공기 속 잠열로 전기가 돈다?

온난화ㆍ자원고갈 문제 두 토끼 잡는 ‘신재생에너지 기술’ 개발

지구 온난화와 지하 자원의 고갈 문제는 세계 전 인류가 해결해야 할 가장 시급한 당면과제 중 하나다.

화석 연료 사용에 따른 지구 온난화로 기후는 하루가 다르게 변하고 있으며, 석유와 석탄 등의 지하자원 역시 얼마 안돼 바닥을 드러낼 것으로 예상되고 있다.

때문에 세계 각국은 태양력과 풍력 등 자연을 활용한 대체 에너지 확충에 주력하는 한편 전 인류적 재앙을 막을 수 있는 신재생에너지 개발에 온 힘을 기울이고 있다.

최근 국내에서 지구 온난화와 지하 자원의 고갈 문제를 한번에 해결할 수 있는 신재생에너지 분야 신기술이 개발돼 화제를 불러모으고 있다. 발명가 한상구씨가 6년여의 연구 끝에 개발한 ‘대기 잠열을 이용한 전기발생장치’가 바로 그것이다.

■ 인류의 삶 뒤바꾸는 혁신기술 개발

만약 공기중에 있는 열을 사용해 전기를 생산할 수 있다면 인류의 삶은 어떻게 달라질까?

언뜻 상상만 해봐도 그야말로 ‘신세계’가 아닐 수 없다. 너무도 엄청난 스케일의 변화를 가져올 수 있는 기술이기에 그 실현 가능성에 대해 의문을 품게 되는 것 또한 사실이다.

공기 중에 존재하는 열을 이용해 전기를 생산해낸다는 다소 뜬 구름 잡는 듯한 이 신재생에너지 기술은 발명가 한상구씨가 6년여의 연구 끝에 개발한 것으로 지난 3월 특허청으로부터 특허를 획득하며 그 가능성을 인정받았다.

공기 중의 열을 이용하는 만큼 석유, 석탄 등 화석 연료를 사용할 필요가 없으며 대기 오염의 우려도 없다. 더욱이 에너지 효율면에서도 태양력과 풍력 등 기존의 대체 에너지들보다 우수해 인류의 삶을 바꿔 놓을 수 있는 기술이 될 수 있을 것으로 평가받고 있다.

더욱이 공기중의 열을 낮추는 효과도 있어 최근 심각한 문제로 대두되고 있는 지구 온난화에도 도움을 줄 수 있을 것으로 보인다.

지구 온난화와 지하자원 고갈 문제를 한번에 해결함으로써 인류의 삶 자체를 바꿔놓을 수 있는 그야말로 ‘혁명’적 기술인 셈이다.

■ 공기 중 존재하는 열 이용 전기생산 원리

대기 잠열을 이용한 전기발생장치는 냉매로 사용되는 암모니아와 R123가 액화와 기화를 반복하는 과정에서 생기는 힘과 단열 팽창의 원리를 이용해 발전기를 돌리는 방식으로 작동된다.

우선, -33도의 끓는점을 가진 냉매 암모니아가 흐르는 라디에이터에 공기를 통과시킨다. 이후 공기중의 열로 데워진 암모니아를 0.5mpa의 압력을 가해 압축하면 ‘압력을 가할수록 온도가 높아진다’는 ‘샤를ㆍ보일의 법칙’에 따라 암모니아의 온도는 120도까지 상승하게 된다.

이후 온도가 상승한 암모니아관을 27도의 끓는점을 가진 R123 용액이 담긴 탱크에 통과시키면 가열된 R123용액이 끓어오르면서 증기가 발생하게 된다. 여기서 발생된 증기를 단열팽창시킨 뒤 그 힘으로 발전기를 돌리는 방식으로 작동되며, 발전기를 돌리고 난  R123 기체는 다시 두번의 압축을 거친 뒤 다시 액체 상태로 R123 탱크에 유입된다.

물에 비해 끓는점이 낮은 암모니아와 R123가 액화, 기화되는 과정에서 발생되는 증기의 힘을 이용하는 만큼 대기 오염 등의 우려가 전혀 없으며 냉매로 사용되는 암모니아와 R123의 소모도 없어 반영구적인 사용이 가능할 것으로 보인다.

발생장치가 상용화 될 경우 인류의 삶에 혁신적인 변화를 일으킬 것으로 예상되는 까닭은 높은 에너지 발생량 때문이다. 발생장치는 1t 트럭 크기를 기준으로 60KW/h의 전기를 발생시킨 뒤 그중 30KW/h는 자체적으로 사용하고 나머지 30KW/h의 전기를 생산할 수 있을 것으로 예상된다.

