원자력 발전소 가동을 놓고 각국이 서로 다른 행보를 보이고 있다. 효율성을 인정하면서도 안전에 대한 문제가 지속적으로 발목을 잡는 것이다. 그 어느 때보다 친환경 에너지에 대한 수요가 높아지고 있지만 기존의 자연에너지원들은 충분한 대안이 되지 못했다. 이런 가운데 주남식 회장은 지구에 무한한 공기에서 답을 찾았다. 번개의 원리를 적용한 초소형, 고효율의 공기발전기가 현존하는 에너지원들을 완전히 대체할 수 있을지 귀추가 주목된다.
번개의 전기에너지에서 출발해 공기발전기로 친환경 청정에너지 생산
친환경 에너지에 대한 관심이 나날이 높아지고 있지만 기존의 화석연료를 완전히 대체할 수 있을 것인가에 대해 회의적 시각 또한 팽배하다. 풍력과 태양력 발전 등이 모두 일정 부분 한계를 드러냈기 때문이다. 이런 가운데 세계 최초로 공기발전 기술을 개발한 (주)엔오엔그리드에 이목이 집중되고 있다. 공기발전기를 개발한 주남식 회장은 “번개가 칠 때 엄청난 양의 전기를 생산하는데 힌트를 얻었다”고 밝혔다. 그는 번개가 전기를 발생시키는 원리에 주목하고 30여년 간의 연구개발 끝에 환경을 손상시키지 않으면서 에너지 효율을 극대화한 공기발전기 기술을 완성했다. 자동차 가솔린 엔진의 효율을 높이기 위해 연구를 하던 중 투입된 연료보다 높은 동력을 얻을 수 있는 공기발전기 원리를 찾은 것이다.
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“자연의 번개 현상으로 공짜 전기를 1년 내내 얻을 수 있다면 얼마나 좋을까 하는 상상이 시작이었다”는 그는 이미 자연에 있던 번개의 원리를 그대로 발전기에 녹여냈다. 공기 중 저기압 상태가 번개를 유발하기 때문에 발전기 내부에 이러한 상태를 재현하면 된다. 진공청소기의 원리로 저기압을 만들 수 있는데 흡입된 공기가 터빈을 돌리고 제네레타가 전기를 생산한다. 엔오엔그리드의 공기발전기를 작동시켜 전기를 생산하면 에너지를 뺏긴 공기의 온도가 낮아지고 자동적으로 발전기 내부 온도도 내려간다. 전기를 많이 출력할수록 온도는 더 낮아지고 발전기 내 체적이 줄어들어 기체가 액체로 바뀌면 체적이 1/1000(진공상태)로 줄어든다. 과학자 토리첼리의 진공실험에서 증명된 에너지 채집 방식을 공기엔진에 적용한 것으로 순간적으로 공기가 유입되는 진공상태를 만든 후 전기로 바꾸는 에너지 발생 시스템이다. “이러한 원리가 적용된 공기 발전기는 말 그대로 공기를 사용해 전기를 생산하는 청정에너지 장치”라고 강조한 주 회장은 환경 훼손 문제가 있는 태양력 발전이나 풍력 발전과는 비교할 수 없는 장점을 지녔다고 밝혔다. 공기발전기의 강점은 에너지원이 무한하다는 점이다. 주 회장은 “공기 발전기의 에너지원은 174PW에 달하는 대기권 안의 태양열에너지로부터 온다”면서 “태양이 살아 있는 한 무한한 에너지를 활용할 수 있다”고 설명했다. 게다가 공기가 있는 곳이라면 어디서든지 전기를 만들 수 있기 때문에 지형이나 환경의 제약에서 자유롭다.
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주 회장은 부산대학교 법대를 졸업하고 SK케미칼에 입사하여 직장생활을 했지만, 자신만의 발명품을 만들고 싶어 퇴사를 선택했다. 이후 30년이 넘는 연구 끝에 공기발전기를 개발하여 전세계에 미래 에너지 대책을 내놓은 것이다. 개발자로 걸어온 시간 동안 2018년 현대중공업 기술공모전 장려상을 수상하였으며, 지난해에는 중소벤처기업부, 충청남도, 창업진흥원, 한국태양광산업협회가 후원하는 제7회 태양광 융복합 창의혁신 공모전에서 ‘태양광 냉각-녹조배양-악취저감 융합 아이디어’로 아이디어 부문 대상을 수상하는 영예를 안았다.
아울러 산업통상자원부와 한국에너지공단이 주최한 2019 대한민국 에너지대전에서 창의상을 수상한 것을 비롯해 같은 해 10월에는 정통부가 주최하고 한전이 주관하는 ‘Energy×Security 해커톤’ 프로젝트에 ‘공기의 열에너지를 활용하는 초분산 전력시스템구축’이라는 주제로 참가하여 그간의 성과를 공인받았다. 핵심 기술인 공기발전기 개발을 기반으로 하여 국가핵융합연구소와 알키미스트프로젝트(에너지분야) 신규지원과제에 도전하였으며, 엔진의 배기열을 이용한 발전장치, 터빈을 이용한 전기발생장치 등 다수의 기술특허를 보유 중이다.
