논․서술형 문제

단원명	Ⅴ-3. 에너지 문제와 미래의 에너지	( )년 ( )월 ( )일
학 습 주 제	- 신․재생 에너지의 연구 개발에 힘써야 하는 이유는 무엇일까? - 태양 에너지의 원리와 장단점은 무엇일까?	교과서 408～427쪽
		( )학년 ( )반 ( )번 ( )

◈ 논․서술형 ◈

1. 현재 가장 널리 사용되는 에너지 자원은 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석 연료이다. 화석 연료는 어떤 과정을 통하여 생성되는지 각각 설명하시오.

- 석탄: 두꺼운 식물 퇴적층은 토탄층을 이루었다가, 지각의 침강으로 지층이 토탄층 위에 두껍게 쌓인 후 열과 압력을 받아 생성된다.

- 석유 : 지질 시대의 대규모 지각 변동 때 많은 생물의 사체가 진흙 퇴적물과 함께 퇴적된 후, 공기와 - 접촉하지 않은 상태에서 오랫동안 높은 온도와 압력, 박테리아의 작용을 받아 생성되었다.

천연가스 : 일반적으로 석유의 생성 과정 중 만들어지며, 석유가 포함된 지층의 상부에서 발견된다.

2. 석탄에 비하여 석유와 천연가스가 에너지 자원으로 더 널리 사용되는 까닭은 무엇인지 설명하시오.

석유와 천연가스는 보관과 이동이 용이하고 연소 후 부산물이 남지 않으며, 정제 과정에서 유독 물질과 환경오염 물질을 제거할 수 있어 석탄보다 널리 사용된다.

3. 방사성 에너지 자원에 의한 원자력 발전은 이산화탄소와 환경오염 물질을 배출하지 않는 장점이 있지만 화석 연료만큼 널리 이용되지는 않는다. 그 까닭은 무엇인지 설명하시오.

원자력 발전소를 건설할 때는 화력 발전소를 건설할 때보다 많은 돈과 시간이 필요하며, 지진을 비롯한 지각 변동이 잘 일어나지 않는 안정된 지층에 건설해야 한다. 또, 사고가 발생하면 방사능 누출에 의한 심각한 피해가 나타나 그 영향이 매우 오래 지속되기 때문이다.

4. 최근 신․재생 에너지의 연구 개발과 보급이 확대되는 까닭을 설명하시오.(단, 기존의 화석 연료 과다 사용으로 인해 발생한 문제점들과 대비되는 신․재생 에너지의 특징(장점)을 중심으로 서술할 것)

기존의 화석 연료는 온실 기체 배출로 인해 지구 온난화와 같은 기후 변화의 문제를 일으켰으며, 한정된 매장량으로 인한 자원 고갈의 문제가 있다. 반면, 햇빛, 물, 지열 등을 활용한 신․재생 에너지는 발생되는 폐기물이 거의 없어 환경 문제를 일으키지 않고, 자원 고갈의 염려가 없으며 쉽게 재생이 가능한 장점이 있기 때문에 연구 개발과 보급이 확대되고 있다.

5. 연료 전지가 미래의 동력원으로 주목을 받는 것은 높은 에너지 효율 때문이다. 에너지 효율이 높은 까닭을 에너지 전환의 관점에서 설명하시오.

연료 전지는 수소와 산소의 화학 반응으로 생기는 연소 에너지를 열로 바꾸지 않고 직접 전기 에너지로 변환하기 때문에 에너지 효율이 높다. 또한, 반응 과정에서 발생되는 열을 활용하며 그 효율을 더욱 높일 수 있다.

6. 수소 에너지는 현재 경제성이 낮아 대량 생산에 어려움이 있다. 수소 에너지가 미래의 새로운 에너지로 기대되는 까닭을 자원의 재생 가능성과 환경오염의 관점에서 설명하시오.

