‘플라스마’로 자동차 배기가스를 정화 시킨다는데,

한국기계연구원에서 플라스마(Plasma)로 자동차 배기(排氣)가스를 완전연소 시키는 제품을 개발하였다는 기사를 읽었다. 신문사에 제공한 그림에는 처리 후 배출되는 가스가 산소(O₂)로 표시 되어 있다. 의도적인 오도(誤導)로 생각되는 이유는 그 개발제품 자체가 또 다른 환경문제를 유발하기 때문이다.

우선 어느 경우든 연소 후에는 순수 산소(O₂)가 나올 수가 없다. 산소 자체가 연소의 주동적 역할을 하기 때문이고 반드시 다른 분자와 결합된 상태로 배출된다. 연소 후 산소는 이산화탄소(CO₂)나 산화질소(NOx) 등으로 다른 분자와 결합된 모습이 된다.

문제는 플라스마는 다량의 오존(O₃)을 발생하는 것이다. 오존은 대기중의 산화질소나 휘발성 유기물질에 태양의 자외선에 의한 광화학 작용으로도 발생한다. 그래서 어느 나라든 일기예보와 함께 오존예보를 한다.

만일 차량마다 플라스마 배기처리장치를 달고 다닌다면 흐린 날이나 밤에도 수시로 오존경보가 내려야 할 지경이 되어 버린다. 현재 자동차의 배기가스문제는 제조업체에서 연비조작을 위하여 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매 시스템의 기능을 정지 시켜서 발생했다.

플라스마 배기가스처리 장치의 성능 시험에서는 자동차 배기가스 측정기뿐만이 아니라 반드시 오존 측정기도 함께 설치하여 검사를 해야 할 것이다.

플라스마란 고체, 액체, 기체가 아닌 제4의 물질이다. 고전압(高電壓)을 코로나 방전을 시키면 쉽게 얻어진다. 그 과정에서 전자와 원자를 분리 시키면서 이온화 현상이 일어 난다. 그런 기능에 의하여 불연소 가스를 태울 수는 있지만 위에서 언급한 다량의 오존(O₃)이 발생 된다.

대부분의 쓰레기 소각장에서 이 시스템을 적용하고 있다. 소각장에서는 굴뚝으로 오존을 배출하지만 차량에 부착된 플라스마장치는 그대로 노상에 배출하게 된다.

오존은 맹독성 물질이다. 인체뿐만이 아니라 농작물에도 상당한 피해를 주고 금속은 금방 부식할 정도이다. 침수되었던 지하실의 곰팡이 냄새 제거나 화재로 인한 그을림 냄새제거 등등 탈취 목적으로도 사용한다.

인체가 오존에 노출되면 만성 호흡질환, 천식 악화, 폐활량 감소, 폐렴, 눈의 가려움증, 아토피 피부질환, 생체 면역능력 감소되고, 오존을 흡입하였을 경우 허파꽈리가 부풀어 오르는 흉부통증, 기침, 목 부위 자극, 울혈 반응 및 기관지염, 폐기종, 천식 악화 등 건강피해 영향요인으로 작용한다.

집에 공기 청정기를 설치한 후에 목이 아프거나 눈이 가려운 사람은 오존에 민감한 사람으로 청정기의 코로나 방전에서 발생되는 오존 탓이다.

이제 환경문제는 먼 미래를 위한 것이 아니라 당장 건강을 치고 들어 오는 상황까지 되었다. 과거엔 직업병이라 하여 특정 작업환경에서 얻어지던 질병들이 전혀 그런 직업과 관련이 없는 사람들에게서도 발견되고 있다. 그만큼 생활환경이 보편적으로 악화 되었다는 방증이다.

병의 치료목적으로 복용한 약이 인체의 다른 장기를 병들게 하듯이 환경문제 역시 기존 문제해결을 위한 조치가 얼마 뒤에 다른 문제를 야기하는 것을 발견하는 경우도 허다하다.

‘여우를 피하려다 호랑이를 만나’는 우를 만들지 않기를 바란다. 미국 속담에도 ‘후라이 판에서 튀어 나와 불 속으로 들어 간다’는 말이 있으니 말이다. 6/10/16

미세먼지 유감(有感).

