유만선 서울시립과학관장
어릴 적 동네에는 폐박스나 고장 난 가전제품을 리어카에 싣고 다니던 고물상 아저씨들이 심심찮게 보였다.
당시에는 그저 지저분해 보인다는 이유로 피해 다니곤 했다. 하지만 지금 생각해 보면 그분들이야말로 자원 재순환의 숨은 영웅들이었다.
덕분에 아마존의 나무 한 그루가 덜 베어지고 무분별한 광산 개발도 조금은 늦춰졌을 테니 말이다. 문득 철없던 시절이 부끄러워지면서 한 가지 질문이 떠오른다.
우리가 재순환할 수 있는 것이 과연 눈에 보이는 ‘물질’뿐일까?
버리지는 에너지
우리가 쓰는 모든 기계는 ‘에너지’를 변환하는 장치다.
선풍기는 전기에너지를 바람(운동에너지)으로, 자동차는 기름(화학에너지)을 운동에너지로 바꾼다.
공학자들의 목표는 이 변환 효율을 100%에 가깝게 만드는 것이지만, 안타깝게도 에너지는 전환 과정에서 반드시 새어 나가게 마련이다.
한여름 열심히 돌아가는 선풍기 모터를 만져보면 뜨끈한 열이 느껴진다. 날개가 돌며 소음과 진동도 발생한다.
원래 목적인 ‘바람’ 외에 열, 소리, 진동이라는 엉뚱한 에너지로 낭비되는 것이다.
자동차나 최신 전기차도 마찬가지로 엔진과 배터리에서 엄청난 폐열과 진동을 뿜어낸다.
재미있는 점은 우리 인간의 몸도 하나의 ‘기계’라는 사실이다.
우리는 음식을 먹어 움직이는데 필요한 에너지를 만들지만, 걷거나 뛸 때 목적과 상관없는 움직임으로 에너지를 낭비한다.
체온을 유지하느라 피부로 열을 내뿜고, 옷이나 신발, 시계 등도 몸의 움직임에 따라 진동을 만들어 낸다.
이처럼 우리 주변의 모든 기계와 인간의 일상에서는 원치 않게 버려지는 에너지가 늘 가득하다.
에너지 수확
이렇게 길바닥에 버려진 에너지를 빗자루로 쓸어 담듯 수집하는 기술을 ‘에너지 수확(energy harvesting)’이라고 한다.
오래전부터 버려지는 진동이나 열을 전기에너지로 바꾸는 연구가 한창이다.
가장 대표적인 것이 누르는 힘(진동)을 전기로 바꾸는 ‘압전 효과’다. 만약 TV 리모컨 버튼을 누를 때 발생하는 힘을 전기로 바꿀 수 있다면 어떨까?
실제로 건전지가 필요 없는 리모컨이 개발되기도 했다. 또한 일본의 한 지하철역에서는 승객들이 밟고 지나가는 개찰구 바닥에 압전 소자를 설치해 전기를 얻는 실험을 진행하기도 했다.
기계나 전자 기판에서 나오는 뜨거운 열을 전기로 바꾸는 ‘열전 효과’ 기술도 있다.
독일의 한 기업은 전자기기 자체의 폐열로 센서를 작동시키는 기기를 상용화했다.
시계 태엽처럼 사람이 팔을 흔들 때 생기는 미세한 회전으로 스스로 충전되는 손목시계도 이미 우리 곁에 와 있다.
그 외에도 공기 중에 떠도는 전파를 모으거나 태양광을 이용하는 등 공학자들의 ‘에너지 수집’ 안테나는 사방으로 뻗어 나가고 있다.
고물상 아저씨의 리어카
물론 이 기술이 원자력이나 화력발전처럼 거대한 전력을 만들어 내지는 못한다.
에너지를 모으고 이동시키는 비용에 비해 아직은 얻을 수 있는 양이 적어 경제성 면에서 풀어야 할 숙제도 많다.
하지만 스마트폰 센서나 소형가전처럼 아주 작은 에너지가 필요한 곳에 바로바로 전력을 공급하는 방식으로는 훌륭한 대안이 된다.
기후 위기와 자원 고갈의 시대, ‘에너지 수확’은 지구를 지키는 가장 적극적인 에너지 절약법이다.
고물상 아저씨의 리어카가 동네의 자원을 살렸듯, 공학자들의 에너지 수확 기술이 인류의 미래를 따뜻하게 밝혀주기를 기대해 본다.
‘과학관이 담은 세상’은 서울시립과학관이 직접 과학 관련 이야기를 소개하는 코너입니다.
