개인적으로 최근 미래와 관련하여 가장 주목하고 있는 나라는 독일이다. 미국이 19세기 이후 특유의 개척정신과 신대륙의 풍부한 자원들, 그리고 자유방임과 시장주의가 이끌어낸 끊임없는 혁신의 힘으로 현재 세계 최강대국으로서의 자리를 공고히 해왔지만, 최근 미국의 모습과 미국이 가지고 있는 시스템은 산업시대 이후의 새로운 미래의 사회경제적인 변화의 패러다임에 적합한지에 대해서는 다소 의문이다. 

자본주의의 폐해는 극에 달하고 있고, 특히 양극화를 중심으로 하는 빈익빈 부익부와 세계를 위기에 몰아넣은 금융시스템을 주도한 이들의 도덕적 해이 등은 많은 일반 대중들을 분노하게 하였고, 이로 인해 "월스트릿을 점령하라(Occupy Wallstreet)"와 같은 사회운동을 이끌어내기도 하였다. 

반면에 최근 독일의 움직임은 매우 신선하게 느껴진다. 미래를 예측하고, 이를 대비하여 뚝심있게 준비하는 모습이 인상적이었는데, 최근 이런 중장기적인 노력들이 그 과실을 수확하고 있는 듯하다. 비록 유럽이 전반적으로 경제위기에 봉착해 있지만, 통일이라는 어려운 과정을 극복하고 전반적인 에너지 시스템의 개혁을 중심으로 지역사회를 기반으로 한 매우 생명력이 강한 국가시스템을 구축하고 있다는 생각이다.

독일이 신재생에너지를 중심으로 국가의 전략을 재편한 것은 널리 알려져 있는 사실이지만, 최근 더욱 놀라운 수치가 발표되었다. 2012년 7월에 있었던 국제지역전력 컨퍼런스(International Community Power Conference)에서 Paul Gipe는 독일의 신재생에너지 발전의 51%를 개인이나 농장 등을 포함한 지역사회에서 소유하고 있다고 발표하였다. 이를 투자액으로 환산한다면 천억 달러(110조원)에 이르는 돈이 민간에서 신재생에너지에 투자되었다는 것을 의미한다. 독일의 태양광 에너지 발전의 설비의 50%를 개인이나 농장에서 소유하고 있고, 풍력발전은 그 비율이 54%에 이른다. 

현재 독일에서 설치된 태양광 패널이 생산하는 전력은 2010년 기준으로 약 17 GW에 이르는데, 이는 미국이 3.6 GW 정도임을 감안한다면 매우 높은 수치이다. 현재 독일에서 신재생에너지가 전체 에너지 생산에서 차지하는 비율이 20%를 넘고 있는데, 전 세계에서도 가장 높은 편에 속한다. 우리나라가 녹색성장을 위해 정부에서 적극적인 정책을 펼치고 있지만, 2020년까지 15% 정도를 목표로 삼고있는 것과 비교하면 상당한 격차라고 할 수 있다. 하지만, 아직 우리나라가 민간에서 자발적으로 이런 전력생산을 맡아서 하기 보다는 국가주도적인 양상을 가지고 있다는 것을 생각하면 그 본질적인 격차는 더 심하다고 할 수 있겠다.

독일의 태양광이나 풍력에너지는 이미 각 개인들과 농장, 그리고 기업들이 확보하고 있다. 이것이 가지는 의미는 매우 크다. 에너지 독립을 이루고 있다는 것을 의미하며, 여분으로 생산되는 에너지는 서로 공급하는 방식을 통해서 지역사회에서 알아서 에너지를 충당하는 스마트 그리드 사업도 같이 진행된다. 이 경우에 천재지변이나 일부 원자력 플랜트 등에서 생산되는 에너지에 문제가 생겨서 중앙집중적인 전력공급에 차질을 빚는다고 해도 문제가 될 것이 없다. 자체적으로 생산하는 에너지가 거의 대부분을 커버하기 떄문이다. 태양광이나 풍력은 그런 면에서 막대한 돈을 들여서 확보해야 하는 에너지원이라기 보다는 지구 곳곳에 비교적 골고루 보급되는 에너지원이다 이를 바탕으로 에너지 자립을 이루는 것은 미래사회에 있어서 가장 중요한 변화의 초점이 될 수 밖에 없다. 국내에서도 최근 개인들의 집을 신재생에너지를 이용하는 형태로 개조하는 것을 보조하는 정책이 적극적으로 도입되고 있고, 산업체의 경우에는 2012년 1월에 발효된 신재생에너지의무할당제(Renewable Energy Portfolio Standard, RPS)의 규제를 받기 때문에 이런 변화가 나타나기 시작하겠지만, 아직 독일과 같은 수준의 준비가 되려면 많은 시간이 소요될 것으로 보인다.