수소는 천연가스, 메탄올, LPG, 나프타, 등유, 물 등 다양한 연료를 사용하여 얻을 수 있으므로 다양한 자원을 재생하여 확보하기가 용이할 뿐만 아니라 물이 유일한 생성물로 환경오염의 염려가 없다. 생성된 물이 다시 원료인 수소의 공급원으로 사용될 수 있으며 이 과정에 환경을 오염시키는 부산물이 발생하지 않으므로 미래의 새로운 에너지로서 기대된다.

◈ 과학 글쓰기: 태양 에너지 ◈

태양 에너지(416쪽), 태양 전지(421-424쪽)를 읽고 다음 물음에 답하시오.

1. 다음 낱말의 뜻을 설명하시오.

(1) 태양열 발전: 집열판의 관을 따라 물이 흐르도록 하여 태양열에 의해 가열된 물의 증기로 터빈을 돌려 전기 에너지를 얻는 발전 방식

(2) 태양광 발전: 태양 전지를 이용하여 태양광 형태의 에너지를 직접 전기 에너지로 변화하는 발전 방식

(3) 태양 전지: p형 반도체와 n형 반도체를 접합하여 태양광 에너지를 통해 n형 반도체로부터 p형 반도체로 전자를 이동시켜 전류를 흐르게 하는 장치

2. 한국 신․재생 에너지 협회(http://www.knrea.or.kr/), 한국 에너지 기술연구원 태양 전지 연구 센터(http://solarpv.kier.re.kr/) 홈페이지를 방문하여 태양 전지의 발전 원리와 태양 전지의 종류에 대해 조사해 보자.

(예시) 태양 전지는 전기적 성질이 다른 n(negative)형 반도체와 p(positive)형 반도체를 접합시킨 구조를 가지며 2개의 반도체 경계부분을 pn 접합(pn-junction)이라 일컫는다. 이러한 태양 전지에 태양광이 닿으면 태양광은 태양 전지 속으로 흡수되며, 흡수된 태양광이 가지는 에너지에 의해 반도체내에서 (+)와 (-)의 전하를 갖는 입자(양공과 전자)가 발생한다. 이때 전자(-)는 n형 반도체 쪽으로, 양공(+)은 p형 반도체 쪽으로 모이게 되어 전위가 발생하며, 이 때문에 앞면과 뒷면에 붙여 만든 전극에 전구나 모터와 같은 부하를 연결하게 되면 전류가 흐르게 되는 것이다.

이러한 태양 전지 제조에 가장 먼저 사용된 소재는 단결정 실리콘이며, 현재까지도 가장 널리 이용되고 있다. 이와 더불어 다결정 실리콘을 소재로 한 태양 전지도 제조되고 있지만 이들은 덩어리진 원재료의 특성상 가공 비용이 많이 든다. 이에 비결정질 실리콘과 다양한 화합물을 이용한 박막 태양 전지가 연구, 개발되고 있으며, 최근에는 유기 태양 전지 또한 주목받고 있다.

3. 태양 전지를 이용한 여러 가지 제품들의 예를 찾아 적어 보자.

태양광 자동차, 태양광 계산기, 태양광 충전기, 태양광 휴대 전화, 태양광 가로등 등

4. 태양 전지는 흐린 날과 밤에 전기를 생산할 수 없는 단점이 있다. 이를 보완하기 위해서 어떠한 방법을 사용할 수 있는지 자신의 아이디어를 적어 보자.

(예시) 흐리거나 비가 오는 날은 태양 에너지의 양이 적으므로 태양 에너지가 많을 때 에너지를 충전했다가 사용할 수 있는 방법이 필요하다. 예를 들어, 태양광 자동차에 작동과 충전 버튼을 만들어 자동차를 운행하지 않을 때는 충전을 해 두었다가 운행할 때 작동 버튼을 눌러 흐린 날과 밤에도 충전된 전기를 사용할 수 있도록 보완할 수 있다.

자료의 출처를 기록하여 보고서를 제출하기 바랍니다.

자료 출처
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