미래기술 (6) 미래의 에너지, 절약과 효율이 대세! (KISTI)

 

 

오늘은 2023년 6월 17일. 봄이 잠시 머무르나 싶더니 연일 섭씨 30도를 웃도는 찜통더위가 유월을 점령해 버렸다. 새내기 신입사원 김새경 씨는 가장 먼저 사무실에 도착했다. 사전 인식장치로 사무실 문이 자동으로 열리고 조명도 알아서 켜지더니 친근한 안내음이 들린다.

“실내 온도를 몇 도로 유지할까요?”
“오늘 하루 26도 유지하면 좋겠지.”
“네, 알겠습니다.”

이제 가정은 물론 사무실과 공장에선 지능형 에너지 관리시스템 기술¹⁾이 활용돼 쾌적한 실내 환경 유지는 물론 에너지 소비도 자동으로 최적화되고 있다. 하루 중 출퇴근 시 온도와 가장 더운 온도를 파악해 냉방시스템이 가동되고 있으며 정기적으로는 계절별 온도 조절도 가능하다. 그리고 직원들이 가장 집중력이 떨어지고 피곤한 시간을 파악해 알아서 공기청정도 해준다. 빅데이터와 스마트 기능이 결합됐기 때문에 가능한 것이다.

사무실과 공장에 전면적으로 이런 시스템을 설치한 것은 에너지 절약과 효율을 위해서다. 에너지가 부족한 곳이 없도록 에너지 공급에 만반의 준비를 한다는 것이 정부의 원칙이지만 이산화탄소 배출 등의 문제로 발전소를 무한정 지을 수는 없는 게 고민거리다. 그래서 정부는 에너지 절약과 효율화로 정책 방향을 선회했다. 현실적으로 발전소를 계속 짓는 것이 더 이상 어려워졌기 때문이다. 2011년 일본에서 일어난 후쿠시마 원전사고와 2013년에 국내에서 일어난 원전 비리 사건이 문제였다.

2011년 후쿠시마 원전 사고로 전 세계에 원자력 발전의 위험에 대한 경각심이 고조됐다. 사실 원자력 발전은 화석 연료의 무분별한 사용으로 지구온난화가 심화돼 가고 국제유가의 불안정이 지속되는 상황에서 안정적인 에너지 공급이 가능한 가장 현실적인 대안으로 여겨졌다. 그러나 체르노빌과 후쿠시마 사고를 통해 관리를 잘못했을 경우 원자폭탄에 버금가는 불상사가 발생한다는 것을 목격했다. 원자력 발전이야 말로 단 한 번의 실수도 용납되지 않는 절대 안전의 영역이다.

그런데 2013년 국내에서 이러한 원전 안전성의 중요성을 무시하고 일부 원자력 관계자와 납품 업체들이 야합해 수년 동안 불량 부품을 납품하고 또 부품에 대한 시험 성적서를 위조하는 등 구조적인 비리가 발각됐다. 그로 인해 원전이 무더기로 가동 중단되는 지경에 이르러 그해 전력수급에 큰 차질을 일으킨 사건이 발생했다. 당시 발 빠른 수사와 관련자 전원을 처벌해 이후 원전 비리를 뿌리 뽑을 수 있었지만 하마터면 작은 구멍이 큰 둑을 허물 듯 대형 사고로 이어질 뻔한 아찔한 순간이었다. 이 사건으로 인해 더 이상의 원전 건설은 국민들의 합의가 어려워 진행이 어렵게 된 것이다.

에너지의 수급이 한정되자 초점은 에너지 절약과 효율로 맞춰지기 시작했다. 과학자와 엔지니어들도 최첨단 과학기술을 활용해 적은 에너지로 큰 효율을 낼 수 있는 시스템 개발에 박차를 가하기 시작했다.

먼저 가정에서는 에너지제로하우스 건축 기술²⁾이 도입됐다. 이 기술로 인해 자연에너지만으로 난방, 급탕, 취사 및 각종 전기에너지원을 자체적으로 충당하는 주택이 만들어지고 전면적으로 보급됐다. 우리나라는 아파트의 거주 비중이 높기 때문에 아파트를 재건축하거나 리모델링할 때 이 기술을 엄격히 적용해 에너지의 절약과 효율을 극대화했다. 이로 인해 가정에서 나오는 온실가스를 제로로 줄일 수 있었으며 주택관리비를 많이 줄여 가계에 도움이 되고 있다.

퇴근하기가 무섭게 김새경 씨는 지하 주차장으로 내려가서 자동차의 시동을 걸었다. 다이어트와 몸매 관리를 위해 에어로빅을 등록했는데 7시까지 학원에 도착해야 한다. 어? 그런데 세경 씨가 장만한 차는 청정 경유차도 아니고 수소연료차도 아니고 전기자동차도 아닌 색다른 스타일. 다연료(Multi-fuel)엔진 기술³⁾로 만든 신개념의 자동차. 하나의 엔진 시스템을 중심으로 여러 가지의 연료를 함께 사용할 수 있는, 한마디로 연료 융합형 자동차다.