아마 한국처럼 단숨에 집단교육이 잘되는 나라도 없을 것 같다. 정치이념의 개입으로 태생된 ‘구멍 숭숭 광우뼝’으로 온 나라가 홍역을 치렀었다.

고기집들이 파리를 날리거나 문을 닫아야 할 지경이 되었었다.

한국은 광우병 임상이 zero임에도 어느 의사는 ‘한국인의 유전인자는 광우병에 걸릴 확률이 95%’라고 겁을 주기도 했었다. 점쟁이처럼 말하던 그 의사는 지금쯤엔 노벨상을 받았어야 한다.

애틀란타에 사는 이선영이라는 주부는 손석희의 100분 토론에서 ‘미국사람들은 광우병 때문에 고기도 골라 먹고, 한국에는 늙은 소만 수출한다’고 하여 일약 스타가 되었었다.

이번에는 미세먼지이다. 조중동 모두 사설로 취급하였으나 그 Fact를 옳게 짚지는 못했다. 자동차 제조사인 폭스바겐의 배기개스 조작으로 인하여 시작된 미세먼지가 고등어에 불을 붙였다.

고등어 값의 폭락이 문제가 아니라 집에서 생선구이나 고기구이를 자주 해 먹던 주부들은 가슴이 답답해 지거나 목이 개운치 않으면 영락없이 미세먼지 탓으로 간주할까 그게 염려가 된다.

통상적으로 주부들은 무슨 구이를 할 때는 창문을 열어 놓고 배출기의 홴(Fan)을 튼다. 집 안에 냄새가 배는 걸 피하기 위해서다. 미세먼지 문제는 그것만으로도 충분한데 그 때는 건강 이야기가 빠졌으니 웬지 찜찜하기도 할 것이다.

그러나 염려 마시라,
우리 인체가 고등어 몇 마리를 구웠다고 그게 치명적이 되지는 않는다.

얼마 전에는 약초 연구가라는 사람이 올린 ‘현미를 먹으면 서서히 죽는다’는 글 때문에 몇 십 년을 현미를 먹었던 사람들을 불안하게 만들었었다.

그의 글 중에 ‘썩은 논 물에서 자랐기에 그 독소가 벼의 껍질에 축적되어 있다’는 내용이 있다. 논의 물은 썩을 정도로 오래 가둬두지는 않는다. 결과적으로는 논에는 가 보지도 않고 상상으로 쓴 것이니 그건 연구의 결과는 아니다.

물론 현미가 누구에게나 다 맞지는 않는다. 대표적인 증상이 현미를 먹으면 소화가 잘 안 되는 사람이 있다. 그걸 몸에 좋다고 억지로 먹는 사람은 없을 것이다.

이야기가 딴 곳으로 흘렀지만 휘발유(개솔린)와 경유(디젤)는 서로 다른 환경문제를 만든다. 휘발유 차에서는 이산화탄소(CO2)의 배출이 많아서 그게 지구 온난화를 야기하는 반면 경유 차에서는 이산화탄소의 배출은 적으나 탄화질소(NOx)를 많이 배출하는데 이 게 바로 미세먼지이다.

지구 온난화를 피하려면 경유차량을 주 교통수단으로 선택해야 하겠고, 미세먼지를 줄이려면 휘발유 차량을 선택하게 되는 것이다. 경유차량은 휘발유보다 적은 연료로 더 큰 힘을 얻지만 엔진이 복잡하여 휘발유 엔진 보다 비싸다.

국립환경과학원의 ‘대기오염물질 배출량 산정 결과(2012년)’에 의하면 미세먼지(PM10) 배출 비중은 ‘제조업 연소’가 65%, ‘도로 이동 오염원(모든 자동차)’은 11%다. 나머지는 공사장에서 발생하는 비산먼지이다. 도로 이동 오염원에서 가장 큰 비중을 차지하는 것이 엔진의 배기가스가 아니라 타이어의 마모에서 발생하는 미세먼지란다.