가장 높은 가격 효율로 100년 동안 지속가능한 공기발전기의 저력
친환경 에너지의 발전기로서 실효성을 평가하기 위해서는 크기와 무게, 수명, 비용, 친환경성의 여부가 중요한 기준이 된다. 이 가운데 한 가지라도 부합하지 않으면 다음 세대에 에너지 발전기로는 결격이라고 할 수 있다. 주 회장은 “엔오엔그리드의 공기발전기는 5가지 항목에 정확하게 부합한다”고 강조했다. 에너지원 자체를 자연에서 찾으려는 시도들은 이전부터 지속적으로 이루어져왔다. 바람을 이용한 풍력발전기, 물의 낙차를 이용한 수력발전기, 태양빛을 이용한 태양열발전기는 화석연료 에너지를 대체할 수 있을 것으로 기대를 모았다. 하지만 발전설비에 소요되는 가격이 상당했고 또 다른 환경 문제를 야기하는 등 각종 문제점들을 노출하면서 회의적인 목소리가 커지고 있다. 태양광발전기의 경우, 150만원/kW의 발전설비 비용과 하루 동안 발전기를 가동할 수 있는 시간이 제한적이라는 단점이 있다. 1kW를 24시간동안 발전하려면 900만원에 시설비까지 1000만원이 넘는 비용이 든다. 풍력과 수력발전은 발전소를 건설할 수 있는 지형 자체에 제약이 많으며 여러 환경문제를 야기한다는 비판에 직면한 바 있다. 이에 반해 공기발전기는 무한한 공기를 활용하는 한편 발전기 자체의 설비에 비용이 크지 않아 효율성을 극대화할 수 있는 것이 강점이다. 주 회장은 “공기발전기는 소형이면서 가볍고 가격이 저렴하다”면서 “발전기 자체 수명도 길어 다른 어떤 유형의 에너지 생산 방식과 비교해도 탁월하다”고 강조했다.
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공기발전기의 필수 부품은 코일, 자석, 터빈, 베어링으로 크게 4가지 부품을 사용한다. 일반적으로 이 가운데 가장 수명이 짧은 부품은 베어링이다. 하지만 주 회장은 엔오엔그리드에서 개발한 공기발전기 보증수명을 100년이라고 자신 있게 말했다. 공기발전기가 채용한 베어링은 ‘자기부상 베어링’이기 때문이다. 비접촉 베어링이라고도 불리는 자기부상 베어링은 떠 있는 구조로 작동하기 때문에 수천만 번의 회전을 거치고도 마모가 거의 없다. 이외에 코일은 구리에 수명이 100년 이상이라고 하는 에나멜을 코팅하고 영구자석을 사용한다. 터빈의 경우에도 토네이도 원리로 제작되어 발전기 내부가 저기압을 형성하고 있어 온도가 낮아 일반 플라스틱을 재료로 사용할 수 있다. 혁신적인 기술을 적용했음에도 불구하고 단기간에 대량생산은 물론 100년 이상의 수명을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 생산단가를 낮출 수 있다. 주 회장은 “공기발전기는 현재 에너지원을 사용하지 않는 풍력, 태양열 등 재생에너지의 1/100의 가격인 10만원/kW이면 가능하다”고 말했다.
기존 에너지원을 전면 대체하고 진정한 자급자족 실현 가능
엔오엔그리드의 공기발전기는 큰 공간을 차지하지 않는 소형에 적은 비용으로 많은 전기를 생산할 수 있어 인류의 모든 에너지를 대체할 수 있을지 주목을 받고 있다. 지구 어디에나 있는 공기에서 열을 추출해 전기에너지를 생산하는 방식이기 때문에 지역과 환경의 제약에서도 자유롭고 이산화탄소 배출량이 전무할 뿐만 아니라 전기소비주체가 직접 전기를 생산하고 이용하며 관리하는 전력시스템이기 때문에 탈중앙화라는 점에서도 중요하다. 공기발전기가 기존의 에너지들을 전면 대체할 경우 국가가 일괄적으로 에너지 생산을 주도하던 시대에 종말을 고하는 한편 전세계 정세에까지 영향을 미칠 것으로 전망된다. 새로운 자유가 주어지는 셈이다.
