에너지의 제품화, 소형화&보급화

에너지의 제품화, 소형화&보급화

 

 과거에 에너지가 제품으로 소비자에게 판매되는 것은 화석연료나 배터리와 같이 소모되는 것이 주를 이루었다. 하지만 최근 기후변화 및 환경 보호에 대한 인식의 제고로 신재생에너지나 에너지 소비를 줄이는데 도움이 되는 제품들이 등장하고 있다. 본 기사에서는 이러한 제품들이 에너지에 접근하는 방식 중 소형화, 개인화, 보급화에 초점을 맞춰 소개하고자 한다.

 

 

1. 일반 자전거를 전기자전거로

사진 1. 하이코어의 센티넬휠이 부착된 일반 자전거

출처 : 하이코어

 한양대 특허 기술이 접목된 산학협력 스타트업 ‘하이코어’는 일반 자전거를 전기 자전거로 바꿔주는 센티넬휠을 생산하고 있다. 센티넬휠은 자전거를 탈 때 상대적으로 쉬운 구간(평지)에서는 자전거 바퀴의 회전력을 전력으로 변환하고, 주행이 힘든 구간(오르막길)에서는 저장된 전력의 도움을 받는 방식이다. 어떻게 보면 단순한 원리이지만 이를 바퀴에 부착하는 것만으로 사람이 자전거를 주행하는데 소모하는 힘을 줄이고, 친환경 오토바이의 구실을 수행하도록 만드는 획기적인 효과를 가져온다. 이뿐만 아니라 바퀴의 센서가 자동차 변속기처럼 작동하고, 완충시간이 2시간으로 짧고, 배터리의 교체가 가능하여 장거리 주행 시에도 센티넬휠의 도움을 받을 수 있다. 하이코어는 앞으로 자전거 바퀴를 넘어 전기자동차, 오토바이 분야까지 진출할 목표를 세우고 연구를 진행하고 있다.

 

 

2. 제로에너지 가구

사진 2. 제로에너지 가구(Zero Energy Furniture, ZEF)

출처 : © Colombe Clier, VIA 2015

 두 명의 디자이너가 힘을 모아 가구에 에너지 소비 절감의 기능을 부여하였다. 기후 및 에너지 문제를 가구의 단위에서 해결하고자 접근하여 가구를 기후조절의 수단으로 재탄생 시킨 것이다. 선보인 ZEF(;Zero Energy Furniture)는 참나무 상판과 산화알루미늄 위치한 상변화 물질(PCM; Phase Changing Material)이 방의 온도에 따라 에너지를 흡수 방출하는 역할을 수행한다.

 

그림 1. ZEF의 에너지 저장원리

출처 : © Colombe Clier, VIA 2015

 상변화가 일어날 때는 온도는 변화가 없이 주위 계로부터 열을 흡수하거나 방출한다. 이러한 열의 이동을 잠열(latent heat)이라고 하는데, 잠열의 크기는 비열에 비하여 매우 크기 때문에 물질에 저장되거나 물질이 방출하는 열의 양이 매우 많다. ZEF는 이러한 잠열의 특성을 이용하여, 실내 온도가 22℃보다 높은 경우에는 상변화 물질이 주위 열을 흡수하여 부드러워지며, 실내 온도가 22℃보다 낮은 경우 상변화 물질은 단단해지면서 주위로 열을 방출하여 실내의 온도를 높인다. 이러한 열의 이동과는 달리 상변화 물질 자체의 온도는 변화가 없기 때문에 온도에 의한 가구의 소재 손상이 발생하지 않는다.

 

그래프 1. Phase change & temperature change

출처 : Difference Between

 발명가들은 ZEF가 난방에 사용되는 에너지의 최대 60%, 냉방에 필요한 에너지의 최대 30%까지 절감할 수 있다고 밝혔다. 온도조절 설비를 구비하지 못한 곳, 일교차가 큰 곳, 온도가 수시로 급변하는 지역에서 ZEF는 매우 용이한 공학적 성과이다.