가능하다면 주거지역은 도로나 공장, 발전소에서 멀리 떨어져 사는 게 우선은 상책이 될 것이다.

건강에 대하여 필요 이상의 과민반응은 결국 건강을 해치게 된다. 아는 만큼 조심하는 것만으로도 충분한 게 건강상식일 것이다. 어찌 되었든 무조건 모두 건강 합시다. 6/6/16

1999년 미국에서 사회적 불안 심리가 팽배했었다. 소위 말하는 Y2K(Year 2000) 컴퓨터 버그문제 때문이었다.

그 때까지 모든 컴퓨터의 프로그램의 년도 표시가 끝에 두 자리 숫자, 즉 1999년을 99로만 표기 되었는데 2000년 1월1일에는 00으로 돌아 가버리는 문제 때문이었다.

은행의 계좌가 개설 이전으로 돌아가 버리니 잔고가 제로가 될 것이고, 항공이나 선박, 철도의 관제 시스템에 오류가 생겨서 사고가 속출하겠고 정전, 단수가 일어 난다는 것이었다.

그 덕분에 소프트웨어를 업데이트(Update)하는 회사들이나 발전기 제조사들이 돈을 많이 벌었었다. 교외에 사는 사람들은 정전되면 지하수 펌프(Well Pump)가 작동을 안 하여 물을 사용할 수가 없는 이유에서이다.

그러나 그런 씨나리오는 실현되지 않았다. 마찬가지로 컴퓨터 알파고와의 바둑 대국에서 인공지능에 대한 공포감이 조성되는 것 같다. 다른 것보다 현재의 일자리를 빼앗길 수 있다는 막연한 불안감에서 상당수가 예비 실업자가 된 것 같은 착각을 일으킬 수도 있다.

기업은 이윤창출이 그 생명이다. 만일 회사에서 근로자 대신 기계를 도입하려면 미국의 경우 7년간의 인건비보다 기계 값이 싸야 한다. 그러나 아직 그런 값의 로봇은 없으며 가까운 장래에도 없을 것이다. 미국의 세제(稅制)에서 생산장비의 감가상각(減價償却, Depreciation)을 7년으로 되어 있기 때문이다.

개성공단 철수 회사들이 투자금 수십억을 날렸다고 하지만 미국의 세제를 대입하여 7년이 지났다면 생산장비의 자산(Assets)가치는 제로(Zero)가 된다.

2005년 일본 혼다에서 아시모라는 인간 로봇(Humanoid)을 발표 하였다. 인간처럼 걷고, 말하고, 춤추고, 악기를 연주하여 찬사를 받았다. 덕분이 일본이 로봇강국으로 인식되었으나 후쿠시마 원전 사고 때 원전 내부에 들어가서 밸브를 잠글 수 있는 로봇은 없었다. 그게 현실이다.

로봇을 가장 많이 사용하는 곳이 자동차 생산라인이다. 그럼에도 근로자들의 숫자가 많은 것은 로봇의 한계와 그 가격에서의 메리트(Merit)가 없기 때문이다.

일반 민수용으로 당장 로봇의 수요가 될 수 있는 곳은 고령자들이나 장애자들의 행동보조를 할 수 있는 로봇이지만 그 역시 가격에 의한 장벽이 높다. 그것을 살만한 노인이나 장애자는 거의 없을 것이다.

하여, 차후에라도 신기술에 의한 새로운 기계가 나왔을 때는 그냥 개발자에게 찬사를 보내는 것만으로도 충분할 것이다.

이 좋은 봄날, 기분전환을 위하여 주말에 가족과 함께 봄나들이를 해 보심이 어떨는지? 3/14/16

Sun of Jamaica

그린 에너지/ 재생 에너지(Green Energy/ Renewable Energy).

오늘(11월30일)부터 파리에서의 기후변화유엔총회에서는 지구 온난화를 방지할 수 있는 효과적인 대안으로 혁신적인 그린 에너지 기술개발을 이용하여 화석연료 사용을 줄이기 위한 논의가 이뤄질 예정이다.