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주 회장은 “진정한 에너지 자급자족을 실현할 수 있는 것은 공기발전기가 유일하다”고 단언했다. 공기발전기는 에너지가 필요한 현장에서 즉각 전기를 공급할 수 있기 때문에 별도의 전력망을 설치할 필요도 없다. 3kW의 전기를 30년 동안 사용할 경우, 한국전력의 전기료는 5천만원, 풍력 발전은 8천만원, 태양광은 1.5억원의 비용이 발생하지만, 공기 발전기에서는 990만원이면 충분하다. 공기발전기의 강점은 여기서 그치지 않는다. 냉각 원리가 적용되었기 때문에 동력을 추출하고 남은 공기가 급격히 식으면서 물이 생기고 이 찬물을 냉각수, 냉매 등 다른 목적으로 쓴 후 일반 물처럼 재활용할 수 있다. 전력생산과 수분공급이 동시에 필요한 사막개조와 녹화사업에 지속 가능한 에너지로 주목을 받고 있는 것은 이 때문이다. 공기발전기를 적절하게 활용할 경우 인간이 살아가기 힘든 극한의 조건에서도 생존에 필요한 에너지와 물을 자체적으로 생산, 이용할 수 있는 것이다. 그 적용 범위는 무궁무진하다.
주 회장은 “엔오엔그리드의 공기발전기 판매단가는 1kW가 330만원이며 1,000kW는 33억원인데 납기는 90일 내에 가능하고 품질보증 기간은 무려 100년에 달한다”면서 “이러한 조건이 가능한 것은 제작원가가 10만원 미만인데다가 전기발전 원가가 1원/kWh 미만이기 때문”이라고 밝혔다. 한국전력에서 판매하고 있는 전기가격이 110원/kWh인 것과 비교하면 엔오엔그리드의 공기발전기가 지닌 효율을 쉽게 체감할 수 있다. 그는 “에너지 산업의 패러다임을 바꿀 것으로 기대되는 공기발전기는 그 우수성과 활용 범위의 가능성 때문에 재생에너지를 연구하는 다양한 기관으로부터 러브콜을 받고 있다”고 분위기를 전했다.
정상출고가의 1/10에 공기발전기를 구입할 수 있는 기회 제공
한편 주 회장은 상용화 준비단계가 이미 마무리되었다며 엔오엔그리드의 공기발전기가 차세대 에너지 산업의 흐름을 주도할 것으로 기대했다. “지금 주문하면 3개월 안에 발전기 공급이 가능한 상태까지 도달하여 늦어도 2022년 1분기 안에는 완제품이 출시된다”면서 상용화 준비는 이미 끝났다고 강조했다. 제품 가격에 부담을 느끼는 고객들을 위해서 주문 1년 후 제품을 받을 경우 십분의 일 가격에 받을 수 있는 제품 교환권을 선판매하고 있기도 하다. 그는 “1년 후 발전기를 대량으로 생산하는 단계에 이르면 현재의 원가를 십분의 일까지 낮출 수 있다”면서 사업성 또한 높게 평가했다.
공기발전기는 전기를 동력으로 하는 모든 분야에 적용가능하다는 점에서 향후 30년 이상 지속될 신성장 동력 산업의 주축이 될 것으로 기대된다. 주 회장은 공기발전기 기술은 공기/수열발전기로 응용해 생산할 수 있기 때문에 수륙양용일뿐더러 향후 헬륨을 동작유체로 사용하면 대기권 밖에 존재하는 열에너지도 쓸 수 있다면서 “이 기술이 상용화된다면 인류는 지구 안의 공기로 충분히 청정 전기를 자급할 수 있다”고 피력했다.
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한편 그는 “우주공간에서 채집된 에너지로 발전기를 가동시켜 에너지를 생산하는 미래도 기대할 수 있다”고 덧붙였다. 공기발전기는 수송기계, 가전제품은 물론 폐수나 쓰레기 처리 등의 환경사업, 녹화사업, 신소재사업 등 전기를 필요로 하는 모든 분야에 응용할 수 있으므로 그 사회·경제·산업의 파급 효과는 가늠하기 어려울 정도이다. 주 회장은 더 나아가 공기발전기 기술을 활용하면 공중주택의 실현도 가시화할 수 있다고 보았다. 택지비용이 들지 않고 각종 자연재해로부터도 자유로운 공중주택은 동력 문제 때문에 상용화의 길은 요원해보였다. 하지만 공기발전기는 기존의 난점들을 단번에 해결할 수 있다. 현재까지 공기발전기 기술은 국내 경쟁사는 물론 전세계 어디에서도 찾아볼 수 없는 혁신적인 발명품이다. 주 회장은 “머지않아 원자력발전소를 대체하고 ‘원전’ 대신 ‘공전’이 당연해지는 시대가 도래할 것”이라면서 “독보적인 원천기술을 이용해 인류의 미래에 기여하고 지속가능한 그린에너지를 후손들에게 물려주고자 상용화에 최선을 다하겠다”고 다짐했다.
취재_ 황지현 기자
황지현 기자 hgh@gmail.com
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