태양빛 만으로 배와 비행기를 움직일 수 있을까?

소형전자 제품과 달리 거대한 무게의 배나 비행기를 움직이기 위해서는 엄청난 에너지가 필요한 만큼, 이러한 일이 가능해진다면 태양광 에너지는 석유나 석탄 중심의 화석에너지를 거의 대체할 수 있을 지도 모릅니다. 물론 전문가들은 현대 과학수준으로는 전면적인 대체가 되는 것은 불가능한 것으로 보고 있습니다.

하지만 과학기술이 더 진보하는 먼 미래에는 꼭 불가능한 것만은 아닐 듯 합니다. 이미 미래를 위한 도전이 시작됐기 때문이죠.

인류는 오래 전부터 먼 거리를 항해하기 위해 바람을 에너지로 바꾸는 돛을 이용해 왔습니다.
바람의 방향에 따라 돛을 적절하게 조절하면서 추진력을 얻었던 것이죠. 산업혁명 이후 디젤이나 원자력을 이용하는 엔진들이 등장하면서 이런 돛은 레저용 요트에서나 볼 수 있게 됐습니다. 

하지만 최근 첨단 엔진을 배에 과거의 유물로 치부됐던 돛이 등장하고 있습니다. 일본 에너지 회사인 Eco Marine Power가 가장 적극적인데요. 과거와 달라진 게 있다면, 새롭게 등장한 돛은 바람을 이용하기 위한 것이 아니라, 태양에너지를 이용하기 위한 것이라는 점입니다.
 
즉 돛에 부착한 태양광 모듈을 통해 전기를 생산한다는 것이죠. 요트와 같은 작은 배뿐만 아니다. 여객선, 관광보트, 화물선 심지어는 유조선까지 이러한 돛을 설치하고 있습니다. 이 회사는 좀 더 나아가면 군용 전함에서도 이러한 태양광 판넬을 부착, 전기를 생산해 보조 에너지로 사용할 것으로 보고 있습니다. 물론 보다 효율적으로 전기를 얻기 위해 컴퓨터를 이용해 돛을 조정하게 되죠.

이미지출처 / inhabitat.com             

세계일주 시도하는 태양광 보트

좀 더 적극적인 시도도 있습니다.
지난 2010년 9월 모나코에서 출항한 세계 최대 태양광보트 플래닛솔라 튀라노(Turanor)의 도전이 바로 그것입니다. 14개월에 걸쳐 1,250만유로(약 280억원)가 투입된 이 초호화 요트는 길이 31m, 폭이 15m 규모로 최대 탑승인원은 50명, 평균 7.5노트, 최고속도 15노트로 운항할 수 있도록 제작됐습니다. 흥미로운 것은 약 500㎡ 넓이의 보트 지붕에는 태양광 패널 3만8,000장이 촘촘히 부착되어 있다는 점인데요. 18.8%의 효율을 자랑하는 이 태양전지 통해 최대 93.5kW의 전력을 생산해 내는데, 이것이 이 배의 유일한 동력원입니다.

이번 세계 일주 항해는 처음 출발할 당시만 해도 대서양을 건너 파나마운하를 통해, 북미대륙 동편에서 서편 태평양 쪽으로 이동하면서 멕시코 칸쿤과 호주 시드니, 싱가포르, 아랍에미리트 등을 거치기까지 약 8개월의 일정으로 계획되어 있었습니다. 날씨 등의 영향으로 항해가 조금 늦춰지고 있는데, 5만km를 여행해 12월 현재 카타르의 도하에 도착했죠. 이 플래닛솔라는 이번 항해를 통해 세계 태양광에너지의 기술개발을 담당하는 과학자들로 하여금 혁신적인 기술을 발전시킬 수 있는 동기를 제공하는 한편, 미래의 운송기기에 사용될 하이브리드 전기 에너지 개발을 더욱 발전시키는 것을 목표로 하고 있습니다.

이미지출처 / http://www.planetsolar.org      

태양광을 추진동력으로 활용하는 것은 하늘에서도 시도되고 있습니다.
가볍고 단단한 탄소섬유로 동체의 무게를 줄일 수 있는 기술 덕택인데요. 앙드레 보시버그, 버트랜드 피카르드 등 비행사와 모험 사업가로 이뤄진 유럽의 태양광 비행기 개발팀은 지난 7년간 ‘솔라 임펄스(Solar Impulse)`라는 태양광 비행기 개발프로젝트를 진행해 왔습니다. 1인승인 이 비행기는 양쪽 날개간 길이가 63.4m로 보잉 747 대형 여객기와 맞먹지만 무게는 일반 자동차 수준인 1.6t에 불과하죠. 양쪽 날개에 장착된 1만1628개 태양전지판이 만들어낸 태양광 에너지가 10마력짜리 전기모터 4개를 가동시켜, 비행을 하도록 하도록 설계한 것인데요. 야간비행 때는 리튬폴리머 배터리에 충전된 전력을 사용합니다. 지난 여름 솔라 임펄스는 벨기에 브뤼셀에서 프랑스 르 부르제 공항까지 16시간 동안 비행을 하는데 성공했습니다.