독일에서 전기자동차를 적극적으로 도입하는 것에는 이런 전략과 관련이 있다. 이 블로그에서 이미 독일의 새로운 독립적인 전기생산을 하는 집과 충전가능한 전기차를 통한 이동성의 독립과 관련한 프로젝트도 소개한 바 있는데, 아래의 2개의 글을 같이 참고해서 본다면 미래의 에너지와 사회에 대한 또 하나의 중요한 그림을 그려볼 수 있을 것이다.


연관글:

에너지 효율이 좋은 집과 전기차의 관계


참고자료:
 
51% of German Renewables Now Owned by Its Own Citizens


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기술이 세상에 역할을 하기 위해서는 무엇보다 사람과 문화, 그리고 해당 지역사회의 다양한 상황에 대한 이해가 선해되어야 한다. 우리는 너무나 당연하게 생각하고 있는 인간 분변의 처리에 대한 방법도 상황에 따라서는 완전히 다른 접근방법을 이용해야 할 수도 있다. 진지한 고민을 하지 않고, 그냥 우리의 방식만을 알려준다고 해서 문제가 해결되지는 않는다.

사하라 이남의 아프리카에서 가장 큰 문제 중의 하나는 바로 인간의 분변의 처리와 관련한 부분이다. WWAP(World Water Assessment Program)에 따르면 현재 85% 정도의 분변이 아무런 처리도 없이 분변트럭에 의해 수집이 되어 바닷가를 비롯한 다양한 지역에 그냥 버려지고 있다. 이것이 문제가 되는 것은 콜래라 등의 각종 수인성 전염병을 일으키기 때문이다. 이 질병으로 죽는 사람이 매년 180만 명에 이르며, 수년 전 대지진으로 대규모 이재민이 발생한 아이티에서도 가장 큰 문제가 되었던 것이 바로 이 문제이다. 아이티에서도 결국 해결책은 미국의 간단한 변기기술을 가진 회사에서 분변을 분리수집하고 여기에 사탕수수 줄기를 섞어서 퇴비를 만드는 방법이었다.


연관글:

2011/02/01 - 콜레라를 막고, 비료도 얻을 수 있는 화장실


선진국들의 경우 이 문제는 간단히 해결할 수 있다. 수세식 화장실을 설치하거나 배관 등을 이용해서 분변을 처리할 수 있는 정화조로 모이게 한 뒤에 여기에서 처리를 하면 된다. 그런데, 문제는 대부분의 아프리카 나라에서는 이 방식이 먹히지 않는다. 전 세계의 다양한 기금들이 이 문제를 해결하기 위해 집행이 되었고, 실제로 이런 기금을 이용해서 이미 아프리카 곳곳에 정화조와 여기에 모인 분변을 처리할 수 있는 플랜트들이 건설되었다. 그런데, 문제는 이것이 동작하지 않는다는 거다. 펀드가 일단 끊기면, 운영에 들어가는 비용을 댈 수 없다. 선진국들은 이것이 일종의 공유재이자 사회간접자본이므로 처리비용을 세금과 유사한 형식으로 각각의 가구에서 걷어서 해결할 수 있다. 그렇지만, 당장의 생계가 어려운 아프리카의 가구에서 이를 처리할 비용을 세금과 유사한 형태로 걷는 것에는 무리가 있다. 이들은 아직도 땅을 판 변소에 분변이 가득찰 때까지 기다렸다가 사설 분변트럭을 불러서 수십 달러 정도의 비용을 주고 거두어 가도록 하는 방법을 택한다. 그리고, 분변트럭들은 이렇게 모은 분변들을 특정 지역에 가서 쏟아놓고 오는 방식이 여전히 지속되고 있는 것이다. 결국 대부분의 현대적인 분변처리 플랜트들은 제대로 쓰여지지 않고 버려지고 마는 신세가 되었다.

