#1
빗물 받아 지하수로
우리나라는 물 부족 국가니 물을 절약하자는 공익광고와 매년 되풀이되는 여름철 홍수 피해 뉴스는 서로 모순이라는 생각이 들 때가 많다. 이는 우리나라의 강수 특성 때문이다. 우리나라는 비가 여름철에 몰려서 오는데다가 2000년대 이후부터는 집중호우가 늘어났다.
반대로 가을부터 이듬해 봄 사이에는 가뭄이 자주 발생한다. 댐이나 저수지로 적절히 치수를 하고 있지만 지표면에 있는 물을 관리하는 것만으로는 홍수와 가뭄에 대비하기가 어렵다.
그래서 이에 대비할 수 있는 수단으로 지하수의 중요성이 커지고 있다. 지하수는 강이나 호수와 달리 기후변화에 민감하지 않아 수량 변화가 작고 천천히 일어난다. 하지만 지하수도 자연스럽게 또는 개발로 인해 고갈될 수 있다. 지하수 고갈을 막기 위해 한국지질자원연구원은 ‘지하수 인공함양시스템’을 개발했다.
이번 달 황당맨이 만난 사람이 한국연구재단 21세기 프론티어연구개발사업의 지원을 받아 이 기술을 개발한 한국 지질자원연구원 지하수연구실의 김용철 박사와 김용제 박사다. 지하수 인공함양시스템은 여름철 비가 많이 올 때 넘치는 물로 지하수를 채워주는 기술이다. 홍수를 막기 위한저류지와 연계하면 집중호우로 인한 피해를 예방하는 동시에 지하수를 보충할 수 있어 일석이조다.
현재 한국지질자원연구원은 우리나라 최초로 제주도를 시범연구지로 선정해 실용화 사업을 추진하고 있다. 바로 J-ART(Jeju-friendly Aquifer Recharge Technology)다.
J-ART는 고지대 하천에서 돌발적으로 물이 넘치는 일이 생겼을 때 생태계나 자연 현상에 영향을 주지 않는 범위에서 하천의 물을 일부 지하수로 전환한다. 부유물을 없애는 것과 같은 간단한 정수 처리를 거친 뒤 관을 통해 지하수 불포화대에 주입하는 것이다. 지하수는 바다로 흘러들어가는 데 1년 이상 걸리기 때문에 안정적인 수자원이 된다.
김용철 박사는 “지하수 인공함양기술을 통해 2만여 명이 1년 동안 이용 가능한 청정 지하수원을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
#2
덩치 큰 초전도모터는 가라!
초전도란 어떤 물질이 극저온에서 전기 저항이 완전히 사라지는 현상이다. 초전도 현상은 전기 기기에 유용하게 쓰인다. 초전도체로 전선을 만들면 아무 손실 없이 전기를 보낼 수 있으며, 전기저장장치를 만들면 오랫동안 전기를 고스란히 보존할 수 있다. 문제는 초전도 현상이 영하 수십°C의 극저온에서만 일어난다는 것이다. 그래서 초전도 전기기기에는 항상 액체질소 같은 물질을 이용한 냉각장치가 필요하다. 덩치가 커질수밖에 없다.
이번 호에서 황당맨이 만난 정상권 KAIST 기계공학과 교수는 이 문제를 해결한 초전도모터를 개발하는 성과를 올렸다. 정 교수가 개발한
초전도모터는 세계 최초로 극저온 냉동기를 탑재해 모터의 크기가 작다. 기존의 초전도모터는 극저온 냉동기와 회전하는 부분이 분리된
채로 모터가 작동했다. 그러기 위해서는 액체 헬륨이나 액체질소를 진공으로 둘러싸 단열시키면서 정지 한 부분과 회전하는 부분 사이를 오갈 수 있게 해 주는 부품이 있어야 한다.
정 교수는 고속으로 회전할 때도 냉각 성능이 그대로인 축대칭 구조의 소형 냉동기를 이용했다. 또한 극저온 냉각부위를 초전도 코일과 매우 가까운 곳에 둬 열손실이 일어나지 않게 함으로써 모터를 작게 만들 수 있었다. 초전도 코일로는 현재 연구가 활발한 이트륨바륨구리산화물(YBCO)을 이용했다. 코일은 자기장을 발생시키는 역할을 한다. 일반 구리선을 초전도선으로 교체하면 같은 크기에 서 더 강한 자기장을 만들 수 있으므로 모터의 크기를 작게 만들 수 있다.
작아진 초전도모터는 쓰임새가 많다. 지금까지는 크기 때문에 대형 선박이나 고속전철, 대규모 발전소 등에서만 쓸 수 있었지만, 앞으로는 승용차나 가정용 발전기 같은 곳에도 초전도모터가 쓰일 전망이다. 정 교수는 “소규모 응용 장치에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 관련 산업 시장이 확장될 것”이라고 말했다. 현재 정 교수는 냉동기 탑재형 초전도 모터 상용화를 목표로 내구성 문제, 초전도체 수급 문제등을 해결하기 위한 연구를 진행하고 있다.
