저비용 고효율 간이자동화

*버려지는 내 체온으로 스마트폰 충전한다고?  

에너지 하베스팅 기술은 ‘꺼진 불도 다시 보자’는 불조심 구호처럼 ‘다 쓴 에너지도 다시 보는’ 기술이다. 단순히 에너지 사용을 줄이고 절약하는 것이 아니라 버려지는 에너지를 모아서 다시 사용 가능한 에너지원으로 만드는 기술이다. 

이 때문에 에너지 하베스팅은 2015년 미국 MIT 공대의 ‘미래 10대 유망기술’, 미국 과학잡지 파퓰러 사이언스의 ‘세계를 뒤흔들 45가지 혁신 기술’로 선정된 이후 매년 주목할 만한 기술 중 하나로 꼽히고 있다. 

에너지 하베스팅 기술의 개념은 비교적 간단하다.

여름철에 많이 사용하는 선풍기는 전기에너지를 운동에너지로 바꿔 날개를 회전시켜 시원한 바람을 만든다. 선풍기가 돌아가면서 소음과 진동, 열이 발생하는데 이것들은 풍력에너지 이외에 사실상 버려지는 에너지다. 자동차 역시 휘발유나 디젤, 액화천연가스(LNG) 같은 화석에너지가 운동에너지로 전환되면서 움직이는데 이 과정에서도 사용되지 않고 사라지는 에너지가 상당하다.

사람은 음식을 먹고 얻은 화학에너지를 활동에너지로 바꾸는데 하루 종일의 생활을 모두 전기에너지로도 바꿀 수도 있다. 일단 체온을 모두 모으면 116W(와트), 잠 잘 때 75W, 책을 보거나 가벼운 운동을 할 때 19W, 심한 운동을 하거나 어려운 일을 할 때 700W 등 하루 종일 사람이 만들어 내는 에너지는 1090~1100W 정도로 알려져 있다. 이 정도의 에너지는 전구 18개를 켤 수 있다.

이처럼 우리가 의식하지 못하는 사이에 사라지는 에너지를 잘 모아 재활용할 수 있도록 하는 것이 에너지 하베스팅 기술이다. 처음에는 전기 공급이 어려운 오지에 있는 장비나 우리가 일상생활에서 자주 사용되는 소형 전자장비를 배터리 교체 없이 지속적으로 작동시킬 수 있는 방법으로 탄생한 개념이다.

에너지 하베스팅은 에너지를 얻기 위해 사용되는 방법과 소자에 따라 다양하게 구분된다. 대표적인 기술은 ▲압전 방식 ▲열전 방식 ▲전자기유도 방식 ▲광전 방식이다.

(서울신문 11월 20일 내용 일부)

소견)광전 방식은 빛을 전기에너지로 전환시키는 이 방식은 1954년 미국 벨 연구소가 에너지 하베스팅 개념을 처음 만들었을 때 나온 기술이다. 이 방식은 알베르트 아인슈타인이 처음 발견한 광전효과를 이용한 것이다. 금속이 고에너지 전자기파를 흡수하면 전자를 내보낸다는 광전효과를 이용한 에너지 하베스팅 기술은 바로 태양전지 기술이라 향후 기대가 큽니다.

*전기차 천국, 대륙의 야망

중국이 ‘세계 전기자동차의 메카’로 떠오르고 있다. 차세대 첨단 기술을 선도하려는 야심 찬 포부를 갖고 있는 중국 정부가 전기차에 막대한 자금 을 쏟아부으며 전폭적인 지원에 나설 방침이다.

이에 따라 미국 디트로이트(GM, 포드)부터 일본 요코하마(닛산)와 한국 서울(현대·기아), 독일 슈투트가르트(벤츠, 포르셰)에 이르기까지 글로벌 자동차 업체들이 세계 최대 전기차 시장인 중국의 자동차 정책 변화를 따라잡기 위해 촉각을 곤두세우고 있다고 미 뉴욕타임스(NYT) 등이 최근 보도했다. 중국은 지난 9월 말 2019년부터 2025년까지 신에너지 자동차가 생산과 판매에서 차지하는 비중을 최소 10%에서 20%까지 단계적으로 올리는 것을 의무화하는 규정을 도입한다고 발표했다. 중국 정부는 이 규정을 통해 전기차를 중심으로 하는 신에너지 차량 보급에 매진하겠다는 계획이다. 쑹추링(宋秋玲) 재정부 부사장(副司長)은 “중국 정부는 신에너지 자동차 개발을 위한 다양한 전략을 수립해 왔다”면서 “이 덕분에 지금까지 신에너지 자동차의 개선과 발전이 이뤄진 것”이라고 설명했다.

