“적은 에너지로 효율 극대화하는 방법, 들어보실래요?”

 

 

 

에너지융합연구단, 친환경 에너지 자립형 녹색도시 구현
스마트 창호에서 고용량·고출력 전지 개발 박차

 

1966년 영국의 남극 탐사팀. 그들은 평소와 다름없이 차가운 땅 남극을 조사하기 위해 매서운 눈보라 속에서 고군분투하고 있었다. 그러던 어느 날, "여기 이 구멍은 뭐지?! 이런건 처음 보는건데!!" 한 대원이 남극의 서층권 상층의 오존층을 관찰하다 놀란 듯 말했다.

 

그렇다. 이 구멍은 바로 오존층이 뚫린 것으로 영국 남극 탐사팀도 생전 처음 보는 것이었다. 이후 1985년 미국의 기상위성 님부스(Nimbus)7호가 남극의 오존 상태를 컴퓨터로 그래픽화했다. 그 결과는 실로 놀라웠다. 오존층 곳곳에 구멍이 나있었던 것. 우리가 편리한 삶을 살기 위해 사용했던 각종 가전기기와 공장, 자동차의 편리함의 양면이 드러나는 순간이었다.

 

절박한 위기에 닥친 국가들은 1987년 9월 16일 오존층 파괴물질에 관한 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)를 채택했다. 그 뒤 1994년 UN 제 49차 총회에서 세계 150개 국가들이 9월 16일을 '세계 오존층 보호의 날'로 지정, 오존층 보호를 위한 활동을 지속적으로 수행 중이다.

 

 

 

 

오존층은 태양에서 방출되는 자외선을 흡수해 지구 생명체가 자외선의 피해로부터 보호하는 역할을 해왔다. 오존층이 파괴되면 지표에 도달하는 자외선의 양이 증가해 각종 피부암과 백내장 등을 일으켜 사람의 건강을 직접 위협할 뿐만 아니라 육상생물의 돌연변이 발생, 농산물 수확감소, 해양의 생태계 파괴 등을 초래하기 때문에 국내 뿐 아니라 세계적으로 보호를 해야한다.

 

과학기술계도 오존층 파괴를 막기 위해 다양한 연구결과를 쏟아내고 있다. 그런 가운데 국내에서는 KIST 융합에너지연구단이 21세기 친환경 에너지 자립형 녹색도시 구현을 위한 에너지 저장 및 변환 등 에너지 융합 기술 분야를 선도하고 있어 직접 찾았다. 오존층을 보호하기 위한 기술이 얼마만큼 진행 중인지 미래기술을 미리 만나보자.

 

 

환경오염 80% 영향 미치는 자동차…"노면전차가 답이오~" 

 

 

 

버스 대신 노면전차를 이용하고, 난방비를 줄이기 위해 스마트 창호를 활용하고, 취미생활을 위한 스마트 안경까지. 이중기 융합에너지연구단장은 이 같은 미래 생활을 오랫동안 꿈꿔왔다. 그러나 이러한 제품을 개발해 상용화하기 위해서 중요한 것은 바로 '전지'. 전지가 얼마만큼 많은 에너지를 단기간에 저장하느냐, 또 얼마만큼 가볍느냐가 이 기술들의 핵심이 된다 할 수 있다.

 

에너지융합연구단은 오랜 기간 동안 이차전지를 전기자동차와 IT기술에 접목하는 기술을 연구해왔다. 그러다 '에너지의 효율적 이용 = 녹색도시' 라는 슬로건을 가지고 융합에너지연구단이라는 이름으로 지난해 새롭게 탄생했다.

 

 

 

 

현재는 기후변화에 대응할 수 있는 기술을 개발하는 것을 목적으로, 녹색도시 구현을 위한 리튬이차전지 및 커패시터(capacitor), 스마트 창호기술, 차세대 Post 리튬이차전지 소재 원천기술 개발을 통한 고효율 저가 에너지 저장소재 기술을 확보하기 위해 연구 중이다.

이 같은 전지기술이 왜 녹색 도시 구현을 한다는 걸까. 이 단장은 노면전차를 예로 들어 설명했다. 

