물-에너지-식량 넥서스

왜 배우는가: 물-에너지-식량 넥서스는 물, 에너지, 식량을 따로 계획하면 한 분야의 증산이 다른 분야의 부족을 낳는 문제를 설명하는 틀이다. 취수 계획과 수자원 관리에서 취수량이 발전·농업·도시 공급과 맞물리기 때문에 실무 판단의 기준이 된다. 기술사 시험에서 기후변화와 자원 연계를 묻는 문제로 반복해서 출제된다.

출제 이력: 제117회 1교시 7번, 제112회 1교시 9번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

물-에너지-식량 넥서스는 물, 에너지, 식량을 하나의 연결된 체계로 보고 상호의존성과 상충 관계를 함께 다루는 통합 접근법이다.

• 물-에너지-식량 넥서스(Water-Energy-Food Nexus, WEF Nexus)
• 상호의존성(Interdependence)
• 상충 관계(Trade-off)
• 시너지(Synergy)
• 통합 자원 관리(Integrated Resource Management)
• 에너지 강도(Energy Intensity)
• 수자원 거버넌스(Water Governance)

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 물을 쓰면 에너지가 들고, 에너지를 만들면 물이 들며, 식량을 키우면 물과 에너지가 함께 든다는 뜻이다. 물은 발전소 냉각, 연료 생산, 관개에 쓰이고, 에너지는 취수·정수·송수·하수처리에 쓰인다. 이 세 자원이 서로 얽혀 있다는 점이 핵심이다.

정식 정의는 다음과 같다. 넥서스 접근법은 설계 단계부터 물, 에너지, 식량 시스템을 처음부터 상호 연결된 것으로 보고, 잠재적 시너지를 드러내고 충돌하는 지점을 찾아 해결하려는 방법이다. 기존의 통합 관리는 적어도 한 시스템을 이미 존재하는 것으로 두고 보는 반면, 넥서스는 미래 시스템을 처음부터 상호 연결된 것으로 설계한다는 점에서 구별된다.

핵심 용어를 풀이하면 다음과 같다.

상호의존성은 한 자원의 공급 또는 수요 변화가 다른 두 자원에 함께 영향을 미치는 관계를 말한다. 예를 들어 발전소 냉각수 취수량이 늘면 농업용수가 줄 수 있다.

상충 관계는 한 목표를 높이면 다른 목표가 낮아지는 관계다. 바이오연료 확대가 식량 가격과 물 사용량을 함께 올리는 경우가 대표적이다.

시너지는 세 부문을 함께 관리해 개별 최적화보다 전체 효율을 높이는 효과다. 하수처리수 재이용과 에너지 회수를 묶는 방식이 여기에 해당한다.

물 안보는 건강, 생계, 생산을 위해 수량과 수질이 받아들일 만한 수준으로 안정적으로 확보되고, 물 관련 위험도 용인 가능한 수준으로 유지되는 상태를 말한다.

3. 등장 배경과 필요성

산업혁명 이후 인구와 경제가 빠르게 성장하면서 자연자원에 대한 압력이 커졌다. 여러 연구는 핵심 행성 경계가 이미 초과되고 있다고 경고했다. 2008년 금융위기 이후에는 물 같은 유한한 자원을 효과적으로 관리하지 않으면 환경, 생계, 경제발전이 함께 타격을 받는다는 우려가 제기됐다.

물, 에너지, 식량 안보의 상호의존성이 부각되면서 2011년 이후 학계, 정책 기관, 개발 분야에서 넥서스에 대한 관심이 크게 늘었다. 2011년 독일 본(Bonn)에서 열린 본 2011 회의가 이 주제를 공식 의제로 다룬 계기가 됐다. 이 접근법은 지속가능발전목표 가운데 SDG 2(기아 종식), SDG 6(깨끗한 물), SDG 7(에너지)과 직접 연결된다.

필요성은 세 가지로 정리된다. 첫째, 인구 증가와 도시화로 자원 제약이 동시에 강해졌다. 둘째, 기후변화로 물과 에너지의 분배 불평등이 심해졌다. 셋째, 부문별로 따로 계획하면 한 분야의 증산이 다른 분야의 부족을 낳는 문제가 반복된다. 넥서스 접근은 이 문제를 계획 단계에서 미리 조정하려는 시도다.

전 세계 물 수요가 2050년까지 증가할 것이라는 전망과 농업이 물 사용의 큰 비중을 차지한다는 점도 필요성을 뒷받침한다. 증가와 농업 비중이 크다는 방향만 강조한다.