전기차 조립에 필수적인 부품을 만드는 중소기업들도 중국으로 향하고 있다. 결국 이 같은 과정은 성능과 비용 면에서 전기차와 내연기관차의 본격적인 경쟁이 시작됐다는 증거다. 중국 정부는 이들에게 중국 회사와 기술을 공유하도록 종용하고, 세계 최고의 전기차 기술자도 모으고 있다. 이런 만큼 베이징과 상하이, 광둥(廣東)성 선전 같은 대도시에서는 자동차 하면 전기차를 떠올릴 정도로 전기차가 보편화되고 있다. 치루이 전기차 두 대를 보유한 쑹장화이(宋江懷) 변호사는 “휘발유 자동차를 살 계획은 없다. 장차 판매가 금지될 것이라는 소식을 들었기 때문”이라고 말한다. 

(서울신문 11월 18일 내용 일부)

소견)초기 구매가격이 더 비싸긴 하지만 유지비용이 휘발유 자동차의 5분의1 수준인 전기차가 마음에 들수 밖에 없으며 미래는 전기차가 좌우하지 않겠습니까? 자율주행차는 2050년이되야 나온다고 합니다. 중국이 세계 전기차 시장 41% 차지.

*전기세 안 내는 아파트 

매일 쾌적하고 안락한 실내 환경을 조성해 가족이 건강하게 생활하고, 냉난방비 부담이 없는 집. 이처럼 ‘사람’을 먼저 배려하는 집은 누구나 바라고 꿈꾸는 곳이다. 수많은 기대와 관심 속에 준공한 노원구 하계동의 제로에너지주택단지 ‘노원 이지하우스’는 앞서 말한 요건을 모두 갖춘 국내 최초의 친환경 에너지 자립 주택단지이다.

이지하우스는 최소한의 에너지로 생활하기 위해 건축물을 기밀하게 해주는 패시브Passive 설계 요소 기술을 적용했다. 단열재를 건물 외벽에 붙이고, 좋은 자재를 사용함으로써 실내의 열이 빠져나가지 못하고, 외부의 열이 유입되는 틈새를 차단해 보온병처럼 일정한 온도를 유지해준다. 이러한 특수 설계로 몇 분만 환기해도 공간이 금세 쾌적해지고, 미세먼지나 황사 수치가 높은 날에는 별도로 자연 환기를 하지 않아도 필터를 거쳐서 들어오는 신선한 바람이 실내 공간을 깨끗하게 해준다. 내부에 특수 순환형 후드와 열 회수 환기 장치를 설치해 요리할 때 발생하는 열을 즉각적으로 회수한다.

이렇게 건축물의 에너지 성능 효율성을 최대한으로 끌어올리고, 부족한 에너지는 단지 내에서 생산한 재생 가능 에너지를 활용한다. 지중열을 활용하기 위해 고효율 히트 펌프를 사용하는데 이를 액티브Active 공법이라 한다. 제로에너지주택은 패시브 설계 요소 기술과 액티브 설계 기술, 재생 가능 에너지까지 서로 유기적으로 상호 보완할 수 있도록 설계해야 한다.

액티브 공법의 일환으로는 건물 옥상과 주동 옆면에 태양광 전지판을 설치해 전기를 생산하고, 지열 히트 펌프를 설치해 땅속 열에너지로 냉수와 온수를 공급한다. 계절에 따라 일조량이 제각기 다르므로 평균 1년을 단위로 측정했을 때 121세대가 사용하는 에너지 소비량과 재생 가능한 에너지를 통해 생산해 공급한 양의 차가 제로인 집을 제로에너지주택이라 부른다.