그렇다면 해결책은 무엇일까? Waste Enterprisers 라는 회사는 완전히 다른 접근방법을 들고 나왔다. 인간의 분변의 가치를 재발견하자는 것이다. 적극적으로 분변을 모으고, 여기에서 수익을 낼 수 있는 방법을 찾는다면 현재의 문제는 대부분 해결할 수 있다는 것이 이들의 발상이다. 아프리카에서는 선진국에서의 시스템을 적용하기 어렵고, 현재의 시스템을 뒤엎는 것이 불가능하다면 이 시스템을 유지하면서도 문제를 해결하겠다는 것이다. 

이 회사는 미국 컬럼비아 대학의 연구진들과 게이츠 재단, 그리고 스위스연방 해양과학기술연구소(Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology)와 함께 다양한 방법들을 연구했는데, 현재 높은 가능성을 보여주고 있는 방법들은 크게 3가지이다. 연구에 필요한 자금은 게이츠 재단에서 지원을 하고 있다.

첫 번째 방법은 컬럼비아 대학과 콰미음크루마과학기술대(Kwame Nkrumah University of Science and Technology)에서 개발한 분변 슬러지에서 바이오 디젤을 만들어내는 기술이다. 일반적으로 선진국의 정화조의 분변들에 비해 이곳의 분변은 물과 함께 수집되지 않고, 변소에서 수집되고 버려진 지역에서 증발 등이 일어나기 때문에 전반적으로 농도가 높은 특징이 있다. 이런 특징은 연료로 이용되는데 큰 장점이 된다. 문제는 경제성이다. 현재 놀랍게도 이 기술로 뽑아내는 바이오 디젤은 갤런 당 $3.5 달러 정도의 비용으로 생산이 되는데, 이는 가나에서 판매되는 일반 디젤의 가격보다 약간 낮기 때문에 충분한 경제성이 있는 것으로 판단되며, 기름 값이 현재와 같이 증가한다면 더욱 좋은 대안이 될 것으로 기대된다.

두 번째 방법은 석탄과 유사하게 산업용으로 열을 내는 원료로 만드는 방법이다. 이 방법은 이미 일본이나 중국, 유럽의 일부 국가에서 아프리카의 분변 슬러지보다 수분이 많은 분변을 가지고도 시멘트 공장에서 시멘트로(cement kiln)의 원료로 이용하고 있기 때문에 충분한 상용화 가능성을 가지고 있다. 분변의 특성이 더욱 쉽게 연료화가 될 수 있고, 현재 마른 장작과 석탄 중간 수준의 열을 낼 수 있다고 한다. 

세 번째 방법은 어장을 만드는 것이다. 놀랍게도 이 방법은 이미 수익을 내기 시작했다. 제대로 동작하지 않는 정화조를 이용하는 방식인데, 정화조의 상층부의 물을 연달아서 희석하면 수질이 메기가 살 수 있을 정도로 옅어지게 되는데, 여기에 메기를 기른다. 분변의 독이 물고기를 죽인다면 이미 연속된 정화조의 자연희석 기능이 떨어진다는 것을 의미하며, 되려 물고기가 살아있다는 것은 그만큼 물이 많이 정화가 되었다는 것을 의미한다. 이렇게 자연적으로 양식된 물고기를 판매할 수 있다면 또다른 수익이 될 수 있다. 