미국의 전설적인 갑부인 록펠러나 카네기가 석탄과 오일에서 부(富)를 축적한 것처럼 에너지는 예나 지금이나 매력적인 사업임은 틀림이 없다. 산업에서 뿐만이 아니라 일상 가정에서도 필수이기 때문이다.

값 싸고 구하기 쉬운 탓에 화석연료를 수 세기에 걸쳐서 사용한 결과로 지구의 병이 깊어졌다. 과거엔 경제적인 관점에서 그린에너지를 연구 하였으나 근자에는 환경문제가 대두되어 세계 각국의 정부가 발벗고 나선 상황이 되었다.

그린 에너지란 화석연료나 원자력이 아닌 자연현상을 이용하여 전력을 생산하는 것을 말한다. 재생 에너지(Renewable Energy)라고도 한다. 그 종류로는 태양광(太陽光)/태양열발전(太陽熱發電), 풍력발전(風力發電), 조류(潮流)/조력발전(潮力發電), 지열발전(地熱發電) 및 기타 등등이 있다.

문제는 자연현상에서 에너지를 추출하는 관계로 일기의 영향에 민감하고 그로 인하여 연속성이 결여되는 점이다. 그러나 이제는 충전 배테리의 성능향상과 인버터의 효율증대로 몇 일 정도는 전력생산이 없더라도 견딜 수 있다. 다만 초기 설비비가 부담이 되어 정부의 지원이 없이는 시장형성이 어려운 난제(難題)가 있다.

미국 오바마 대통령은 2030년까지 미국 전체 에너지의 33%를 그린에너지로 대체한다고 했다. 독일은 일본 후쿠시마 원전사고 이후 독일내의 모든 원전의 가동을 중단시켰으며 일반주택을 에너지 하우스로 개축할 때는 경비 50%를 국가에서 지원한다. 영국 역시 2020년까지 모든 석탄화력발전소를 철거한다고 했다. 한국은 37%를 그린에너지로 바꾼다고 한다.

문제는 그린에너지 발전단지를 많이 세운다고 전기요금이 싸 질 수 있느냐에 대한 질문의 대답이 No가 되는 현실이다. 전기요금에는 발전경비보다 송/배전경비가 더 많은 부분을 차지하고 있으며 동시에 새 발전설비에 대한 초기투자비를 상각시켜야 하는 문제가 있기 때문이다.

궁극적인 에너지 대책은 세포발전소(Cell Power Plant)의 개념으로 각 가정 혹은 마을 단위로 풍력발전이나 태양광발전기를 설치하는 것이다. 만약 그렇게만 된다면 더 이상 발전소를 만들 필요도 송전선로를 증설할 이유도 없어진다. 한국에서 ‘한 집 한 등 끄기’ 운동만으로도 원전 2기의 전력을 절약했다는 통계가 있었다.

한국정부는 그린/재생 에너지분야의 특허는 출원 한달 이내에 처리해줄 정도로 적극적이다. 또 그린 에너지 관련 기업들에게는 정부보조금도 우선순위로 지급하고 있다. 에너지 시장활성화를 위해서는 기업에 보조금을 주는 대신 수요자에게 그 혜택을 더 주는 게 더 효율적이다.

한국엔 ‘눈먼 돈’이란 게 있어서 정계에 연결 끈이 있는 사람들이 서류를 그럴 듯 하게 꾸며서 지원금을 받고 2~3년 후에 폐업해버리는 경우가 종종 있다. 그런 연유로 소비자들이 그린에너지에 대한 신뢰도가 바닥을 치고 있는 것이다.

나에게도 청와대를 팔면서 접근하는 사람, 국회의원이 친구라는 사람도 있다. 개발자가 이런 사람들과 조인을 하게 되면 서류준비로 세월 다 보내고 결국엔 손을 털게 된다.

정부에서 이미 에너지 육성정책이 나와 있으니 우선 회사를 설립하여 제품을 생산하면서 그 제품을 근거로 지원금을 받으면 서류도 간단하고 일이 수월하다는 내 주장이 먹혀 들지 않는다. 자기 돈을 투자 않고 돈을 벌려는 사람들이기 때문이다.