빗물 받아 지하수로
우리나라는 물 부족 국가니 물을 절약하자는 공익광고와 매년 되풀이되는 여름철 홍수 피해 뉴스는 서로 모순이라는 생각이 들 때가 많다. 이는 우리나라의 강수 특성 때문이다. 우리나라는 비가 여름철에 몰려서 오는데다가 2000년대 이후부터는 집중호우가 늘어났다.
반대로 가을부터 이듬해 봄 사이에는 가뭄이 자주 발생한다. 댐이나 저수지로 적절히 치수를 하고 있지만 지표면에 있는 물을 관리하는 것만으로는 홍수와 가뭄에 대비하기가 어렵다.
그래서 이에 대비할 수 있는 수단으로 지하수의 중요성이 커지고 있다. 지하수는 강이나 호수와 달리 기후변화에 민감하지 않아 수량 변화가 작고 천천히 일어난다. 하지만 지하수도 자연스럽게 또는 개발로 인해 고갈될 수 있다. 지하수 고갈을 막기 위해 한국지질자원연구원은 ‘지하수 인공함양시스템’을 개발했다.
[한국지질자원연구원의 김용제(왼쪽), 김용철 박사는 하천의 물을 지하수로 전환하는 기술을 개발했다. 위의 그림은 그 과정을 나타낸 개략도.]
이번 달 황당맨이 만난 사람이 한국연구재단 21세기 프론티어연구개발사업의 지원을 받아 이 기술을 개발한 한국 지질자원연구원 지하수연구실의 김용철 박사와 김용제 박사다. 지하수 인공함양시스템은 여름철 비가 많이 올 때 넘치는 물로 지하수를 채워주는 기술이다. 홍수를 막기 위한저류지와 연계하면 집중호우로 인한 피해를 예방하는 동시에 지하수를 보충할 수 있어 일석이조다.
현재 한국지질자원연구원은 우리나라 최초로 제주도를 시범연구지로 선정해 실용화 사업을 추진하고 있다. 바로 J-ART(Jeju-friendly Aquifer Recharge Technology)다.
J-ART는 고지대 하천에서 돌발적으로 물이 넘치는 일이 생겼을 때 생태계나 자연 현상에 영향을 주지 않는 범위에서 하천의 물을 일부 지하수로 전환한다. 부유물을 없애는 것과 같은 간단한 정수 처리를 거친 뒤 관을 통해 지하수 불포화대에 주입하는 것이다. 지하수는 바다로 흘러들어가는 데 1년 이상 걸리기 때문에 안정적인 수자원이 된다.
김용철 박사는 “지하수 인공함양기술을 통해 2만여 명이 1년 동안 이용 가능한 청정 지하수원을 확보할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
#2
덩치 큰 초전도모터는 가라!
초전도란 어떤 물질이 극저온에서 전기 저항이 완전히 사라지는 현상이다. 초전도 현상은 전기 기기에 유용하게 쓰인다. 초전도체로 전선을 만들면 아무 손실 없이 전기를 보낼 수 있으며, 전기저장장치를 만들면 오랫동안 전기를 고스란히 보존할 수 있다. 문제는 초전도 현상이 영하 수십°C의 극저온에서만 일어난다는 것이다. 그래서 초전도 전기기기에는 항상 액체질소 같은 물질을 이용한 냉각장치가 필요하다. 덩치가 커질수밖에 없다.
이번 호에서 황당맨이 만난 정상권 KAIST 기계공학과 교수는 이 문제를 해결한 초전도모터를 개발하는 성과를 올렸다. 정 교수가 개발한
초전도모터는 세계 최초로 극저온 냉동기를 탑재해 모터의 크기가 작다. 기존의 초전도모터는 극저온 냉동기와 회전하는 부분이 분리된
채로 모터가 작동했다. 그러기 위해서는 액체 헬륨이나 액체질소를 진공으로 둘러싸 단열시키면서 정지 한 부분과 회전하는 부분 사이를 오갈 수 있게 해 주는 부품이 있어야 한다.
정 교수는 고속으로 회전할 때도 냉각 성능이 그대로인 축대칭 구조의 소형 냉동기를 이용했다. 또한 극저온 냉각부위를 초전도 코일과 매우 가까운 곳에 둬 열손실이 일어나지 않게 함으로써 모터를 작게 만들 수 있었다. 초전도 코일로는 현재 연구가 활발한 이트륨바륨구리산화물(YBCO)을 이용했다. 코일은 자기장을 발생시키는 역할을 한다. 일반 구리선을 초전도선으로 교체하면 같은 크기에 서 더 강한 자기장을 만들 수 있으므로 모터의 크기를 작게 만들 수 있다.
작아진 초전도모터는 쓰임새가 많다. 지금까지는 크기 때문에 대형 선박이나 고속전철, 대규모 발전소 등에서만 쓸 수 있었지만, 앞으로는 승용차나 가정용 발전기 같은 곳에도 초전도모터가 쓰일 전망이다. 정 교수는 “소규모 응용 장치에 쉽게 적용할 수 있기 때문에 관련 산업 시장이 확장될 것”이라고 말했다. 현재 정 교수는 냉동기 탑재형 초전도 모터 상용화를 목표로 내구성 문제, 초전도체 수급 문제등을 해결하기 위한 연구를 진행하고 있다.