같은 규모의 태양광 발전기의 발전량이 3KW/h인 것과 비교할 때 에너지 발생량이 압도적으로 많다.

여기에 날씨와 시간(일조시간) 등의 영향을 받지 않고 사용할 수 있다는 점을 고려하면 에너지 효율은 태양광 발전의 100배에 달할 것으로 전망된다.

발생장치는 온대 지방의 경우 겨울 등에는 사용이 불가능하지만 기온이 높은 열대와 아열대 지방의 경우 1년 내내 사용이 가능할 것으로 보인다.

하지만 인류의 삶에 혁신적인 변화를 가져올 수 있는 이 신재생 에너지 기술은 아직 초기 단계다. 특허청으로부터 특허를 획득한 만큼 기술의 효용성과 가능성에 대해서는 인정을 받은 상태지만, 상용화되기까지는 아직 많은 난관이 남아있기 때문이다.

발명가 한사람이 감당하기에는 워낙 많은 비용이 드는 탓에 시제품도 제작되지 못하고 있다.

세계를 깜짝 놀라게 할 수 있는 신재생에너지 분야 신기술이 특허 획득을 통해 가능성을 인정받고서도 상용화를 위한 본격적인 시도조차 되지 못하고 있는 셈이다.

6년여의 연구 끝에 기술 개발에 성공한 한상구씨는 상용화를 위한 정부차원의 노력이 필요하다고 지적했다.

한상구 씨는 “특허청으로부터 특허를 획득했지만 시제품 개발에만 수억원에 달하는 비용이 들어 아직 엄두를 내지 못하고 있다”라며 “기술에 믿음과 확신이 워낙 크다보니 더욱 조바심이 나는 것도 사실인 것 같다. 전 인류에 혁신적인 변화를 가져 올 수 있는 기술인 만큼 정부와 대기업 등이 나서 상용화를 위한 노력을 해야 할 것”이라고 말했다.

박민수기자 kiryang@kyeonggi.com

“시제품 제작만 수억원 정부ㆍ대기업 적극 관심”

혁신기술 입증… 하루 속히 상용화 바람 뿐

6년여의 연구 개발 끝에 ‘대기 잠열을 이용한 전기발생장치’를 고안한 발명가 한상구 씨는 “인류는 한 사람의 아이디어가 여러 사람의 노력을 거쳐 세상을 바꾸는 기술로 발전하면서 변화해왔다”라며 “지구온난화와 지하자원의 고갈 문제를 한 번에 해결할 수 있는 기술이 하루속히 상용화됐으면 하는 바람”이라고 말했다. 다음은 발명가 한상구 씨와의 일문일답.

▲ 기술을 개발하게 된 계기는

- 공학도로서 원래부터 환경과 에너지 분야에 관심이 있었고, 자동차 부품과 가공업을 하다 보니 자연스럽게 높은 기압을 이용한 기기를 다룰 일이 많았다. 그러던 중 우연히 높은 공기압을 발전에 이용하면 어떨까 하는 생각하게 됐고, 화학 물질의 변화에서 생기는 힘을 이용하는 방향으로 자연스럽게 생각이 발전하게 됐다.

▲ 발명가 한 사람이 개발했다고 하기에는 기술의 스케일이 크다. 어려움이 많았을 텐데

- 아이디어만 가지고 기술을 고안한 뒤 특허를 출원했지만, 기술의 효용성을 입증하기가 쉽지 않았다. 지난 2009년 처음 특허를 출원한 이후 6년간 수많은 보완과 수정을 거치는 동안 양자론, 전자기학, 열역학 등과 관련한 수많은 서적을 읽어야 했다. 주말마다 관련 서적을 구하기 위해 서울 종로에 있는 대형서점을 찾다 보니 이제는 어엿한 단골손님이 됐다. (웃음)

▲ 특허 획득을 통해 가능성을 인정받았지만 아직은 초기단계라 할 수 있는데

- 지난 3월 특허 획득을 통해 6년 노력의 결실을 맺게 된 것 같아 기쁘다. 하지만 한사람이 감당하기에는 워낙 엄청난 스케일의 기술이다 보니 시제품을 생산하는 데만 해도 수억 원이 드는 등 어려움이 많은 것도 사실이다. 상용화될 경우 그야말로 인류의 삶을 바꿀 수 있는 혁명적 기술 아닌가. 기술에 대한 확신을 갖고 있다. 특허 획득을 통해 효용성을 입증받은 기술인 만큼 정부와 대기업 등이 적극적으로 나서 상용화를 위한 노력을 기울여야 할 것이라고 본다.

박민수기자 kiryang@kyeonggi.com