d라이브러리

카알의 에너지카드❶햇빛 먹고 지구 한 바퀴 돌기

안녕? 나는 스위스의 라파엘 돔얀 선장이야. 선원 네 명이랑 거대한 배 ‘플래닛솔라’를 타고 지구를 한 바퀴 도는 데 성공했지. 물론 태양에너지만으로 말이야. 2010년 9월 27일 모나코에서 출발해 2012년 5월 4일까지 584일 동안 항해했어. 모나코에서 대서양을 건너 미국 마이애미, 파나마와 갈라파고스, 태평양을 건너 통가와 호주 브리즈번, 필리핀 마닐라, 인도 뭄바이, 아랍에미리트를 거쳐 다시 모나코로 돌아왔단다.

스위스의 베르트랑 피카르 조종사는 태양광 비행기 ‘솔라임펄스’를 타고 지난 6월 대륙을 횡단하는 데성공했어. 지금까지 개발한 태양광 비행기와 다른 특징은 일반 여객기처럼 크지만 자동차만큼 가볍다는 점이지.스위스 파이에른 공군기지를 출발해 스페인 마드리드를 거쳐 모로코 라바트에 도착한 뒤 다시 스위스로돌아왔단다(총 6000km). 솔라임펄스는 이번 도전에성공해 태양광 비행기가 낮 동안 저장한 햇빛으로밤에도 날 수 있다는 사실을 처음으로 증명했어. 2014년에는 세계 일주에 나설 계획이래.

카알의 에너지카드❷ 연처럼 하늘에 둥실 뜬 풍력발전기

외계인아, 저기 바다 한가운데에 있는 거대한 선풍기는 무엇이냐? 지구가 더워졌다는 소문을 들은 적이 있는데 정말 심각한가 보군. 하하, 저건 풍력발전기야. 바다에 세우면 태풍처럼 강한 바람도 에너지로 쓸 수 있지. 지구의 과학자들은 이보다 더 센 바람도 잡으려고 풍력발전기를 하늘 높이 띄우는 연구도 하고 있단다.

풍력발전기를 하늘로 띄우는 이유는 제트기류를 잡기 위해서야. 제트기류는 대기권 상부인 고도 9~10 ㎞에서 시속 100~250㎞로 강하게 부는 바람이지. 비행기는 연료를 아끼기 위해 날아가는 방향에 따라 제트기류를 타거나 피한단다.

아직 놀라기엔 일러. 회오리 바람을 만들어서 에너지로사용하는 과학자도 있단다. 1982년 독일 건축가 요르크 슐라이히는 스페인 만자나레스에 지름 10m, 높이 195m의 태양굴뚝을 지었대. 이 굴뚝 주변에는 온실이 둥글게 서 있는데, 햇볕을 받아 뜨겁게 달궈지면서 따뜻한 바람이 생기지. 이 바람은 굴뚝을 통해 바깥으로 흘러나가고, 굴뚝 끝에 달려 있는 프로펠러를 돌려 전기를 생산했단다. 안타깝게도 이 태양굴뚝은 폭풍을 맞아 7년 만에 쓰러졌어. 호주의 신재생에너지회사 ‘엔바이로미션’은 더 튼튼하고 더 높은 태양굴뚝을 현재 미국 애리조나 주에 짓고 있대. 높이가 1000m나 되는 이 굴뚝은 전기를 시간당 200MW 정도 만들 계획이란다.
 

카알의 에너지카드❸ 맛있는 옥수수~ 더러운 똥~ 에너지!

또 다른 친환경에너지를 보고 싶다. 외계인, 팝콘을 더 가져와라.
헐, 태어나 처음 와 보는 섬에서 팝콘을 무슨 수로 구해?
팝콘이 없으면 너희 집도, 우리별도 영영 갈 수 없다. 앙!
잠깐, 팝콘이 연료라면 옥수수로도 우주선을 움직일 수 있지 않을까?

동식물과 미생물을 열분해 또는 발효시키면 바이오에너지를 얻을 수 있어. 옥수수와 감자, 고구마 같은 작물부터 나무와 녹조류, 심지어 치즈나 삼겹 살까지 좋은 재료지. 단백질은 따로 걸러내 사료로 재활용하고, 탄수화물은 에탄올로, 지방은 바이오디젤로 바꾸어 에너지로 사용할 수 있거든.

먹을거리로 에너지를 만들어도 될까?

제3세계에는 지금도 먹을거리가 없어서 고통 받는 사람들이 많다. 그래서 사람들은 음식으로 에너지를 만드는 일이 옳지 않다고 주장한다. 과학자들은 농작물대신 녹조류 같은 미세조류와 폐기름에서 에너지를 얻고 있다. 우리나라 과학자들은 바다에 설치한 풍력발전기 아랫부분에 녹조류 양식장을 만들어 이중으로 전기를 생산하는 방법을 연구하고 있다.