 

"국내에는 아직 상용화 되지 않았지만 예전부터 스페인이나 중국, 유럽 등에는 노면전차가 운행 중이다. 노면전차는 버스를 대신할 운송시설로 전지에 전기를 충전해 움직이는데, 정류장에서 사람들이 내리고 타는 시간을 이용해 충전이 가능하다. 하지만 문제는 정차하는 동안 충전을 해야 하기 때문에 재빠르게 충전하면서도 효율성 있게 에너지를 활용해야한다는 것. 때문에 고출력·고용량 전지를 개발해야 노면전차의 활용도가 높아진다."

 

 

 

굳이 전지로 충천하지 말고 전선을 이용해 노면전차를 운영하는 것은 어떠냐는 질문에 그는 "전기로 운영을 하면 도심에 전선을 깔거나 노출시켜야해 미관상 좋지 않아 리튬이차전지를 활용하는 것을 해외에서도 추진 중"이라고 설명했다. 이어 "환경오염은 자동차가 80%를 기인 할 정도로 높은 비율을 차지하고 있다"며 "버스 1대는 하루 1천 명 정도를 태울 수 있지만 노면전차는 3~4천명을 태울 수 있기 때문에 녹색도시의 열소가 될 수 있을 것"이라고 설명했다.

 

또 "우리나라는 과거와 다르게 시간이 흐를수록 대중교통의 속도가 점점 떨어지고 있다. 이는 자동차가 많기 때문"이라며 노면전차가 대중교통의 속도를 상위권으로 상승시켜줄 수 있을 것이라 강조했다.

 

 

 

 

에너지융합연구단 출범 시초가 이차전지 기술개발이긴 했지만 소재기술도 함께 개발하다 보니 최근 '스마트 창호'기술에도 심혈을 기울이고 있다. 스마트 창호란 쉽게 말하면 커튼과 같은 역할을 하는 것으로, 창문에 열이나 냉기를 발생시켜 방 내부의 온기가 창문 밖으로 빠져나가지 않도록 함으로써 에너지를 줄일 수 있는 기술이다. 이 박사에 따르면 최대 30%까지 에너지를 절약할 수 있어 사무실이던 가정이던 어디서 사용할 수 있을 것으로 전망된다.

 

또 온난화의 주범이 되는 것들을 골라 고온 플라즈마로 분해하는 기술도 수행 중이며 이 외에도 ▲리튬이차전지 원천기술(Mn-fich계 양극소재, 전이금속산화물계 음극소재, 산화물-그래핀 복합소재)▲리튬이온커패시터 원천기술(고율형 실리콘 전극개발, Li-Air 전극소재, 리튬이온커패시터용 계면기술) 등 지속적이면서도 고용량이며 고출력에 긴 수명과 안정성을 확보한 에너지저장 전극소재를 개발하고 있다.

 

 

“녹색도시기술, 타분야 전문가 접목 필수”

 

 

에너지융합연구단은 KIST 내에서도 성과가 좋은 것으로 잘 알려져 있다. 이차전지 관련해서는 기술계약을 15건 이상 체결했으며 지난해만 1억 5천만원의 기술이전을 성공시켰다. 현재 이 기술들은 상용화를 위해 일부 사용되고 있다.

 

현재 에너지융합연구단에는 분석기술, 공정기술, 박막기술, 화학기술 등 다양한 전문가가 함께 연구를 진행 중이나 녹색도시를 구현하기 위한 다양한 연구를 해야하다보니 기존 인력으로는 부족한 점이 있는 것도 사실이다. 이에 이 단장은 에너지 저장뿐 아니라 타 분야의 전문가들도 초빙할 계획을 갖고 있다.

 

그는 "녹색도시를 구현하기 위해 우리가 맡은 과제를 성공적으로 이끌어 성과를 내겠다"며 "특히 도시 수송과 관련해 주목할 만한 개발연구를 할 예정"이라고 말했다.

 

이어 "물론 이를 도입하기 위해서는 법을 바꿔야하지만 우리 기술이 토대가 될 수 있도록 하겠다"면서 "에너지 절약기술도 우리나라가 선도할 수 있도록 에너지전략 변화 트렌드를 이끌겠다"고 밝혔다.