사진은
2006년 12월 28일
일본의 (주)나노빔( http://www.nano-beam.com/   )으로부터 1GW급 물엔진(공기엔진 포함)발전기 300대를
3000억달러(대당가격 10억달러)에 수주하였습니다.
현지상황에 따라 1000kW급(대당가격 100만달러, 30만대)급이나 100kW급(대당가격 10만달러, 300만대) 혹은 10kw급(대당가격 1만달러, 3000만대)으로 출고될 수도 있습니다.
(나노빔은 공기엔진세계와 연구소를 공동으로 사용하는것으로 알려졌으며
공기엔진세계의 가치를 알아보고 미리 투자한것으로 보입니다.)

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기사요약

21세기는 에너지 패권의 시대다. 무기나 기술이 아닌 에너지를 가진 자가 세상을 지배한다. 에너지가 없다면 그 어떠한 기술도, 문명도 존재할 수 없다.



열역학 제2법칙에 따르면 무한동력장치는 존재할 수 없다


21세기는 에너지 패권의 시대다. 무기나 기술이 아닌 에너지를 가진 자가 세상을 지배한다. 에너지가 없다면 그 어떠한 기술도, 문명도 존재할 수 없으며 궁극적으로 인간의 삶 자체가 불가능해 진다.

이라크의 쿠웨이트 침공, 미국과 이라크의 전쟁에서 엿볼 수 있듯이 남보다 조금이라도 많은 에너지 자원을 확보하기 위해 전쟁까지 불사하고 있는 것도 바로 이 같은 이유 때문이다.

이에 대한 대응책으로 현재 전 세계 각국은 태양광, 풍력, 수소 등 대체 에너지의 개발에 천문학적인 자금을 앞 다투어 쏟아 붓고 있다. 하지만 이러한 주류에서 벗어나 조금은 다른 방법으로 에너지 문제를 해결하기 위한 노력도 세계 곳곳에서 이루어지고 있다.

에너지라는 단어가 만들어진 이후부터 인류의 꿈이자 숙원이 되어 버린 ‘무한동력장치’가 바로 그것.

서울 구로 디지틀단지 내에 연구소를 마련, 어떠한 에너지도 필요 없이 오직 공기만으로 작동되는 ‘공기엔진(air engine)’을 개발하기 위해 모인
공기엔진세계의 식구들도 그중 하나다.

‘세상은 꿈꾸는 자의 몫’이라는 신념을 바탕으로 세계를 깜짝 놀라게 할 제4의 에너지 혁명을 꿈꾸는 그들의 이야기 속으로 들어가 보자. -편집자 註


혁신은 비상식에서 출발한다

혁신가와 몽상가의 차이는 무엇일까. 상식과 비상식은 누가 어떠한 기준으로 구분하는 것일까.

아마도 다수의 대중들이나 주류의 사람들이 긍정하면 혁신이며 상식이고, 그렇지 못하면 비상식 또는 몽상이라는 평가를 피할 수 없을 것이다.

또한 ‘태양은 동쪽에서 뜬다’와 같이 누구나 믿는 절대적인 명제 하나가 상식과 비상식을 구분 짓기도 한다.

하지만 돌이켜보면 인간의 삶을 완전히 뒤바꿔 놓은 역사적인 발명(발견)은 항상 그 실체가 구체화돼 눈에 보이기 이전까지 상식에서 벗어난 몽상 또는 비현실로 치부됐다.

비행기를 만든 라이트 형제, 전구를 만든 에디슨, 지동설을 주장한 갈릴레이 등 수 천년에 걸친 인류의 역사가 이를 방증한다.

사실 새로운 발견과 발명은 거의 비상식적인 발상에서부터 출발하기 마련이다. 상식이라는 한정된 틀 속에서 혁신이 나올 가능성은 지극히 적기 때문이다.

물론 이러한 비상식적 발상이 한낮 몽상에 머물지 않고 진정한 혁신으로 이어지기 위해서는 철저한 탐구와 연구가 뒷받침돼야 함은 당연하다.

공기엔진세계의 주남식 사장과 그의 동료들도 이 점에 동조한다.
공기로 움직이는 엔진, 즉 공짜 연료로 영원히 동력을 공급받을 수 있는 무한동력장치를 개발하고 있는 이들은 아직은 몽상가에 머물고 있지만 반드시 혁신가로 거듭날 수 있음을 굳게 믿고 있다.