날씨가 흐리거나 일조량이 적은 겨울철에는 에너지 공급량이 소비량보다 월등히 부족하기에 한국전력공사에서 전기를 빌려오고, 봄가을의 일조량이 풍부한 날에 전기를 생산해서 돌려주는 등 전력망을 공유하기 때문에 사계절 모두 측정하는 것이 원칙이다. 한국전력공사와 전력망을 공유한다는 의미로 네트Net제로 에너지주택이라고도 부른다. 

(리빙 10월 24일 내용 일부)

소견)‘사람’에서 출발했더니 환경을 보호하고 더 나아가 지구의 기후변화로부터 안전한 이지하우스는 이기적인 동시에 이타적 주택이다. 페시브하우스가 답고 저도 이런 에너지 고효율적인 아파트에서 살고싶습니다. 이런 아파트가  더 많이 생겨나길 기대합니다

*도시바 '급속충전' 전기차배터리 개발…6분 충전에 320㎞ 주행

경영위기로 핵심수익원인 반도체 부문을 매각하기로 한 일본 도시바(東芝)가 6분 만에 충전할 수 있는 전기자동차(EV)용 리튬이온 배터리를 새 수익원으로 개발했다. 

부극(負極)의 재료에 티타늄과 니오븀 산화물을 사용해 결정이 깨끗하게 병립하게 합성하는 것을 통해 체적(부피)당 용량을 2배로 향상했다. 단시간 충전으로 실용수준 320㎞를 주행할 수 있다.

도시바는 배터리 충전시간을 단축하고 주행거리를 획기적으로 향상한 이 리튬이온 배터리를 EV에 탑재해 2019년도 실용화를 목표로 한다. 새로운 수익원으로 삼으려 한다.

리튬이온 배터리는 리튬이온이 전해액을 통해서 정극(正極)과 부극(負極) 사이를 왕래해 충전이나 방전을 되풀이한다. 부극에는 지금까지는 주로 흑연이 사용되고 있어 성능이 약했다. 

그런데 티타늄 산화물은 전기를 축적하는 성능이 높은 편이다. 여기에 니오븀을 더해서 미세한 결정들이 일치하게 합성한 결과 리튬이온이 부극에 들어가기 쉬워져서 용량이 높아졌다. 

지금까지보다 5배의 전류로 충전이 가능해 불과 6분 만에 배터리 전체 용량의 90%까지를 충전할 수 있게 다. 지금까지는 80%의 충전에 30분간 걸렸다고 니혼게이자이신문이 2일 보도했다. 

폭 11.1㎝, 높이 19.4㎝ 크기의 배터리를 시작품으로 만들었다. 충전이나 방전을 5천회 되풀이해도 성능은 유지됐고, 섭씨 영하 10도에서도 급속충전돼 혹한지에서도 사용할 수 있다고 한다. 

지금까지는 탄소의 부극에 높은 값의 전류로 충전하면 전해액에 녹아있던 리튬이온이 고체가 되며 성능이 떨어지거나 수명이 단축되거나 했다. 티타늄·니오븀 산화물은 이런 문제를 해소했다. 

이론적으로는 앞으로도 30% 정도 성능을 향상하는 것이 가능해진다. 도시바는 앞으로 개량을 더욱 진전시켜 6분간의 충전으로 400㎞를 주행할 수 있는 배터리의 실현을 목표로 한다. 

(연합뉴스 10월 2일자)

소견)전기차시대에 티타늄-니오븀 산화물로 충전시간 획기적 단축시키는 핵심기술 확보로 도시바가 새 수익원 개발이 과연 성공할찌 향후 귀추가 주목됩니다.우리나라의 LG화학은 “500km 전기차 2020년에 가능”하다고 발표했는데 기대가 큽니다.

*‘15분이면 배터리 교체 끝’ 테슬라 특허 출원…세미트럭 적용 관측

테슬라가 전기자동차를 들어올려 새 배터리로 교체하는 기술을 특허로 출원(신청)했다. 작업 완료까지 15분도 걸리지 않아 급속충전기인 슈퍼차저보다 시간을 아낄 수 있다.

배터리 교체 완료까지는 채 15분이 걸리지 않는다. 운전자 입장에서 완충까지 30분가량 필요한 테슬라 전용 급속충전기 슈퍼차저보다 기다리는 시간을 절반으로 줄일 수 있다. 특허명세서는 모델S와 모델X만 언급했지만 모델3 등 다른 테슬라 차량에도 호환될 전망이다.

