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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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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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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from rsc.org


더러운 물을 꺠끗하게 만드는 것은 상당한 에너지를 소모하며 비싼 비용이 들어간다. 그런데, 이 과정이 간단하게 해결이 되면서 전기까지 생산할 수 있다면 말 그대로 꿩먹고 알먹고가 아닐까? 실제로 그런 기술이 개발이 되고 있다. 연료전지가 특정 세균을 이용하여 물의 수질을 정화하고 발전을 한다는 것이다.

환경 엔지니어인 브루스 로건(Bruce Logan은 미생물 연료전지를 이용해서 버려지는 물의 유기물질을 좋아하는 세균이 물의 오염물질을 먹어치울 때 발생하는 전자를 모아 발전을 하는 기술을 개발하였다. 이와 원리는 다르지만 유사한 목적의 기술은 상하이의 쟈오통(Jiao Tong) 대학에서도 소개된 바 있다. 로건의 연료전지는 이렇게 발생되는 전자를 짧은 실과 같은 탄소 구조체에 모아서 전력원으로 이용할 수 있다. 또한, 이 과정에서 수소도 발생하므로 이를 잘 포집할 수 있다면 또다른 에너지원으로서의 가능성도 충분하다.

초기 개발에는 비싼 그라파이트 로드와 폴리머, 백금과 같은 희귀금속이 이용되었지만, 이제는 이런 비싼 금속 등이 필요없는 단계에 이르러 경제성을 갖춘 상용화도 멀지 않은 미래에 가능할 것으로 예상된다. 현 단계에서는 이 연료전지가 우리의 생활에 큰 도움이 될 수 있는 수준의 충분한 전기를 생산하고 있지는 못하다. 그런 점을 감안한다면 앞으로 5~10년 정도의 시간은 더 필요할 것으로 보이지만, 일단 상용화만 된다면 거대한 수질정화 시설이 간단히 발전시설로 변신할 수 있다는 점에서 다른 기술에 비해 월등히 매력적인 기술이라고 할 수 있겠다.

상하이 쟈오통 대학에서 개발한 기술은 이와는 약간의 차이가 있다. 그들은 광촉매 연료전지를 이용한다. 빛을 매개로 하여 오염수를 정화하고 동시에 발전을 하는 방식인데, 역시 이 기술도 앞으로 상용화에는 수년의 시간이 더 걸릴 것으로 예상되지만, 좋은 경쟁기술들이 앞서거니 뒤서거니 개발이 된다면 언젠가 실제로 쓸만한 수준에 이르는 것도 시간문제가 아닐까?
 




참고자료:

Batteries That Run On (And Clean) Used Toilet Water

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2011년 9월 15일 우리나라는 대규모로 전국적인 정전사태를 겪었다. 이런 사건이 있자 국가의 전력관리 시스템을 질타하는 소리가 쏟아졌다. 물론 맞는 말이다. 그렇지만, 일본의 사례에서 보듯이, 언제라도 기상이변이나 천재지변 혹은 전쟁과도 같은 상황을 통해 이와 유사한 상황은 발생할 수 있다. 아무리 관리를 잘 하더라도 말이다. 

그런데, 우리의 생활이 워낙 전기와 밀접하게 연결되어 있는지라, 전기가 들어오지 않으면 사실 상 아무 것도 할 수 없을 정도로 의존적이 되어 버렸다. 에어컨과 같은 많은 양의 에너지를 쓰는 것은 몰라도, 가장 필수적인 작업 정도는 할 수 있는 전기에너지의 확보는 그래서 점점 중요하게 여겨진다. 이런 상황을 상시적으로 겪고 있는 곳은 전 세계의 개발도상국들이다. 그래서, 이들 국가에서는 최근 분산된 에너지를 만들고, 이를 관리하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있으며, 일부 기술들은 상당히 높은 수준에 올라와 있다. 특히, 디젤과 같은 화석연료를 사용하지 않거나, 다른 일을 할 때 부가적으로 생산하는 에너지 기술들은 앞으로 지구의 지속가능성을 위해서라도 더욱 많이 보급되어야 하는 기술들이 아닌가 싶다.

그 중에서 최근 선두를 달리고 있는 회사가 Fenix International 이다. 이 회사에서는 ReadySet 이라는 제품을 내놓았는데, 이 기기는 2개의 시가 라이터 잭과 2개의 USB 출력을 가지고 있어서 여러 가지 종류의 라디오, 전등, 배터리 등의 충전이 가능하다. 이 제품이 인상적인 것은 태양광과 같은 가장 일상적인 신재생 에너지 뿐만 아니라, 자전거를 이용해서 직접 몸으로 충전할 수도 있다. 또한, 여유가 있을 떄에는 가정의 교류전원을 이용해서 충전을 한다. 