2023년이 됐지만 자동차는 전기자동차, 수소자동차, 청정디젤차 등 어느 한 기술로 천하 통일되지 못했다. 어느 한쪽으로 통일되는 순간 관련 에너지 공급에 부하가 걸리기 때문이다. 예를 들어 전기자동차로 모든 자동차가 재편됐을 때 연료 충전을 위해 너도나도 플러그를 꽂는다면 전력 대란이 일어날 것이 불을 보듯 뻔하다. 그래서 다연료(Multi-fuel) 엔진 자동차는 현실적으로 에너지를 가장 절약하고 효율적으로 사용하는 대안이 되고 있다.

퇴근시간 차가 밀리는 바람에 에어로빅 학원에 조금 늦게 도착한 새경 씨는 헐레벌떡 옷을 갈아입고 에어로빅실로 들어갔지만 이미 음악소리에 맞춰 격렬한 에어로빅이 진행되고 있었다. 몸에 붙어있는 살이라는 살은 모두 빼겠다는 기세로 몸을 흔들어대는 수강생들. 어떻게 보면 무의미한 몸짓과 에너지 낭비처럼 보이지만 이 학원은 에어로빅을 하면서 생기는 열, 진동, 소음 등을 전기에너지로 재생산하는 에너지 하베스팅 기술⁴⁾을 활용해 모든 전기를 자체 충당하고 있다. 쿵쾅거리는 격렬한 에어로빅의 운동에너지는 에너지 하베스팅 소자 기술로 특수 설치된 바닥에 그대로 흡수돼 전기에너지로 변환되고 있다. 이렇게 아껴진 관리비로 이 에어로빅 학원은 수강생들에게 훨씬 저렴한 수강료를 받고 있다. 도랑 치고 가제 잡고, 누이 좋고 매부 좋은 격이다.

2023년 미래의 에너지의 키워드는 ‘절약과 효율’이다. 모든 사무실이나 집, 공장, 자동차도 허투루 에너지를 낭비하지 않는다. 또 사람들이 많이 다니는 도로, 계단에서도 에너지를 모은다. 그래서 꼭 필요한 만큼만 에너지를 생산하니 더 이상의 발전소를 세울 필요가 없어 상대적으로 설치에 필요한 비용도 감소되고 그만큼 위험도 감소되고 있다.

그래서인지 요즘 새경 씨는 조건 좋고 능력 많은 남자보다 연봉은 많지 않지만 돈을 아낄 줄 알고 효율적으로 쓸 줄 아는 남자한테 더 눈길이 간다. 그런 남자가 훨씬 미래가 밝다고 생각하기 때문이다.

글 : 정영훈 과학칼럼니스트

[각주-미래 기술]
1) 건물, 공장 등의 지능형 에너지 관리시스템 기술(BEMS, Building Energy Management System) : 실내 환경과 에너지 성능을 최적화하기 위한 건물관리시스템. 에너지의 소비량과 장비나 시스템의 운전상태 등을 모니터링한 후 적절한 평가를 거쳐 다양한 에너지 소비량 분석, 비효율적인 장비 및 시스템의 파악, 최적의 자동제어시스템 구축 등 궁극적으로 쾌적한 실내 환경을 조성하면서 에너지 소비는 최소화 시키는 시스템. 3~4년 후 기술 실현 예정.

2) 에너지 제로하우스 건축 기술 : 화석연료를 사용하지 않고 자연에너지만을 이용해 난방, 급탕, 취사 및 각종 에너지원을 자체적으로 충당하는 주택. 2020년을 목표로 주택 유지비가 현저히 낮출 수 있고 온실가스를 배출하지 않는 친환경적인 에너지 제로하우스 개발에 박차를 가하고 있음. 7~8년 후 기술 실현 예정.

3) 다연료(Multi-fuel) 엔진 기술 : 하나의 엔진 시스템을 중심으로 여러 가지의 연료를 함께 사용할 수 있는 엔진. 다연료 엔진 기술을 확보하기 위한 관건은 각 연료에 맞는 엔진 변화를 최적화할 수 있는 기술의 개발뿐만 아니라 내구성, 편의성 측면에서 전혀 불편함이 없어야 한다는 것. 이미 다연료 엔진 기술을 사용한 제품들이 출시돼 있으며 최적화하기 위해 지속적으로 개발이 이루어질 전망. 3~4년 후 기술 실현 예정.

4) 버려지는 열, 진동, 소음 등을 전기에너지로 재생산하는 에너지 하베스팅 기술 : 자연의 빛에너지, 인간 신체 또는 연소형 엔진으로부터의 저온 폐열에너지, 휴대용 기기 탑재/부착장치의 미세 진동에너지, 인간의 신체활동으로 인한 소산에너지 등을 흡수해 에너지 하베스팅 소자 기술을 통해 전기에너지로 변환, 전자기기의 전력으로 사용하는 환경에너지 재생형 에너지원. 1~2년 후 기술 실현 예정.

참고 : <KISTI 미래백서 2013>