지속가능한 지구, 에너지 수확전문가

지속가능한 지구, 에너지 수확전문가

미래의 유망직업 (8)

미래의 유망직업   애니메이션을 보다 보면 늘 등장하는 장면이 있다. 정의롭지 못한 적과 정의로운 우리의 주인공이 싸우는 장면이다. 처음의 싸움은 늘 대등하게 진행되지만 얼마 못 가서 주인공은 열세에 몰리게 되고 적에 의해 꼼짝하지 못하는 상황을 맞게 된다. 이때 주인공이 주로 사용하는 방법이 있는데 주문을 외치며 주위의 에너지들을 한꺼번에 모아서 그 강력한 힘으로 적을 공격하는 방법이다. 물론 적은 그 힘에 무조건 항복하고 오늘도 정의가 승리하는 만화를 많이 보았을 것이다. 만화에서나 나오는 허황된 얘기 같지만, 이것이 과학적으로도 가능하다면 어떨까? 에너지 수확기술이란 무엇인가 에너지 수확기술이란 우리 주변에 흔히 존재하는 운동, 빛, 열, 전파에너지를 압전, 광발전, 열전 장치들을 이용해 전기 에너지로 바꾸는 기술을 의미한다. 우리의 생활 속에는 다양한 에너지들이 존재한다. 당연히 버려지는 에너지도 무수히 존재하는 법이다. 예를 들어 더운 여름 오후에 선풍기를 작동시켰을 때 팬이 돌아가면서 시원한 바람이 여러분의 더위를 식혀주겠지만, 선풍기가 돌아가면서 모터에서는 쓸모없이 열에너지를 발생시킨다. 뿐만 아니라 선풍기 날개가 회전하면서 소음에너지도 발생하는 법이다. 이처럼 에너지는 모두 효율적으로 쓰이지만은 않는다. ⓒ연합뉴스 선풍기를 작동시키는 순간 꼭 필요했던 바람, 즉 풍력에너지는 인간에게 매우 필요한 에너지로 쓰였지만 동시에 열에너지, 소음에너지 등은 버려지는 에너지가 된다. 그 외에도 사람이 운동하면서 생기는 운동에너지, 열에너지, 그리고 걸을 때마다 생기는 압력 등이 바로 그냥 버려지는 에너지들인 것이다. 이렇듯 일상생활에서 버려지는 에너지들을 변환장치를 개발하여 인간생활에 유용한 에너지로 돌려놓는 기술을 에너지 수확기술이라고 정의할 수 있다. 에너지 수확기술의 예 피에조 전기라고 불리는 압전효과(Piezoelectirc)가 에너지 수확의 대표적인 예다. 압전효과는 현재까지 가장 널리 알려진 기술로서 운동에너지를 전기에너지로 전환하는 기술이다. 리모컨 스위치에 전달하는 운동에너지를 압전소자에 전달하고 압전소자에서 전기에너지를 발생시키게 하는 것이다. 실제 필립스에서는 이를 이용해 건전지 없는 리모컨을 출시했고, 일본 지하철 역사는 사람들이 바닥을 디디면 바닥 아래에 심어진 압전소자들에서 발생하는 전기로 개찰구를 여닫는 구조로 되어 있다. 바닥에 압전소자를 설치하여 압력이나 진동 등의 운동에너지를 전기에너지로 바꾸어 유용하게 사용하는 예다 또한 버려지는 열로부터 전기에너지를 얻어내는 시도도 이루어지고 있는데, 이는 전도체에 온도 차를 주면 전기가 발생하는 원리를 이용한 것이다. 자동차 엔진이나 동력장치에서 발생하는 열을 열전소자로 배치하면 전기에너지를 얻을 수 있다. 실제로 독일에서는 센서가 설치된 전자기판에서 나오는 열을 이용해 센서작동에 필요한 전기를 얻어내는 기기를 개발하기도 했다. 배터리 없는 시계는 손목을 흔들어서 배터리 효과를 내는 것으로 우리 주위에서 볼 수 있는 예라고 할 수 있다. 그 외에 빛으로부터 전기를 발생하는 태양전지 등이 대표적인 예로 현재 많은 연구가 진행 중이다. 에너지 수확전문가가 되려면? 에너지 수확전문가는 운동, 열, 빛에너지를 전기에너지로 변화하는 연구를 하며 센서, 저장장치, 제어장치, 무선통신 인터페이스 등을 개발한다. 에너지 변환의 효율성 향상과 혁신적인 전력 저장기술 결합을 연구하며 의료용이나 저전력 기기에 응용 가능한 어플리케이션을 개발하기도 한다. 에너지 수확전문가가 되기 위해서는 물리학, 기계공학, 에너지 자원공학, 전자공학, 시스템공학을 전공해야 한다. 신기술 개발을 위한 논리적인 분석력과 창의력이 요구되며 무엇보다도 전자공학 기술에 대한 기본 지식을 갖추어야 한다. 직업 기초역량으로는 의사소통능력과 협동심도 필요하다. 한 예로 현재 연세대 ‘인체에너지 변환 융합파이오니어 연구단’은 아이디어 하나로 기계공학과, 화학공학과, 의류환경학과, 체육교육과 등 다양한 분야의 전공자들이 머리를 맞대어 ‘자가발전 스마트 의류’를 연구하고 있다. 인체의 움직임을 이용한 에너지 수확기술은 이미 상당한 연구 결과가 나온 상태이다. 현재는 에너지 수확기술을 넘어 수확된 에너지를 저장하여 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 연구 중이라고 한다. 이를 보더라도 참신한 아이디어를 낼 수 있는 창의력과 팀원들 간의 의사소통능력, 그리고 협업능력 등도 전공능력 외에 꼭 필요한 기초역량이라고 할 수 있겠다. 압전 에너지를 포함한 에너지 수확의 비전 에너지 수확이 왜 각광을 받고 있는 것일까? 아마도 가장 큰 이유 중 하나는 에너지 수확이 오염물질을 생성하지 않고 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 전환하기 때문일 것이다. 사람의 동작이나 기계의 작동에는 늘 쓰레기 에너지가 발생하는 법인데 그것을 유용한 에너지로 전환하여 사용하는 것이니 어찌 각광을 받지 않겠는가? 특히 압전소자의 경우는 소형화, 경량화가 가능하기 때문에 진동과 압력에너지가 있는 곳이면 어느 곳이나 설치가 가능하다는 것도 큰 매력이라고 할 수 있다. 아이디어만 낸다면 얼마든지 설치할 수 있다는 장점이 있지만 아직까지 압전소자가 많은 에너지를 만들어내지는 못하고 있어서 효율성 측면에서는 단점을 가지고 있는 것도 사실이다. 하지만 매년 압전소자를 포함한 에너지 수확의 효율성은 증가하고 있으며 특히 적은 전력이 들어가는 전자제품에는 실제 적용이 많이 되고 있다. 현재 삼성 등의 대기업과 연구기관에서 에너지 수확에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있으며, 에너지 하비스팅은 재생에너지의 전형이며 지속가능한 에너지이기 때문에 지구와 에너지의 공존이라는 인류의 큰 화두를 해결해 줄 수 있기에 그 비전 또한 크다고 할 수 있다.

윤미향(자양고 진로교육지원부장) 저작권자 2013.03.07 ⓒ ScienceTimes