현재 1호기보다 더 견고한 2호기를 제작 중인 솔라 임펄스 개발팀은 또 2014년 세계일주 도전에 대비해 2013년부터 2호기 시험비행에 나설 예정입니다. 2014년 세계일주를 앞두고 있는 태양광비행기에 고효율 태양전지가 탑재되는데요. 이번 태양전지는 최고 수준인 22.7% 변환효율을 자랑하며 두께가 135마이크론에 불과해 경량 기체용으로 최적이란 평가를 받고 있습니다.

모두 2만2000여개의 태양전지가 기체 날개 상부와 수평안전판에 장착될 예정인데요. 솔라임펄스 측은 아직 새 태양광비행기의 외관을 공개하지 않고 있지만, 길이가 1호기보다 긴 70m에 달할 것으로 보입니다. 그리고 1호기가 1m2의 무게가 90g이었지만, 새로운 비행기는 1m2당 25 g에 불과할 것으로 보이는데요. 자세한 진행사항은 아래에서 볼 수 있습니다.

    ►SOLARIMPULSE(바로가기)


태양광 발전이 하늘을 덮는 날이 올까?

무인 항공분야에서의 태양광엔진을 다는 연구도 활발하게 진행되고 있습니다.
미 국방부로부터 8천900만 달러(103억원)의 지원을 받는 보잉사는 2014년 '솔라이글(Solar Eagle)'로 명명된 비행기를 시연할 계획입니다. 솔라이글은 별도의 에너지 보급 없이 30일간 날 수 있는 무인태양광비행기죠. 보잉이 제작할 무인 솔라비행기는 121미터(400피트)의 날개길이를 가진 비행기로서 대기권 상층부에서 고효율의 전기모터와 프로펠러를 이용해 한 달간 날아 다니게 됩니다. 

보잉의 목표는 구름 위 18~27km 상공에서 공기저항을 견디면서 453kg 무게의 태양광에너지비행기가 머물 수 있도록 설계하는 것인데요. 비행기를 만들게 되면 그야말로 태양광을 에너지로 사용하는 비행기 제작의 신기원을 이루게 될 전망입니다. 지난 2007년에는 영국의 무인 비행기 제퍼가 54시간을 비행한 적이 있고 2008년에는 83시간을 비행했었습니다. 하지만 어느 비행기도 3일을 넘긴 적이 없었죠. 이 대담한 도전이 성공하면 솔라이글은 18km상공에서 지속적인 통신,첩보,감시 및 정찰미션을 5년간 수행할 수 있을 것으로 예상됩니다.

물론 태양광으로만 움직이는 배와 비행기가 일반화 되기까지는 많은 시간이 걸릴 것으로 보입니다. 새롭고 신선한 시도임에는 분명하지만, 에너지 효율성이 낮고 동체를 제작하고 운용비용이 일반 화석에너지에 비해 크게 높기 때문이죠. 설사 태양광 에너지로만 움직이는 비행기나 배의 등장은 가까운 미래에 실현하기 어렵더라도, 현재의 기기 디자인들이 최대한의 전기를 얻을 수 있는 디자인으로 바뀔 수도 있을 것입니다.

이처럼 태양광을 활용한 어찌 보면 무모할 수도 있는 도전들은 국내에서도 진행되고 있습니다. 이미 한화솔라에너지가 국내 최대 지붕형 태양광발전소 건립을 추진하고 있고, 태양광을 활용한 한화의 사회공헌 프로그램인 해피선샤인 역시 첫 지원기관이 선보였습니다. 아직은 먼 것 같지만, 한화를 통해 우리는 태양광이 점차 현실화 되는 것을 직접 목격하고 있는 것이죠. 역사의 진보는 무모하게 보이는 도전을 통해 일어나는 법입니다.



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유상연 | 과학칼럼니스트 前중앙일보 기자. 前인터넷과학신문 사이언트타임즈 창간 편집장을 역임했으며, 현재는 과학칼럼니스트로 '과학의 향기' 필진으로 활동하고 있습니다. 블로그 : http://blog.naver.com/steditor