또 하나 재미있는 제품은 위의 사진에서 볼 수 있는 BioLite 라는 스토브이다. 이 스토브에서는 음식을 하는 동안에 휴대폰 등을 충전할 수 있는 수준의 발전이 이루어진다. 2012년 봄에 캠프 등에서 이용할 수 있는 CampStove라는 제품이 출시되고, 이후 가정에서 이용이 가능한 제품을 내놓을 예정이라고 한다. 이 스토브에서는 나무 뿐만 아니라 매우 다양한 자연에서 흔히 구할 수 있는 태울거리들을 이용해서 충전이 가능하다.





또한 흙속에 있는 미생물들이 연료전지에 작용하여 간단히 휴대폰 등을 충전할 수 있는 약간은 꿈과도 같은 프로젝트도 최근 빌&멜린다 게이츠 재단에서 10만 달러의 상금을 받아서 연구가 진행되고 있다고 한다. 

이와 같은 개인 및 지역 기반의 마이크로 파워 프로젝트들은 대규모 도시를 운영할 수 있을 수준의 전기를 생산하거나 대체하지는 못할 것이다. 그렇지만, 이 정도의 전력은 최소한의 생활을 영위하는데 문제가 없으며, 우리의 생활이 조금은 더 위기와 재해에 적응하기 쉽도록 도와주게 될 것으로 기대한다. 또한, 우리의 생활이 조금만 에너지를 덜 요구하는 방식으로 바뀐다면, 에너지 독립도 꿈과 같은 일은 아니지 않을까? 
 

참고자료:
Fenix International 홈페이지
BioLite 홈페이지 
 
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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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미래를 열어 가는 그린 기술에는 첨단 기술도 중요하지만, 현재 있는 기술을 어떻게 잘 활용하느냐에 따라서도 많은 변화를 끌어낼 수 있습니다. 세계의 재미있는 푸른 지구를 위한 멋진 아이디어를 몇 가지 소개합니다.


운동으로 전기를 생산하는 사람들에게 공짜 식사를 ...


덴마크 코펜하겐에 있는 크라운 플라자 호텔(The Crown Plaza Hotel)에서는 숙박객들 중에서 호텔에 있는 전기생산 자전거를 이용해서 전기를 생산하는 사람들에게 공짜 식사를 제공한다고 합니다. 최소한 10 watt/hours 의 전기를 생산해야 하는데, 이 정도의 양은 일반적으로 피트니스 센터에서 사이클을 타는 운동량을 기준으로 15분 정도를 타면 생산되는 정도라고 하네요. $36달러 상당의 식사 쿠폰을 얻을 수 있고, 운동도 되고, 전기도 절약하고 ... 그야 말로 1석 3조라고 할 수 있지요?


춤추면서 전기를 생산하는 댄스 클럽


영국 런던에 있는 So Bar Surya 라는 댄스 클럽에는 바닥에 스프링을 장착하고, 춤을 추는 사람들의 압력으로 전력을 생산한다고 합니다. 이렇게 생산된 전기로 배터리를 충전하고 실제 클럽의 전기 사용량의 일부를 절약한다고 하네요. 이렇게 생산되는 전기가 클럽이 필요로 하는 에너지의 60%를 충당한다고 하니 적은 양은 아니지요?


재활용이 가능한 플라스틱 종이 프린터


프린터에 꼭 종이만 쓸 필요가 있을까요? PrePeat 프린터는 열을 이용해서 플라스틱 종이에 인쇄를 합니다. 이 종이는 쉽게 지워지기 때문에, 계속해서 재활용이 가능하다는 장점이 있습니다. 인쇄된 종이의 용도를 다하면, 다시 거둬서 프린터에 다시 집어넣으면 지워지는 온도를 이용해서 지우고 다시 인쇄를 합니다. 한 장당 1,000번 이상을 재사용할 수 있다고 하니, 산림을 보호하는데에 큰 역할을 할 수 있겠지요? 아래는 작동하는 동영상입니다.




싱크대의 버려지는 물로 식물을 기르자


싱크대에서 버려지는 물이 많지요? 손을 씻고 난 물로 식물을 기를 수 있다면 어떨까요? 몬트리올의 디자이너인 Jean-Michel Gauvreau가 제시한 모델입니다. 실제로 광화문 KT의 올레스퀘어 화장실에 유사한 디자인이 되어있는 것을 보았습니다.


이와 같이 전기를 재활용하고, 우리들이 가지고 있는 기술로도 작금의 에너지 위기를 일부나마 완화시킬 수 있습니다. 이런 아이디어에도 조금은 더 신경을 써보면 어떨까요?
 
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미래는 하이컨셉, 하이터치의 세계라고 합니다. 너무 메마르고 딱딱한 이야기보다는 글로벌 시대에 어울리는 세계 각국의 이야기, 그리고 의학과 과학을 포함한 미래에 대한 이야기의 세계로 여러분을 초대합니다.

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