우선 현재 그린 에너지의 주축이 되고 있는 가정용 태양광발전과 풍력발전에 대하여 기술하고자 한다.

1) 가정용 태양광 발전.

태양 에너지는 1평방미터의 면적에 조사(照射)되어 생성되는 에너지가 1KW이다. 현재 판매되는 태양광 모듈의 효율이 16%인 것을 근거로 하여 계산을 하면 면적1평방미터에서 160 Watts의 전력이 생산되는 것이다. 모듈을 면적10평방미터에 깔았을 경우 총 전력 생산량이 1.6KW가 된다. 참고로 한국가정에서는 최소 3KW가 필요하다.

태양광 발전량은 각 지역에 따라 1년간 일조량을 산출하여 1일 평균전력생산 시간을 산출한다. 즉 비/눈 오는 날, 흐린 날, 장마철 등등의 기상 데이타가 그 산출 근거가 된다. 미국 동부와 한국의 경우 1일 평균 전력생산 시간은 3.6시간이다.

모듈의 표면을 자주 세척해줘야 하는데 한국의 경우 황사현상 때문에 이 점도 고려해야 한다. 또 냉각장치가 없으면 발열현상으로 효율이 저하되고 출력을 극대화하기 위해서는 태양위치 추적장치로 햇볕이 항상 수직으로 조사되도록 해줘야 한다. 가정용으로는 이런 장치가 부착되어 있는 제품이 없다.

문제는 모듈의 수명이다. 모듈의 수명이 15년 내지 20년이라고 하지만 그건 실험실 데이터일 뿐 현장의 데이터는 아니다. 초기 효율에서 15% 떨어지면 판넬 전체를 갈아 줘야 하는데 초기에는 정부 지원금이 있지만 유지보수에는 해당이 되지 않는다.

가장 큰 문제는 가격이 풍력발전에 비하여 훨씬 더 비싼 것이다.

2) 가정용 풍력발전.

풍력 에너지의 이용은 돛단배부터였으니 기원 전부터인 셈이다. 1975년과 1979년, 두 번에 걸친 중동 오일쇼크로 인하여 풍력발전의 연구가 활발했었으나 다시 오일값이 떨어지니 잠잠해졌었다.

대기업에서는 대형 풍력발전기에 집중하고 있으나 소형 풍력발전기는 중소기업이나 개인 연구자들에 의하여 그 명맥을 이어가고 있었다. 근래에 대두되는 환경문제로 인한 정부지원금의 영향으로 점차 그 시장이 활성화 되고 있다. 1979년부터 자료를 모으며 각 제품에 대한 장단점을 분석해 왔으니 내 개인적으로는 36년이라는 세월을 투자한 셈이다. 이곳 야산에 터를 잡은 이유도 풍력발전에 대한 Test Bed로 사용할 수 있는 조건에 부합되기 때문이었다.

이상적인 풍력 발전기는 미풍(微風)에도 돌아가고 허리케인이나 태풍에도 견뎌야 하는 서로 상충되는 조건이 있다. 미풍에 돌아 가기 위해선 가벼워야 하고, 강풍에 견디려면 구조물이 견고해야 한다. 그런 이유에서 발전기가 무거워질 수 밖에 없고 그래서 미풍에는 풍차가 돌지 않는 것이다.

거기에서 얻어진 결론은 기존 제품과 모양이 비슷하거나 같아서는 더 좋은 제품이 나올 수 없다는 것이다. 하여 전혀 다른 개념의 풍력발전기를 설계하게 된 것이다. 그 중요 스펙은 풍차를 회전 시키는 것이 아니라 oscillation에 의한 동력에너지로 발전하는 장치이다.

경량이라서 미풍에도 작동하며 강풍에는 소프트웨어에 의한 대응을 하기 때문에 제조경비가 기존제품들의 50%정도이니 경쟁력도 충분하다. 모양 자체가 특이하여 내 풍력발전기에 한국어로 된 이름을 붙이고 싶은데 마땅한 단어를 찾지 못하고 있다. 혹시 좋은 아이디어가 있으신 분이 있다면 조언을 부탁 드린다. 11/30/15

cane0913@hanmail.net