물-에너지-식량 세 부문을 동시에 고려이 넥서스 접근의 출발점이다.

4. 구성요소·원리·절차

물-에너지-식량 넥서스(Water-Energy-Food Nexus)는 세 자원을 따로 계획하지 않고 함께 설계하는 접근이다. 넥서스는 세 자원을 따로 계획하지 않고 함께 설계하는 접근이다. 세 자원은 같은 수자원을 나누어 쓰므로 한쪽의 결정이 다른 쪽에 영향을 준다.

구성요소는 아래 표와 같다.

물은 에너지 생산에 쓰이고, 에너지는 물을 취수·처리·공급하는 데 쓰인다. 식량 생산은 물을 가장 많이 쓰는 활동이며, 이 과정에서 에너지도 함께 소비된다. 토지·생태계는 세 자원이 기대는 기반이므로 표에 함께 두었다.

넥서스의 원리는 세 가지로 정리한다.

• 상호의존: 물은 에너지 생산의 입력이고, 에너지는 물 공급의 입력이다. 두 방향의 관계가 함께 존재한다.
• 시너지: 한 부문의 부산물이 다른 부문의 투입이 되는 연계를 찾아 효율을 높인다. 예로 폐수의 에너지 회수와 재이용이 있다.
• 상충: 한정된 물 자원을 발전, 관개, 식수에 배분할 때 경합이 생긴다. 넥서스 분석은 이 상충 지점을 미리 드러내는 데 목적이 있다.

넥서스 분석에서 에너지 소비를 물 관점에서 나타내는 지표가 에너지 원단위다. 물 1㎥를 처리하는 데 드는 에너지로 정의한다.

$EI = \frac{E}{V}$

E: 처리 또는 공급에 든 에너지(kWh), V: 처리 또는 공급한 물량(㎥), EI: 에너지 원단위(kWh/㎥). 값이 클수록 같은 물을 얻는 데 에너지가 많이 든다. 결과 단위가 kWh/㎥인지 확인한다.

넥서스 분석의 절차는 다음과 같다.

• 대상 시스템 경계를 정한다. 유역 또는 행정 구역 단위로 정한다.
• 물·에너지·식량의 투입과 산출 흐름을 목록화한다.
• 에너지 원단위 등 연계 지표를 산정한다.
• 상충과 시너지 지점을 식별한다.
• 통합 대안을 비교하고 거버넌스 방향을 정한다.

5. 관련 법령·기준·표준

넥서스 자체에 대한 법정 기준값은 정해져 있지 않다. 넥서스 자체의 법정 기준값은 없고 개별 분야 기준을 따른다. 물 부문은 물 관련 법령과 수질·수량 기준을, 에너지 부문은 에너지 관련 기준을, 식량 부문은 농업 관련 기준을 각각 따른다. 국제적으로는 지속가능발전목표(SDG)의 2번(식량), 6번(물), 7번(에너지)과 직접 연결된다.

물 안보(Water Security)는 건강, 생계, 생산을 위해 수량과 수질을 안정적으로 확보하고, 물과 관련된 위험을 수용할 수 있는 수준으로 관리하는 상태를 뜻한다. 넥서스 분석은 이 물 안보를 에너지와 식량의 목표와 함께 달성하는 방향을 찾는다.

아래 표는 본문 근거에 나온 기준값을 모은 것이다. 모든 값은 국제 기구 보고서 요약에서 가져온 전망치와 비율이다.

표의 값은 정책 방향을 보여 주는 참고치로 쓴다. 답안에는 수치를 모두 외우기보다 물 사용이 가장 큰 부문이 농업과 발전이라는 구조를 설명하는 데 쓴다. 자료마다 배분 비율이 다르게 제시되므로 한 자료의 수치를 단정해 인용하지 않는다.

현행 기준으로 답안에 쓸 것은 SDG 2·6·7과 물 안보의 정의다. 넥서스 지표는 국제 연구에서 여러 방식으로 개발되고 있으나, 표준화된 단일 지수는 아직 자리잡지 않았다. 국내에서는 물, 에너지, 식량 각 분야의 계획이 따로 수립되므로, 넥서스 관점은 분야 간 조정 단계에서 쓰인다.

6. 유형과 비교

물-에너지-식량 넥서스는 바라보는 관점과 적용 범위에 따라 여러 방식으로 나뉜다. 시험에서는 넥서스 접근법과 기존 통합관리의 차이, 그리고 WEF 넥서스 안의 상호작용 유형을 구분해 묻는 경우가 많다. 아래 두 표로 정리한다.