 하지만, ZEF를 온전히 효율적으로 활용하기 위해서는 한가지 고려사항이 있다. 온도조절 설비가 지속적으로 가동되는 경우에는 실내로 공급/제거되는 열이 ZEF에 공급/제거되는 과정으로 ZEF의 에너지 저장 기작과 충돌하여 에너지 소모를 가중한다는 점을 고려해야 한다.

 

 

3. 소형 수력; 이노마드

 사진 3. 이노마드의 텀블러형 수력 발전기

출처 : JobsN

 이노마드에서 텀블러 크기의 휴대용 수력발전기를 선보였다. 이 작은 수력발전기는 강이나 계곡과 같은 흐르는 물에 4시간 30분 정도 담가 두면 스마트폰 2.5대를 충전할 수 있는 전기를 생산할 수 있으며, 카누와 같은 배에 달아 움직여도 전기를 생산할 수 있다. 본체에서 탈부착이 가능한 배터리 모듈은 여러 제품과 호환될 수 있도록 전문 업체와 협업하여 개발되고 있다.

 이노마드의 대표인 박혜린 대표는 트레킹 중 머물게 된 산간마을의 열악한 전기 공급 환경을 보고 이러한 소수력 발전기를 개발하였다. 지구촌 인구의 1/3에 달하는 사람들이 전기의 혜택을 받지 못하는 현실에 도움이 되고자 에너지의 자급력을 높이는 제품의 개발화를 시도한 것이었다. 현재에는 미국의 캠핑시장을 겨냥하여 용량이 작더라도 소형화, 경량화에 초점을 맞춰 제품을 디자인하여 기업의 정체성과 시장의 요구에 모두 부합하는 경영을 추구하고 있다.

 

 

4. 호흡으로 풍력발전을?? 충전 마스크

 사진 4. AIRE MASK

출처 : ubergizmo

 세계적인 산업 디자인 어워드인 Red Dot award design에서 'AIRE Mask'라는 충전 마스크가 수상하였다. AIRE MASK는 인체의 호흡에서 발생하는 풍압으로 풍력발전기를 가동하여 전기를 얻는 제품으로 마스크에 소형 풍력발전 터빈이 위치한다. 수면 시 낮은 풍압에도 충전기 가능하고, 달리기와 같이 호흡이 빨라지면 더욱 충전이 빨라진다. 일반적으로 태양광, 태양열, 풍력, 지열, 조력 등 전형적인 자연의 에너지를 사용한다는 신재생에너지의 고정관념에서 벗어나 새로운 시각을 제시하는 제품이다.

 

 

5. 신재생 에너지의 소형화/보급화를 바라보는 시각

 세계 각국에서 신재생에너지에 관심을 가지면서 신재생에너지와 ESS 기술이 점차 발전되고 있고, 소형화를 이룬 여러 제품들이 보급화되고 있다. 우리는 가정용 태양광, 스마트폰 충전용 태양광, 가로등 일체화 풍력발전기 등 다양한 제품들을 실생활에서 이미 접하고 있다. 이렇게 신재생에너지가 소형화되어 일반 가정 및 사회 인프라로 보급되는 것은 전력 생산의 분산, 탄소 발생 저감, 전력 요금 절감 등 국제적, 사회적, 개인적으로 다양한 효과를 가져온다.

