세상愛발견1
자원의 고갈과 환경 문제로 화석연료를 대체할 다양한 미래 에너지 발굴에 대한 노력이 세계 곳곳에서 이어지고 있다. 에너지 고갈은 물론 미세먼지 걱정 없는 청정에너지 세상으로의 기술, 우리 삶을 더욱 풍요롭게 할 상상 이상의 미래 에너지를 살펴보자.
[글 편집실]
우주에서 전기 만든다
우주 태양광 발전
우리가 쓸 에너지를 지구 밖인 우주에서 생산해 공급받을 수 있다면 어떨까? 이 SF 영화에서나 가능할 법한 실험이 현재 세계 각국에서 진행되고 있다. 이름하야 '우주 태양광 발전'이 그것. 우주 공간에서 위성으로 된 발전소를 띄워 햇빛을 전기로 바꾸는 우주 태양광 발전이 현실화된다면 지상에서 생산하는 태양광 에너지보다 훨씬 많은 전력을 안정적으로 생산할 수 있다. 밤이 없는 우주에서는 태양이 지구 그림자에 가려지는 때를 제외하고 거의 24시간 전기를 만들 수 있으며, 대기 가스나 구름, 먼지, 기상현상과 같은 장애물이 없기 때문에 전력량도 땅 위보다 2배 이상 많이 생산할 수 있다. 이 같은 아이디어는 재미있게도 세계적인 SF 작가인 아이작 아시모프가 1941년 발표한 단편 소설에서 처음 등장했다. 실제 우주에서 태양 에너지를 직접 활용하자는 제안은 1960년대 말부터 있어왔으나 비용 문제로 실현이 불가능한 것처럼 보였다가 최근 미국, 중국, 일본 등 세계 각국의 우주 기술이 날로 발전해 구체적인 계획이 속속 발표되고 있다. 이에 따르면, 빠르면 20년 뒤에는 우주 태양광 발전으로 에너지를 공급받게 된다.
에너지 혁명이 열린다
인공 태양
핵융합에너지로 일컬어지는 태양에너지는 수소 원자핵들이 충돌하고 융합하면서 생겨난다. 이는 원자력발전과 달리 방사성물질이 전혀 나오지 않으며, 온실가스 배출이 없고 자원고갈 문제에서 자유로운 궁극의 에너지다. 그렇다면 인류가 이러한 인공태양을 만들 수 있을까? 지구에서 인공적으로 핵융합반응을 일으키기 위해서는 1억℃의 온도가 필요한데, 이는 원료기체에 전기장을 가해 빠르게 충돌시켜 만든 플라즈마(전기적 성질을 지닌 이온상태)를 다양한 방법으로 가열해 얻을 수 있다. 1억℃에 달하는 엄청난 고온의 플라즈마를 견딜 수 있는 용기가 지구상에 존재하기는 할까? 바로 자기장을 이용해 가두는 방식으로 현재 연구가 진행 중이다. 과학자들은 핵융합로를 300초 운전할 수 있으면 핵융합 반응을 계속 유지할 기술을 확보할 수 있다고 말하는데, 현재 우리나라의 핵융합연구장치인 KSTAR에서 세계 최초로 지난해 1.5 초 유지에 성공했다. 아직 300초까지는 갈 길이 멀지만, 우리나라를 필두로 유럽연합(EU), 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도가 공동으로 만들고 있는 국제핵융합실험로(ITER)가 2050년이면 전력을 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
에너지를 증식하다
메타 에너지 하베스팅
전력은 생산될 때부터 절반 이상이 버려지는 등 모든 에너지는 어떤 방식으로 생산해도 손실이 발생한다. 에너지 하베스팅은 이렇듯 일상생활에서 버려지거나 숨어 있는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술을 말한다. 사람의 움직임이나 물, 바람, 진동, 태양광선 등의 자연 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것은 물론, 차량의 소음이나 폐열, 실내 조명광, 방송 전파 등 주변에 버려지는 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 사용할 수도 있는 기특한 기술이다. 에너지 하베스팅은 이렇듯 에너지 효율을 높일 수 있는 이상적인 방법임에도 생산 전력량이 부족한 것이 단점으로 꼽혔다. 최근 이러한 기술에 또 다른 기술이 더해졌다. 한국표준과학연구원이 에너지 하베스팅에 메타물질*을 적용해 기존 대비 22배 이상 증폭된 전력을 생산해내는 데 성공한 것. 메타 에너지 하베스팅은 스마트시티 기반시설을 신경망처럼 연결해주는 사물인터넷 센서의 전기 공급에 적격이다. 그간 IoT 센서는 주기적으로 배터리를 교체하거나 태양광 등 기상조건에 의존했지만, 이제는 기계적 에너지를 통해 전기를 안정적으로 공급받아 영구적 사용이 가능해질 것으로 기대된다.
*메타물질: 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록, 반복적인 패턴으로 형성된 플라스틱, 금속 등 일반적인 물질 집합체.