배터리 교체 시스템은 주유소에 설치하거나 차량 뒤편에 탑재하는 형태로 활용 가능해 슈퍼차저가 없는 중요 지역에 배치해 사용할 수 있다. 앞서 엘론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 테슬라가 이동형 배터리 교체 시스템 개발에 나서면 상용차 지원에 활용하겠다고 밝힌 바 있다. 여러 외신도 다음 달 공개 예정인 테슬라 세미트럭에 이번 기술을 적용할 것으로 점쳤다.

배터리 교체 시스템은 주유소에 설치하거나 차량 뒤편에 탑재하는 형태로 활용 가능해 슈퍼차저가 없는 중요 지역에 배치해 사용할 수 있다. 앞서 엘론 머스크 테슬라 최고경영자(CEO)는 테슬라가 이동형 배터리 교체 시스템 개발에 나서면 상용차 지원에 활용하겠다고 밝힌 바 있다. 여러 외신도 다음 달 공개 예정인 테슬라 세미트럭에 이번 기술을 적용할 것으로 점쳤다.

(아이피노믹스 9월 24일 내용일부)

소견)모델S나 모델X가 배터리 교체기기 경사로를 따라 올라가면 리프트가 일정한 높이까지 들어올리고(자동차 정비회사에 있는 리프트 방식) 또한 전기버스(톱 다운방식)도 가능하며, 기술자가 배터리를 교체하는 기술이라서 향후 기대가 큽니다

*에너지전환과 천연가스의 역할

최근 에너지믹스에서 가스의 비중이 높은 국가들을 중심으로 저탄소사회 실현을 위한 에너지 전환정책이 추진되는 배경에는 과거와 달라진 천연가스에 대한 변화된 시각이 자리하고 있는 듯하다.

즉 그 동안에 환경 개선에 도움을 주는 에너지원으로 인식돼 왔던 천연가스도 지구온난화에 따른 파국을 피하기 위한 기후변화 대응의 최종목표를 달성하는데 장애가 되는 하나의 화석연료일 뿐이라는 것이다. 이러한 점에서 천연가스는 탄소 제로 사회로의 가교 역할을 수행하는 연료로 언급되기도 한다.

이러한 천연가스의 역할에 대한 논의는 생산기술의 발전을 바탕으로 한 셰일층 개발로 천연가스 순수출국으로 변화한 미국에서조차도 예외 없이 있어왔다. 특히 파리협정 채택을 전후해 천연가스의 역할에 대한 많은 논의가 전개됐다.

풍부하고 저렴한 가스 공급을 배경으로 지난 10년간 미국의 1차 에너지소비에서 가스의 비중은 22%에서 29%로 늘고 전체 발전량(상업용 발전)에서 가스 발전량의 비중은 20%에서 33%로 높아졌다. 천연가스 생산 및 소비의 확대는 고용창출, 대기환경 개선(2005년∼2015년 중 탄소 배출량 12% 저감 추정), 소비자의 연료비 경감 등에 크게 기여한 것으로 나타났다.

그러나 최근 환경단체들을 중심으로 낮은 가스 가격으로 인한 대체에너지 보급의 어려움, 가스 공급인프라가 가지는 내구성으로 인한 가스 대체의 어려움, 천연가스 생산과정에서 발생하는 환경 파괴나 공급 과정의 메탄 누출 등을 지적하면서 가스가 기후변화 대응을 어렵게 한다는 주장이 제기되고 있다.

그럼에도 불구하고 미국 국가공익규제위원협회(NARUC)가 설립한 연구기관(NRRI)의 연구 자료에 따르면 풍부하고 저렴한 천연가스 공급을 배경으로 에너지믹스에 있어 경제성과 환경 제약을 적절하게 조화시키는 천연가스의 역할이 당분간 지속될 것이라는 것이 중론이다.

(투데이에너지 9월 10일 내용 일부)

소견) 탄소 제로의 에너지원이 경제성을 확보할 때까지는 천연가스가 비용효과적인 전환 연료라는 점, 발전부문에서 재생에너지 등의 불안정성에 대한 안전망 역할을 최소의 비용으로 수행하는 것이 가능하다는 점에서 천연가스의 역할이 기대됩니다.

