내 안에 에너지있다!

15~16세기 레오나르도 다빈치가 사람의 힘으로 비행하려 했던 것처럼 인간동력을 에너지로 이용하려는 시도는 인류 문명만큼이나 꽤 오래되었습니다.

오늘날 기후위기시대  에너지 고갈과 탄소배출 문제 등과 맞물려 화석연료 대신 인간동력을 이용하려는 진지한 시도들이 일부에서 이루어지고 있습니다.

오늘은 이러한 인간동력, 「티끌 모아 태산」에너지하베스팅 사례 몇 가지를 소개하겠습니다.

10여 년 전 독일의 한 벤처기업이 사람이 스위치를 누르는 힘으로 작동하는 무선 스위치를 만들었다고 합니다.

이 스위치는 사람이 스위치를 누르는 힘으로 작동합니다.

스위치를 누를 때 발전되는 전기는 약 100W 정도로 스위치를 누르는 행동을 1만 번은 반복해야 전구에 불을 잠깐 켤 수 있죠.

이 보잘 것 없는 동력으로도 작동하는 무선 스위치 덕분에 건물 내부에 들어가는 전선을 획기적으로 줄이고, 환경에도 도움이 되었다고 합니다.

다음으로 도쿄역의 발전마루가 있습니다.

성인 1명이 걸음을 내딛을 때 전구 1개를 순간적으로 켤 수 있을 만한 충격에너지가 발생합니다.

비록 적은 양이지만 수많은 사람들이 끊임없이 움직이는 지하철역에 적용한다면 큰 에너지를 얻을 수 있습니다.

이러한 점에서 착안하여 만든 것이 일본 도쿄역에 있는 발전 계단입니다.

이 계단을 밟고 지나가면 압전소자가 압력을 전기로 바꿔줍니다.

우리나라도 유동인구가 많은 부산 서면역과 서울숲 공원에 압전패드를 깔아 전기를 생산하고 있습니다.

생산된 전기는 조명이나 휴대전화 충전 등에 활용되고 있죠.

국내 일부 대학에서는 계단이나 보도에 압전 발전기를 설치해 전기를 생산하고 있습니다.

물론 이러한 인간동력이 화석연료와 전력을 따라잡기는 어렵습니다.

하지만 버려지는 신체 에너지를 모아 사용할 수 있다는 것만으로도 큰 변화를 이루어 낼 수 있습니다.

잘 설계된 장치를 이용할 경우, 사람의 근력만으로 1마력(740W) 이상의 동력을 발생시킬 수 있습니다.

우리나라 인구인 약 5,125만 명(2024년 8 통계청 추계)에 곱해보면 약 3,800만㎾ 이상의 동력이 발생합니다.

500㎿급 화력발전소 76기에 해당하는 어마어마한 양입니다.

이처럼 사람이 발생시킬 수 있는 에너지가 어느 정도인지 대략 가늠할 수 있습니다.

물론 아기와 노인 할 것 없이 모든 사람을 포함한 상징적인 수치이기는 하지만 생각보다 엄청난 양인 것은 부정할 수 없습니다.

사진 출처 : 픽사베이

이같이 버려지는 에너지를 수확해서 사용하는 에너지 하베스팅은 2015년 MIT가 선정한 10대 유망기술 중 하나입니다.

위에서는 인체에 대해서만 소개했지만, 진동, 압력, 열, 위치, 빛 등 거의 모든 활동이 에너지원이 될 수 있습니다.

한국과학기술기획평가원에서도 미래 우리 사회의 불평등 해소에 기여할 수 있는 10대 유망기술 중 하나로 에너지 하베스팅을 꼽았습니다.

전 세계적으로 에너지 하베스팅 시장은 최근 연평균 20% 이상의 성장률을 보이고 있다고 하네요.

이렇다 보니 에너지 하베스팅이 미래 에너지원의 일부분으로 자리 잡을 것으로 전망하는 사람들도 늘고 있습니다.

사실 에너지 하베스팅 관점에서 보면 아깝게 사라지는 에너지의 양은 어마어마합니다.

발전소의 경우 40%만이 전기 에너지로 사용되고 60% 정도는 손실됩니다. 설비가 오래된 발전소의 손실률은 65% 이상입니다.

자동차의 에너지 효율은 20%에도 미치지 못합니다. 휴대전화에서 발생하는 전파는 3%만 사용되고 나머지 97%는 허공에 뿌려집니다.

사람도 마찬가지입니다. 주변보다 체온이 낮으면 열이 빠져나오면서 75~190W가 손실됩니다.

운동할 때 버려지는 700W의 1%만 전기 에너지로 바꿔도 휴대전화 2대 이상을 충전할 수 있습니다.

이처럼 버려지는 에너지가 많으니 에너지 하베스팅을 에너지원으로 쓰자는 생각이 마냥 허무맹랑해 보이지는 않습니다.

다만 이를 가능하게 만들려면 에너지 하베스팅 기술력이 지금보다 훨씬 높아져야 할 것입니다.

물론 아직까지 에너지 하베스팅으로 생산된 전기의 성능과 양은 기존 배터리나 발전기에 비해 뒤떨어지고 비용도 많이 듭니다.

하지만 과거부터 현재까지 인류의 기술 발전 속도를 생각해 본다면 에너지 하베스팅이 다른 에너지원을 대체하는 게 먼 미래의 일은 아니라고 생각됩니다.

이미 국내 압전소자 분야는 과거와 비교해 효율이 수십 배 이상 향상된 기술력을 선보이고 있습니다.

따라서 우리도 이제 이러한 에너지 하베스팅 분야에 대해서도 좀 더 관심을 갖고 과감한 투자를 해볼 필요가 있어 보입니다.