니다. 전선 자체가 전기에너지 일부를 열로 전환하는 데 전기를 쓰는 셈입니다. 따라서 이 손실을 최소화하기 위해 에너지의 상태를 바꿔주기도 합니다. 즉 전력이 효율적으로 목적지까지 수송되도록 저전압 전기를 고전압, 저전류로 변환시켜 사용합니다. 어떤 형태의 에너지로 수송되든 열역학 제2법칙에 따르면 에너지 변환 시 에너지가 일부 손실됩니다. 예컨대 운동에너지는 기어, 벨트, 체인을 동원해 수송될 수 있지만, 동시에 운동에너지 일부가 마찰을 통해 열 에너지로 소실됩니다. 진자 또한 마찰과 공기저항에 의해 느려지면서 열의 형태로 에너지를 내보내고 있습니다.
소비
에너지 소비가 용이한 석탄이나 천연가스 등은 그 양이 유한하기 때문에 이와 관련한 건축자, 공학자, 운송관계자 들은 에너지를 효율적으로 사용하기 위해 연구를 합니다. 조명기술은 이렇게 에너지 소비를 효율적으로 하는 좋은 예가 될 수 있습니다. 일반 전구는 전기가 금속성 필라멘트를 흐르면서 빛을 냅니다. 이때 필라멘트의 정항으로 열이 발생하고 달아오릅니다. 하지만 전구의 에너지는 대부분 보이지 않는 자외선으로 방출됩니다. 표준전구가 방출하는 가시광선은 전구가 소비하는 전기 에너지의 1~2%에 불과합니다. 한편 형광전구와 소형 형광전구의 경우 전기에너지의 10%를 가시광선으로 방출합니다. 이들 전구는 전기가 기체의 전자들을 자극하고 이들의 에너지 준위를 높여 기체 원자들로 하여금 자외선을 방출하게 만듭니다. 전구 안에 든 형광물질이 자외선 방출을 가시광선으로 전환하는 것입니다. 발광다이오드 LED는 이보다 효율이 더 높습니다. 컴퓨터프로세서와 마찬가지로 LED는 반도체 재료로 제작됩니다. LED에 전류가 흐르면 반도체 내 전자들은 낮은 에너지 준위로 떨어지고 가시광선을 방출합니다. 이처럼 전기를 직접 빛으로 전환함으로써 LED는 에너지 효율을 20%까지 향상했습니다. 많은 사람들이 에너지효율이 우수한 가전제품으로 신중하게 구매하고 소형형광전구를 사용합니다. 하지만 대부분 가정의 에너지 소비비중이 가장 큰 부문은 냉난방입니다. 다행히 난방은 에너지를 절약할 수 있는 여지가 가장 큽니다. 새로운 건축물에 쓰이고 또 필수로 요구되기도 하는 최첨단 단열 재료들은 기존 건축물에 비해 냉난방 비용을 크게 절감시켜 줍니다. 특히 유럽에서는 단열 효율성에 대한 요구에 부응하는 주택을 패시브 하우스라고 합니다. 이러한 주택에서는 요리, 가전제품, 거주가의 체온 등에서 발생하는 온기로 실내를 충분히 쾌적하게 하므로, 별도의 난방장비가 필요하지 않습니다. 단, 전기 환풍설비와 온수기는 필요합니다.
연료
연료 중에서 가장 많이 쓰이는 화석연료는 선진국이든 개발도상국이든 간에 아주 중요한 에너지 제공원입니다. 그런데 이러한 연료가 날로 그 필요량이 증가하기 때문에 기술개발이 필수입니다. 화석연료 중 석유는 가장 중요한 연료인데, 이를 사용하기 전에 정제의 과정이 필요합니다. 정유소에 투입된 원유는 가장 먼저 황이 제거됩니다. 그런 다음 증류공정을 거치며 무거운 성분과 가벼운 성분들로 분류됩니다. 즉 가솔린, 디젤, 보일러 등유, 타르가 생산됩니다. 가솔린에는 엔진성능을 향상하고 마모를 줄이기 위해 다양한 물질이 첨가되기도 합니다. 한편 석탄은 기계적 세정작업만 거치고 곧바로 활용됩니다. 이른바 '크래킹; 기법으로 석탄에서도 차량 구동에 쓰이는 액체연료를 생산할 수 있습니다. 하지만 기술적으로도 복잡하고, 채산성도 맞지 않아 거의 사용되지 않습니다. 천연가스는 85~98%의 메탄과 기타 탄화수소, 이산화탄소를 함유하고, 간혹 헬륨이 들어있습니다. 수송 용이성 및 연료로써의 활용도를 높이기 위해 압축하여 부분 액화상태로 수송됩니다. 이 압축공정에서 발생하는 열도 일반가정이나 수영장 난방을 비롯한 용도로 쓰입니다. 화학적 에너지는 다양한 경로로 방출되고 사용됩니다. 수많은 발전소에서 연소 엔진용 연료를 생산합니다. 연료의 에너지는 열로 전환되고, 다시 이 열은 물을 증기로 만들며, 증기가 압력을 일으키면서 터빈을 돌립니다. 터빈은 발전기를 구동하여 유도원리에 따라 전기를 생산합니다.