 이러한 효과가 가장 크게 발휘될 수 있는 지역은 전력공급이 원활하지 못한 지역이다. 전력 공급망이 부족한 지역에서는 가전제품의 사용은 물론 모바일 기기의 충전 또한 힘들기 때문에 신재생에너지 기술로 에너지의 자급력이 향상되는 것이 큰 의미가 있다. 전 세계에 걸쳐 아프리카, 인도, 중동 등 지역에서 20억 명의 인구가 전력의 혜택을 누리지 못하고 있는데, 이러한 지역이라도 전자제품에 대한 접근성까지 떨어지는 것이 아니다. 인도, 이란, 중동, 아프리카 일부 국가의 경우 전력공급이 원활하지 못한 지역이 많음에도 모바일 휴대기기의 보급률은 이미 어느 정도 높은 수준이고 그 성장률은 세계 최고 수준이다. 이러한 국가의 시민들은 스마트폰 충전을 위해 번화가까지 이동하여 충전 좌판에서 비용을 지불하고 충전을 해오는데 이러한 과정에서 시간, 비용, 이동을 위한 에너지의 소모가 발생한다. 특히, 스마트폰은 단순히 통신기기를 넘어 정보 접근, 홍보 및 소통의 기능을 수행하기 때문에 전력의 단절은 그들을 더욱 도태되게 할 것이다.

 그래프 2. 아프리카 모바일 보급률 추이(좌), 아프리카 모바일 성장률 및 송금비중(우)

출처 : ITU database(좌), 세계은행(우)

 그림 2. 세계의 스마트폰 보급률

출처 : http://ypshin.com

  

그림 3. 전력 공급이 부족한 지역

출처 : PV TECH

 따라서 신재생에너지를 통한 에너지의 보급은 그들에게는 큰 의미가 될 수 있다. 가정용 태양광 발전기를 이용하여 밤에 불을 밝히고, 전자제품을 활용하여 정보와 기술에 대한 접근성을 높이는 것은 그들에게 발전의 기회를 부여하게 될 것이다. 소규모화된 신재생에너지 기술로 아래의 사진과 같은 공공 충전 설비를 통하여 제3세계의 전력 자급에 도움이 될 수 있고, 그들이 전력에 접근하기 위해 행하던 소모를 줄일 수 있을 것이다.

 사진 5. 공공 충전 시설(서울 서대문구[좌]/보스톤 다운타운[중]/호주 빅토리아 피크[우])

출처 : 서울 신문[좌], 보스톤코리아[중], Town of Victoria[우]

 

사진 6. 아프리카에 가정용 태양광 발전 설비

출처 : Blog. Peter Fisk[좌], ZOLA ELECTRIC[우]

 

 

6. 참고 문헌

1) 이병희, 『일반자전거를 전기자전고로 바꾸는 아주 손쉬운 방법』, 잡스엔, 2018.01.21

2) Megan Willett,『Say goodbye to your clunky air conditioner — this kitchen table uses no electricity to regulate the temperature of your apartment』, BUSINESS INSIDER, 2015.05.19

https://www.businessinsider.com/zero-energy-furniture-table-cuts-energy-costs-2015-5

3) 글 이선주 객원기자/사진 김선아 조선뉴스프레스 기자,『흐르는 물에 담가 두면 끝…세계가 주목한 그녀의 아이템』, 잡스엔, 2017.12.20

4) Edwin Kee, 『AIRE mask charges iPhone with your breath』, ubergizmo, 2012.02.28

5) 『전 세계 40억 명의 빈곤층과 IT(2) – 모바일 보급현황』, 2012.11.26

http://mushroom9058.tistory.com/21

6) Tom Kenning, 『One in three off-grid households will use solar products by 2020』, PV TECH, 2016.03.03

https://www.pv-tech.org/news/one-in-three-off-grid-households-will-use-solar-products-by-2020

7) GAKENKE, 『Africa unplugged; small-scale solar power is surging ahead』, The Economist, 2016.10.29

https://www.economist.com/middle-east-and-africa/2016/10/29/africa-unplugged

8) Kimberly Schreiber, 『Press Release - OGE Announces $45M Debt Financing Deal』, ZOLA ELECTRIC, 2015.12.17

http://offgrid-electric.com/blog/2015/12/17/press-release-oge-announces-45m-debt-financing-deal

9) Nairobi, 『Kenya: Africa can save the world, with a little help from Azuri』, 2013.05.10

http://www.einsteinpicasso.com/8.html