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*솔라센추리, 이케아와 영국에서 가정용 전기 저장 배터리 출시

영국 태양광 발전소 시공기업 솔라센추리와 스웨덴의 가구업체 이케아가 영국에서 가정용 전기 저장 배터리를 출시했다. 

3일 영국의 리뉴이코노미에 따르면 가정용 전기 저장 배터리는 독립형 또는 PV패널 및 배터리 시스템이 포함된 태양열+저장 번들로 구입할 수 있으며, 이 배터리로 연간 전기 요금 560파운드를 절약할 수 있을 것으로 기대된다고 이케아 관계자는 말했다.

영국의 평균 태양광 주택은 생산하는 PV용량의 40%만 사용되며, 나머지 60%는 실제 전기 가치보다 낮은 가격으로 판매된다. 따라서 사용하지 않는 태양열 전기를 이번에 출시한 배터리에 저장함으로써 이케아는 태양열 소비량을 최대 80%까지 높일 수 있다고 강조했다.

이케아는 이러한 계산을 토대로 연 6%의 수익률로 12​​년을 사용하면 구입비용(6925파운드)를 상쇄할 수 있다는 설명이다. 번들에 제공되는 태양전지 패널과 배터리는 각각 25년의 성능을 보증받는다.

Solarcentury에 따르면 기존 태양 광 주택에 설치되는 개장 배터리 비용은 £ 5,000 이하로 시작한다고한다. 최종 비용은 위치, 설치 용이성 및 거주 유형에 따라 달라집니다.

이번 리튬이온배터리는 한국의 베터리 제조업체인 LG화학의 셀을 사용하여 제조된 것으로 알려졌다. 사용 가능한 크기는 3kWh 또는 6kWh다.

(글로벌이코노믹 8월 3일자)

소견)솔라센추리 주거용 태양광 수산나 우드(Susannah Wood) 대표는  "이제는 주택 소유자들이 가정에서 저장 및 사용할 수 있는 태양 발전 전기량을 극대화 할 수 있게 되었다"고 말해 향후 기대가 됩니다.

*메르세데스 벤츠, 전기차 무선 충전 시스템 2018년 공개한다

메르세데스 벤츠가 전기자동차용 첫 무선 충전 시스템을 2018년 선보인다. 이를 통해 전기차 운전자들에게 충전에 따른 불편함을 해소시켜주겠다는 목표다.

무선 충전 시스템은 메르세데스 벤츠 일부 차량에서 옵션으로 제공될 것으로 전망된다.

차고나 진입로에 설치된 패드는 전력을 차량 아래 탑재된 수신판에 전달한다. 패드 범위안에 차량이 들어오면 차량 디스플레이에 있는 표시 기능이 운전자를 충전하기 가장 좋은 위치로 안내한다.

메르세데스 벤처는 그동안 유도 충전 기술 개발을 위해 BMW와 협력해왔따. 퀄컴과도 유사한 시스템 관련해 협력 중이다.

이를 통해 메르세데스 벤처는 전기자동차나 하이브리드 자동차 소유자들에게 충전을 위해 해야할 일들을 줄여준다는 전략이다. 

유도 충전 기술은 아직은 초기 단계다. 초창기에는 표준으로 장착된다기 보다는 추가 비용을 내면 쓸 수 있는 옵션으로 제공된다. S클래스 하이브리드 같은 프리미엄 차량에서도 마찬가지다. 아직은 유도 충전이 일반적으로 쓰기에는 비싼 기술이라는 얘기다.

(첨단 헬로티 7월 20일 내용 일부)

소견)무선 충전 기술을 적용하려면 차량 하드웨어를 바꿔야 하지만 한번 변경한 이후에는 쉽게 재충전이 가능하다고 한다.

메르세데스 벤츠가 선보일 시스템은 유도 충전 기술에 기반하며 높은 전력 수준이 포함됐다는 것 외에는 스마트폰에서 사용되는 무선 충전 패드와 같은 방식이라 기대가 됩니다. 