흠, 우리 우주선이 자꾸 불시착하는 이유도 맛있는 팝콘을 연료로 하기 때문인 것 같다.그럼 어떻게 하지? 먹지 못하는 바이오에너지도 있어? 물론이지. 똥이나 쓰레기로도 전기를 만들 수 있거든! 썩은 음식물이나 배설물에서 나는퀴퀴한 냄새를 맡아봤지? 미생물이 발효시키면서 메탄가스를 내기 때문이야. 이 메탄가스를 모아 발전기를 돌리면 전기를 만들 수 있단다.

화석연료는 왜 바이오에너지가 아닐까?

석탄과 석유처럼 현재 가장 많이 사용하고 있는 화석연료는 아주 먼 옛날 지구에 살았던 동식물의 잔해다. 오랜 시간에 걸쳐 온도와 압력의 변화로 화석처럼 변한 것이다. 그런데 왜 화석연료는 바이오에너지라고 부르지 않을까? 왜냐하면 화석연료는 생물체를 연료로 하지 않기 때문이다. 게다가 화석연료를 태우면 이산화탄소가 발생한다. 현재 지구에 살고 있는 생물들이 내뿜는 이산화탄소는 식물이 광합성으로 이용할 수 있을 만큼 충분한 양이다. 하지만 여기에 수억 년 전에 만들어진 화석연료 속 이산화탄소까지 공기 중으로 나온다면 식물이 해결하기가 어렵다.

똥과 쓰레기로 만든 친환경도시 예테보리

스웨덴 예테보리는 에너지 대부분을 태양열과 지열, 그리고 똥과 쓰레기에서 얻는 대표적인 친환경도시다. 가축 분뇨와 쓰레기에서 메탄가스를 얻어 추운 겨울에 난방을 하거나 자동차를 움직인다. 예테보리에서 석유를 사용하는 날은 1년 중 기온이 가장 낮은 하루 이틀밖에 되지 않는다. 그래서 이곳에서 사용하는 전체 에너지원 가운데 화석연료가 차지하는 비율은 1% 정도다.

우리 팝콘우주선도 똥우주선으로 개조해야겠다.
응, 아무리 배고파도 똥을 먹지는 않겠지?
앗, 그런데 어디선가 쿵쿵거리는 소리가 들리지 않니?
하늘에서다. 우리를 데리러 큐가 온 모양이군!

카알의 에너지카드❹ 들썩들썩 에너지 만드는 춤추는 우주선

윽, 저건 또 웬 고물 우주선이야?
고물이 아냐. 저렇게 들썩이지 않으면 움직이지 않는다고!
우리별 메가플래닛에서 가장 잘나가는 과학자 큐가 모는 자가용이지.
어머나~, 잘생긴 외계인이네. 내 우주선은 춤을 춰야 하늘을 날 수 있어요.
발을 디디는 힘으로 전기를 만들거든요!

누르거나 밟는 물리적인 힘을 전기에너지

로 바꾸는 것을 압전효과라고 하지. 이미 일상생활 곳곳에서 압전효과를 이용한 물건을 찾아볼 수 있단다. 대표적인 물건이 라이터와 가스레인지! 손으로 스위치를 움직여 따닥 소리가 나면 불이 확 타오른다고. 이와 마찬가지로 과학자들은 체중을 싣거나 발을 구르는 힘으로 전기를 생산하는 방법을 연구하고 있어.

운동화발전소

사람이 발을 디딜 때마다 전기를 만드는 운동화도 있다. 걸어 다니면서 휴대전화를 충전하는일이 가능하다는 얘기다. 미국 루이지애나대학교 전기공학과 빌 카자카리 교수팀은 최근 신발 바닥에 압전장치를 넣어 소형 발전소를 만들었다. 연구팀은 대개 압전효과를 내는재료인 세라믹 대신 걸을 때마다 충격을 완화하도록 부드러운 폴리머 물질을 넣었다. 이 ‘운동화발전소’는 한 걸음씩 내딜 때마다 전기 약 2mW를 만든다.

어떠한 행동을 하지 않아도 전기를 얻을 수 있는 이유는 사람 몸은 언제나 움직이고 있기 때문이야. 항상 숨을 쉬고 심장이 뛰며 혈액이 온몸을 순환하지. 압전발전기를 머리카락 굵기처럼 작게 만든다면 몸속에서도 전기를 만들 수 있어. 외부에서 전기를 공급하지 않아도 혈압이나 혈당을 측정하고, 심장박동조절기의 배터리를 교환하는 수술을 하지 않아도 된다는 얘기야~.

자전거영화관

자전거를 타지 않으면 영화를 볼 수 없는 영화관도 있다. 영국 리버풀에 있는 미디어아트관 팩트에서는 2009년에 페달을 밟는 힘으로 전기를 만들어 영화를 상영하는 영화관을 열었다. 영화를 상영하는 데 필요한 전력은 최소 600W. 관객들은 자전거 열 대를 돌려 이 전기를 얻는다. 만약 페달을 충분히 힘껏 밟지 않아 전기가 부족할 경우에는 조명이 꺼지고 경고등이 켜진다.

카알의 에너지카드❺버리는 열 모아 에너지로~!

