걷는 힘으로 휴대폰 배터리 충전술까지…
高等 에너지원 연구개발 붐
“광합성·유전자공학 등 첨단기술 총동원 다양한 아이디어 나와”
채인택 중앙일보 기자·ciimccp@joongang.co.kr
02 인공광합성으로 태양열을 에너지로 전환
재생가능 자원 가운데 햇빛을 활용하는 연구가 가장 활발하다. 인공 촉매를 이용하며 햇빛을 전기화학적 에너지로 전환해 인간이 쓸 수 있도록 하는 것이다. 간단히 말하면 인공광합성이다. 녹색 식물들이 자연적으로 하는 광합성을 화학물질을 통해 비슷하게 해내는 것이다.
사실 합성생물학도 생물을 활용해 태양에너지를 포집하려는 노력의 하나다. 캘리포니아주의 로런스 버클리 내셔널 연구소는 ‘인공 잎’을 연구하고 있다. 물 분자를 수소와 산소로 분리하고 여기에 촉매를 사용해 이산화탄소를 전기화학적으로 반응시켜 메탄올 같은 유기합성 연료를 생산하는 시스템이다.
일종의 인공광합성이다. 연구진은 이런 인공광합성을 가능하게 하는 촉매 물질을 찾아냈다. 산화코발트의 나노크리스털이다. 이미 작은 규모의 실험에선 효과가 입증됐다. 다만, 아직 대규모 상업적 생산이 가능한지는 검증되지 않았다. 가장 정통적인 방법은 햇빛을 곧바로 에너지로 활용하는 것이다.
햇빛을 전기로 바꿔주는 전지가 대표적이다. 이 분야에선 기존 실리콘이나 반도체보다 전기를 더욱 효과적으로, 그리고 싸게 생산하게 해줄 물질의 개발이 필요하다. 햇빛을 이용해 끓인 물로 발전용 터빈을 돌리는 장치도 있다. 이 분야에선 효과적으로 빛을 모으는 집광기 개발이 필수적이다.
03 떨어지는 비를 이용한 발전도 연구
하늘에서 떨어지는 빗방울을 이용해 전기를 얻는 방법도 연구되고 있다. 피에조 전기 현상, 또는 압전 현상이라고 해서 어떤 물질이 움직이거나 진동할 때 전기를 생산하는 성질을 이용하는 것이다. 프랑스의 미나텍 연구센터는 빗방울이 떨어지면 전기가 쏠쏠하게 생산되는 장치를 개발했다.
플루오르화 폴리비닐리덴스 중합체라는 물질로 만든 박막 위에 빗방울이 떨어지면 피에조 전기 현상이 일어나 전류가 흐르는 것이다. 유럽연합(EU)은 이 기술에 깊은 인상을 받아 이를 더욱 발전시키기 위해 덴마크에 피에조 연구소를 설립할 예정이다. 그 외 여러 가지 탈것에서 나오는 진동을 활용해 전기를 생산하는 도구를 거리에 설치해 가로등을 밝히는 방법도 연구 중이다.
걷는 힘을 이용해 전기를 생산하는 휴대용 발전기도 개발 중이다. 한편 월스트리트저널(WSJ)은 최근 우주 태양열 발전과 리튬 에어 전지, 조류를 이용한 연료 생산을 비롯한 차세대 에너지 기술을 소개했다. 우주 태양열 발전은 3만5000㎞ 상공에 거대 태양열 발전 전지판을 설치해 우주에서 24시간 발전하자는 것이다.