*전기차 시대, '제2의 포니 신화' 만들어야

전기차는 사실 새로운 등장이라기보다는 부활이라고 할 정도로 내연기관차보다 더 오랜 역사를 가졌다. 배터리와 모터로만 구동되는 전기차는 1834년 스코틀랜드에서 최초로 발명되었으며, 독일이 처음 내연기관을 발명한 1864년보다 30년이나 앞섰다. 

전기차는 내연기관차에 비해 소음, 냄새 등이 적고, 단순한 구조와 운전 편의성 등으로 1900년경 미국 자동차 시장의 38%를 점유하기도 했다. 하지만 배터리 무게, 장시간 충전 등 당시의 기술적인 한계로 대량생산에 실패하면서 화석연료 기반 내연기관차에 자리를 내어주게 되었다.

그러나 최근 화석연료 규제와 배터리 기술의 급속한 혁신으로 전기차 보급이 확대되면서 전기차 시대의 부활이 기대된다. 특히, 전기차 보급의 큰 장애요소였던 1회 충전으로 갈 수 있는 주행거리가 획기적으로 개선되고 있다. 초기 1세대 전기차가 한 번 충전하면 150㎞에서 200㎞를 주행한데 반해, 이제는 300㎞ 이상 주행하는 2세대 전기차가 보편화되고 있다. 나아가 2020년경에는 1회 충전거리가 500㎞ 이상 확보되면서 본격적인 전기차 3세대 시대가 실현될 전망이다.

이와 함께 전기차 가격의 3분의 1을 차지하는 배터리 가격도 지속적으로 하락할 것으로 예상된다.  

배터리 가격이 수년내 kWh당 80달러 이하로 하락할 경우, 정부의 보조금 지원이 없더라도 전통 내연기관차와 경쟁이 가능할 것으로 보인다. 아울러 전기차 보급 확대를 위한 세계 각 국의 지원 노력과 내연기관차 규제 강화는 전기차 시대의 도래를 앞당기게 될 것이다.

우리나라도 2020년까지 전기차 25만대 보급을 목표로 각종 지원제도와 충전인프라 확충 등 정책적인 노력을 기울이고 있으나, 지금까지 성과는 다소 미흡한 수준이라고 할 수 있다. 세계적인 전기차 시대로의 대전환에 보다 선제적인 대응 노력이 필요하다. 

(아세아경제 7월 27일 내용일부)

소견)보다 적극적인 전기차 인프라 구축과 함께 산ㆍ학ㆍ연ㆍ관 산업 생태계를 조성함으로써 전기차 분야에서 '제2의 포니 신화'를 만들어 나가야 할 시점입니다. 선개발 선출시 홧팅!

*'몇분 충전, 기름차만큼 주행' 도요타 고체전지車 2022년 시판

도요타 자동차가 몇 분만 충전하면 휘발유차 수준으로 먼 거리를 이동할 수 있는 전기 자동차를 2022년 일본에서 시판할 계획이라고 도쿄신문이 25일 보도했다.

현재 액체 전지를 사용하는 전기 자동차는 충전하는 데 몇십 분이나 걸리고 가득 충전해도 이동 거리가 300~400㎞ 수준으로 가솔린 자동차보다 짧다.

도요타는 그동안 충전 시간을 단축하고 이동 거리를 늘리기 위해 전기 자동차에 사용할 고체 전지의 개발이 필수적이라고 보고 이에 전력을 기울여 왔다.

고체 전지는 충전 때 이온의 통로가 되는 전해질로 고체를 사용한다. 액체 전해질을 사용하는 리튬이온 건전지와 달리 액체가 샐 우려가 없고 고열에 대한 내성이 강해 안전성이 높다.

도요타는 고체 전지를 사용하면 출력과 전기저장량이 액체 전지보다 2배 이상 늘어날 것으로 기대하고 있다.

도요타 측은 작년 도쿄공업대 등과의 공동연구로 전해질에 적합한 고체 소재를 발견했다고 발표한 바 있다.

(연합뉴스 7월 25일)

소견)지금까지 전 세계적으로 고체 전지를 사용한 전기자동차가 시판된 적은 없다. 독일의 BMW와 폴크스바겐 등도 고체 전지 개발을 진행하고 있지만, 양산과 관련한 구체적인 계획은 나오지 않아기대가 큽니다.