최근 현대사회의 주 에너지원인 화석연료, 원자력의 자원고갈, 환경오염, 안전성 문제에 직면하여, 인간의 삶의 질을 향상시키고 에너지 비용을 감소할 수 있는 에너지 신산업에 대한 요구가 증대되고 있다.

황인상 기자 his@

전문가들은 에너지 신산업을 결정짓는 핵심 트렌드로 ‘에너지이용 효율증가’, ‘전력프로슈머’, ‘분산형 청정에너지’, ‘온실가스 감축’, ‘신재생에너지 발굴’ 등을 제시하고 있다. 이를 실현하기 위한 핵심은 친환경, 고효율, 고성능 에너지 변환 시스템 개발이다.

고성능 에너지 변환 시스템 개발에 주력

▲ 심규호 교수

심규호 서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과 교수의 행보가 화제다. 심규호 교수가 이끌고 있는 서울과학기술대학교 차세대에너지시스템연구실은 스털링 엔진 발전기, 초소형 가스터빈 파워팩, 파력발전 시스템 개발 등에 매진하고 있다. 심규호 서울과학기술대학교 기계시스템디자인공학과 교수는 “스털링 엔진 발전기는 에너지 신산업의 핵심트렌드를 정확히 반영한다”면서 “이 장치는 신재생에너지 및 폐열회수를 통한 에너지 이용효율 증가의 핵심 에너지변환 장치로 주목받고 있다”고 설명했다. 차세대에너지시스템연구실에서 개발 중인 스털링 발전기는 연료에 제약 없이 순수 열에너지만 사용해서 전력생산을 하는 발전기로, 조용하고 유해가스의 배출이 없다는 장점을 지닌다. 특히 소형 열병합 발전 시스템은 전력이 필요한 곳에서 직접 생산하는 분산발전이기 때문에 송전 손실도 줄이고, 남는 전기는 팔 수 있는 장점도 있다. 이에 차세대에너지시스템연구실은 중점적으로 스털링 발전기 개발 및 상용화를 목표로 연구에 힘쓰고 있다. 심규호 교수는 “스털링 발전기 개발은 수십 와트에서 수킬로 와트까지, 휴대용 보조전원, 소형 열병합 발전, 디젤 배기열 및 태양열 발전에 활용을 목표로 진행 중이다”면서 “아울러 가정용 열병합 발전을 위한 스털링 엔진 발전기 개발도 진행하고 있다”고 덧붙였다.

차세대에너지시스템연구실은 현재까지 자체 스털링 해석설계기술을 개발하여 테스트엔진을 제작 완료하고, 현재 성능 향상을 위한 다양한 연구들을 진행하고 있다. 학술적 측면에서도, 국내외 학술논문, 학술대회, 경진대회 등을 통하여 지속적으로 연구 성과를 낳고 있으며, 주요 기업체, 연구소와 협력을 통하여 상용화 계획을 진행하고 있다. 심 교수는 “스털링 기술개발은 국가 산업적으로 에너지 관련 원천기술 확보 및 응용제품 경쟁력 차원에서도 의미가 있지만, 사용 목적에 따라 다양한 형태로 개발이 가능해 더 큰 파급효과가 기대된다”고 강조했다. 연구실에서는 또한 개발 중인 하이브리드 가스베어링을 이용한 초소형 가스터빈 파워팩 기술 연구의 경우 높은 출력 밀도로 인하여 다양한 모바일 기계시스템의 구동전원으로 적용이 가능하다는 것이 강점이다. 군사용 정찰 로봇이나 재난/구조 로봇에 적용될 경우 기존 배터리 전원보다 주행거리를 확장시켜 임무 수행 능력과 반경을 확장할 수 있고, 사람이 입는 근력증강 로봇(엑소스켈레톤)에도 적용할 수 있으며 전기차 레인지 익스텐더로 적용이 가능하다. 심 교수는 “무급유 초소형 가스터빈 파워팩 기술개발은 현재 기술에서 제한된 배터리 전원의 한계를 극복함으로써 경제적·사회적으로 큰 파급효과를 가져올 수 있을 것으로 판단된다”고 피력했다.

새로운 에너지 신산업 시장창출 도모
심규호 교수는 “스털링 발전기의 국산화 기술개발은 선진국과 더불어 에너지 관련 주요 원천기술을 확보하게 되는 것”이라며 “기존 에너지시스템 고효율화 뿐만 아니라 신재생에너지 변환장치로 개발 가능하고, 결과적으로 새로운 에너지 신산업 시장창출이 가능해진다”고 말한다. 즉 기술집약형 제품의 국산화를 통한 수입대체 효과, 선진국 독점시장에 대한 해외 수출기반 확보, 상품화를 통한 국내 녹색시장 창출 등이 가능해지는 의미다. 특히 심 교수는 고가의 해외 스털링 엔진 수입으로 인한 가정용 발전보일러의 가격 상승은 국내 시장의 형성 및 확산을 저해하고 있는데, 국산화를 통한 제품 가격 절감은 이를 해결할 수 있을 것으로 보고 있다.

심 교수는 “에너지 변환의 고효율화로 저탄소 사회에 기여함과 동시에 가정의 에너지 비용을 감소할 수 있다”면서 “가정용 열병합발전시스템은 누진전기료의 절감효과가 크고 1대당 연간 약 1톤의 CO2 배출 저감한다. 더 나아가 저소득층을 위한 에너지 복지 일자리 창출효과도 가능할 것”이라고 전망했다. 이어 “연구실은 인간의 삶의 질 향상을 위한 에너지기술이라는 비전을 가지고 핵심장치인 친환경, 고효율, 고성능 에너지 변환 시스템을 개발하는 것이 목표”라며 “기술 개발에 그치지 않고 기술 제품화를 통해 신에너지 시장을 창출하고, 결과적으로 국가 에너지 신산업 성장에 기여하겠다”고 앞으로의 계획을 밝혔다. NM