이처럼 과학과 기술의 역할은 지역과 시간에 따라 다르다. 과학과 기술을 연구하는 사람들이라면 보다 사회에 대한 이해도를 높이고, 사람들이 보다 행복하고 나은 삶을 누릴 수 있는 방법을 보다 열린 마음으로 추구할 필요가 있다.


참고자료:

Waste Enterprisers 홈페이지


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from PaveGen.com


태양광과 풍력, 그리고 파도와 강물의 힘과 함께 전력을 생산할 수 있는 가장 좋은 원천에너지는 어디에 있을까? 아마도 인간과 동물들이 움직이는 에너지가 또 하나의 원천이 될 수 있을 것이다. 이미 걸으면서 신발에 불을 반짝인다거나, 아프리카에 보급된 손으로 돌려서 휴대폰을 충전하는 충전기 등의 기술이 개발이 되었는데, 최근 보도블럭을 이용한 전력생산을 시도하는 스타트업이 있어 눈길을 끈다. 

영국의 PaveGen이라는 스타트업이 그곳으로, 보도블록 타일을 깔면 이를 밟고 지나가는 사람들에 의해 배터리가 충전이 되고 이를 이용해서 가로등이나 광고판 등의 불을 밝힌다. 또한 타일 자체가 재생 고무를 주재료로 하여 제작되기 때문에 그 자체도 재생물질이라는 장점이 있다. 이 보도블록 타일을 일반 성인이 밟게 되면 약 5mm 정도가 내려앉게 되고, 이 에너지가 LED 조명이나 배터리 충전에 이용된다. 

사람들이 많이 몰리는 지역에 5개 정도의 보도블록 타일을 설치하고, 하루에 5만 번 정도 밟고 지나가는 것을 기준으로하면 버스 정류장의 불빛을 밝히는 정도가 가능하다. 현재 가장 유용할 것으로 예상되는 곳은 유동인구가 많은 지하철역사가 될 것이라고 한다. 

이러 기술의 미래를 사실 낙관적으로만 보기는 어렵다. 생산되는 전력의 양이 워낙 적기 때문인데, 만약 생산되는 비용이 저렴하다면 나름의 역할을 할 수 있겠지만, 현재로서는 설치비용을 감당할 정도의 전력생산이 될 수 있을지는 미지수다. PaveGen이 가장 크게 실험을 하고 있는 곳은 영국의 런던 올림픽이 열리는 지역 인근의 상업지구인 웨스트필드 스트래포트 시티몰(Westfield Stratford City mall) 이라고 하는데, 이곳에 20개의 보도블록 타일을 설치해서 전력을 생산하고 있다. 또 한 가지 가능성은 사람들이 걷거나 뛰는 등의 운동을 적극적으로 할 수 있도록 유도하는 분야일 것이다. 운동과 에너지 생산을 연계시키는 것은 그래서 단순한 에너지 효율을 넘어서는 가능성을 어느 정도 생각해볼 수 있는 분야이다. 최근 미국의 일부 도시에서는 차량이 지나다니는 도로에도 이와 유사한 기술을 도입할 것을 검토하고 있다는데, 고속으로 주행하는 차량의 주행안정성 문제가 해결된다면 사람들이 걸어다니는 것에 비해 더 나은 효과를 거둘 수 있을지도 모르겠다. 



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지구 환경에 대한 관심이 높아지면서 그 어느 때보다 플라스틱의 재활용을 하려는 다양한 시도가 나오고 있다. 그런데, 여기서 한 발 더 나아가서 버려진 플라스틱에서 그 원래의 원료였던 기름으로 바꾸고, 이렇게 만들어진 재활용 연료로 자동차를 몰 수 있다면 어떨까? 