아~, 한참을 신나게 춤을 췄더니 너무 덥다. 헉헉~!
그럼 폐열에너지 모드로 바꾸어 볼까요?
폐열에너지 모드라니요?
우리 몸에서 나오는 열이나 우주선 안팎에서 나오는 폐열도 모으면 에너지가 된답니다.

대부분의 에너지는 마지막에 열로 바뀌기 때문에 페열에너지로 재활용할 수 있어. 가장 대표적인 예는 ‘거꾸로 태워 가스비 걱정을 잡는다’고 광고하는 보일러지. 이런 보일러는 먼저 일반 보일러처럼 연료를 태워 열을 낸 다음, 버려지는 열을 모아 다시 한 번 이용한단다.

폐열로 전기도 만들 수 있어. 물을 끓여 수증기로 만들면 발전기를 돌릴 수 있거든. 포스코 포항제철소와 광양제철소는 철을 생산하는 과정에서 생기는 폐열로 전기를 만들어 전체 전기 사용량의 58% 정도를 사용한대. 대개 에너지 효율은 40% 정도에 그치지만, 폐열에너지를 활용하면 80~90%까지 올릴 수 있어.

굴뚝 없이 바람 만드는 회오리 엔진

캐나다 과학자 루이스 미처드는 폐열로 전기를 만드는 회오리 엔진을 개발했다. 뜨거운 공기가 차가운 공기를 뚫고 올라가려는 성질을 응용해 회오리바람을 일으킨 다음 발전기를 돌리는 방법이다. 이때 공기를 뜨겁게 데우는 것이 바로 주변 공장에서 나오는 폐열이다.
 

지하철역에서 체온 모아 난방 공급

프랑스 파리에 있는 람뷔토역에서는 아침 저녁마다출퇴근하는 사람들에게서 에너지를 얻고 있다. 바로 몸에서나오는 체온을 모아 전기를 생산하는 방법이다. 한 사람이 배출하는 에너지는 약 100W. 여러 사람의 체온을 지하터널을 통해 열수집기에 모았다가 주변에 있는 아파트에 난방으로 공급하고 있다. 스웨덴의 스톡홀름에서는 지하철 승객들이 배출하는 열을 모아 지하에 있는 물탱크를 가열해 13층짜리건물에 난방을 공급하기도 한다.

깨끗한 바깥 공기 들이고, 따뜻한 내부 공기 남기고

최근 새로 짓는 주택이나 병원에서는 환기를 시킬 때에도 폐열에너지를 활용하고 있다. 깨끗한 바깥공기를 안으로 들여 보내면 안에 남아 있던 온기가 사라진다. 열이 식은 만큼 다시 난방을 해야 하기 때문에 많은 에너지가 든다. 에너지 소모를 줄이기 위해서는 바깥에서 들어오는 공기와 안에서 나가는 공기의 열을 교환하는 방법을 쓰면 된다. 그러면 온도와 습도를 최대한 같게 유지할 수 있다.

# 앗, 우주선 안이 무척 환해졌어. 눈이 부시다.
스크린을 봐봐. 지금 이 우주선에서 스스로 만드는 에너지가 갑자기 많아진 것 같아.
어…, 어떻게 된 일이지?
어떻게 된 일이긴요. 나의 첨단 우주선에 관심을 가져 주는 당신을 보고 내 마음이 뜨거워져 에너지가 많아진 것뿐이에요. 현빈 박사님, 우리 함께 메가플래닛에 가서 영원토록 행복하게 살아요!
아악, 집에 보내 주세요. 안 돼~!

특집한 걸음 더 !
신기한 에너지 뉴스!

아차차, 하나 빼먹었네! 얼마 전에 지구에서는 깜짝 놀랄 만한 에너지 뉴스가 있었어. 공기로 휘발유를 만들었다는 소식이야. 한번 들어볼래?

영국 에어퓨어신세시스 사의 과학자들은 공기로 휘발유를 만들었다고 밝혔어요. 이 휘발유는 원유에서 분리하는 것보다 깨끗하다고 자부했지요. 연구팀은 공기에 들어 있는 이산화탄소와 수소로 메탄올을 만들고 연료반응기에 통과시키면 휘발유가 된다고 설명했답니다. 이러한 방법으로 휘발유를 만드는 데 성공한 것은 이번이 처음이에요. 에어퓨어신세시스 사는 앞으로 2년 안에 휘발유제조공장을 지어 휘발유를 매일 1톤씩 만들계획이래요. 하지만 어떤 사람들은 아직까지 이 기술이상용화하기엔 어려울 것이라고 보고 있어요. 공기에서 이산화탄소를 추출하려면 돈이 많이 들기 때문이랍니다. 석유가 나지 않는 우리나라에서도 이런 방법으로 휘발유를 만들 수 있다면 정말 좋겠지요? 이 휘발유로 달리는 자동차 배기구에서 나오는 폐열과 폐가스를 잡아 다시 에너지로 쓸 수 있다면 일석이조겠네요.