실제로 이런 기술을 목표로 나아가고 있는 스타트업이 있다. 미국 오하이오주의 Akron에 위치한 Vadxx Energy는 원유를 원료로 만들어진 플라스틱이 들어간 쓰레기를 활용해서 합성기름과 천연가스를 뽑아내는 기술을 가진 기업이다. 이들의 원천기술은 열분해(thermal depolymerization) 기술로 실제로 상당량의 자동차 연료로 쓰일 수 있는 기름과 천연가스를 만들어낼 수 있다고 한다. 원료로 활용하는 것은 자동차에서 나오는 플라스틱들, 전자제품 쓰레기, 폐타이어, 사용된 유기용제나 폐유 등과 같이 매우 다양하다. 그 중에서도 자동차에서 나오는 가벼운 경량 플라스틱 쓰레기가 제일 중요하다. 폐차장에서 재활용되지 못하고 마지막에 남는 25% 정도의 물질들은 주로 플라스틱들로 이들은 보통 매립지에 묻을 수 밖에 없었다고 한다. 그래서, Vadxx Energy는 폐차장과의 연계를 통해 많은 양의 원료를 확보할 수 있다.

이들이 Akron에 건설한 시설에서는 상당히 많은 양의 기름을 생산할 수 있다고 하는데, 2012년 중에 연간 8만 배럴 이상의 연료로 쓸 수 있는 기름을 만들어낼 것이라고 한다. 만약에 이 시설이 효과적으로 잘 동작을 한다면, 쓰레기로 버려져서 매립이 될 수 밖에 없는 재활용되지 못한 플라스틱들이 다시 사용가능한 연료로 바뀌게 되므로 그 효과는 1석 2조라고 할 수 있겠다. 미래의 에너지와 관련하여 신재생 에너지에 중점을 두고 연구개발을 하는 것이 중요하겠지만, 이렇게 버려지는 자원에 대한 다양한 재활용 기술에도 조금은 더 신경을 쓸 필요가 있는 듯하다. 그것 역시 우리 지구를 지속가능하게 만드는데 중요한 역할을 할 수 있을테니까 ...


참고자료:


Vadxx 홈페이지


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한 발자국을 내딛을 때마다 10W의 열 손실이 있다고 한다. 그리고 전화기나 노트북 등의 모바일 디바이스는 크기와 종류에 따라 차이가 나지만 대략 1~15W 정도의 에너지를 사용한다. 그렇다면, 이론적으로는 걸으면서 사실 상 거의 모든 모바일 디바이스를 충전하고 이용할 수 있는 에너지는 보충할 수 있다는 것이 된다.
 
이를 위해서 그동안 piezoelectric 재질을 가진 진동판을 이용해서 눌리거나 꺽이는 힘을 이용한 전력생산을 하는 시도는 많이 있었다. 문제는 이렇게 해서 생산되는 전력이 몇 mW에 불과하기 때문에 잠시 반짝이는 수준의 전력밖에는 안된다는 것이었다.

그런데, 최근 Nature Communications에 실린 위스콘신 매디슨 대학 기계공학과의 Tom Krupenkin과 Ashley Taylor의 논문에 따르면 실제로 한 발자국마다 10W의 전력을 생산할 수 있는 기술이 가능하다고 한다. 이들은 기존의 piezoelctric 재질의 에너지 비효율을 극복한 electrowetting 기술을 이용하는데, 전극 위에 전도가 되는 액체방울을 이용한다. 여기에서 중요한 물질은 유전체(dielectric material)라는 것으로 보통은 절연체로 동작하지만 전기장이 펼쳐지면 극성화를 할 수 있는데, 이것으로 전극이 코팅되어 있다. 유전체가 충전되어 있으면 액체방울이 표면을 쉽게 적실 수 있고, 변형이 일어난다. 반대 현상도 일어나는데, 액체의 물리적 변화가 있으면 유전체로 코팅되어 있는 플레이트에서 전기가 발생하며, 이를 통해 전력이 만들어지는 것이다.

생산되는 전력은 액체방울의 수와 비례하는데, 현 단계에서는 걸을 때 아직 몇 mW 수준의 전력생산을 할 수 있으나, 그 농도를 높일 수 있기 때문에 최대 10W까지도 가능할 것이라고 한다. 이것이 실제로 가능해지면, 앞으로 모바일 디바이스에 대한 전력걱정은 거의 없는 셈이다. 다만 항상 계속 걸어다닌다면 말이다 ...


참고자료:

Time for a power walk

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