주 사장이 무한동력의 매력에 빠진 것은 20여 년 전 태풍, 토네이도와 같은 기상현상을 목격하면서 시작됐다. 공기가 지닌 가공할 힘(에너지)을 느끼면서 공기엔진의 개발에 뛰어든 것. 하지만 누구도 그의 의견에 동조하지 않은 것은 당연지사.

공기엔진이라는 발상 자체가 너무 꿈같은 아이디어라는 점은 차치하고라도 무한동력장치는 자연현상을 설명하는 과학계의 절대명제 중 하나인 ‘열역학 제2법칙’을 송두리째 무시하는 것이기 때문이었다.


열역학 제2법칙 vs 무한동력

열역학 제2법칙의 요점은 ‘하나의 열원(熱源)에서 공급받은 열을 모두 다른 형태의 에너지로 변화시키고 그 자신은 전혀 변화를 일으키지 않은 채 영구적으로 작동하는 기관’(제2종 영구기관)은 있을 수 없다는 것이다.

난해한 과학적 단어들을 빼고 쉽게 설명하자면 그 방식이 무엇이든, 어떠한 에너지를 사용하든지 간에 하나의 열원으로 영원히 동력을 만들어내는 무한동력장치는 열역학 제2법칙에 따르면 결코 존재할 수 없다는 것.

하지만 주 사장과 그의 동료들은 이러한 사실에 반기를 든다.
주 사장은 “과학계와 많은 일반인들은 이 법칙에 근거해 단일 열원으로부터 역학적 에너지를 얻을 수 없다고 믿고 있다”며 “하지만 열역학 제2법칙을 다른 측면에서 보면 계(系)에 어떤 변화라도 남길 수 있을 때에 한해 단일 열원을 에너지원으로 하는 열기관(엔진) 제작이 가능하다는 의미로 해석할 수 있다”고 주장한다.

즉 열역학 제2법칙은 ‘외부에 어떠한 변화도 남기지 않을 경우’를 강조하는 것일 뿐 독립된 단일 열원으로 열기관을 만들 수 없음을 말하는 것은 아니라는 게 그의 해석이다.

이와 관련, 주 사장은 “자연법칙은 이미 가능과 불가능, 존재와 부재가 결정돼 있는 것이지 많은 사람이 믿는다거나 다수결에 의해 결정될 수 없는 사항”이라며 “아직 단일 열원 열기관이 출현하지 않았다고 해서 무조건 불가능한 망상으로 치부해서는 안 된다”고 강조했다.

그렇다면 주 사장은 과연 어떠한 방법으로 다수의 대중이 믿고 있는 상식을 깨고 공기엔진을 만들어 만화 속에서나 나올 법한 ‘공기로 가는 자동차’를 개발해 내겠다는 것일까.

기존의 자동차 엔진은 연료를 연소시켜 고압·고온의 기체를 얻은 후 단열 팽창을 통해 기체가 가진 열에너지를 기계적 운동에너지로 바꾸는 장치다.

휘발유, LPG 등의 화석연료는 그 스스로 운동에너지를 만들어내는 직접적 에너지원이 아니라 온도와 압력을 가진 기체를 얻어내기 위한 재료에 불과한 셈이다.

이는 적정 온도와 압력을 가진 일정량의 기체와 단열 팽창 장치만 있다면 엔진이 운동에너지를 생성할 수 있다는 뜻이 된다.

음속보다 빠른 공기 분자

공기엔진세계는 바로 이 점에서 대기 중의 공기가 온도와 압력을 가진 기체가 될 수 있다고 자신한다. 공기 또한 1기압의 압력과 293.15K의 절대온도를 갖는 기체이기 때문이다.

특히 이 회사는 공기의 분자에 주목하고 있다.
주 사장은 “질소(N2), 산소(O2), 아르곤(Ar) 등으로 구성된 공기의 분자는 눈에 보이지는 않지만 지금 이 순간에도 음속보다 빠른 초당 500m의 속도로 움직이고 있다”며 “불규칙적인 공기 분자의 움직임을 하나의 방향으로 집중시킬 수만 있다면 생각보다 막대한 운동에너지를 얻을 수 있다”고 밝혔다.

결국 그는 이렇게 막대한 가용 에너지를 가진 공기(분자)를 어떻게 방향성을 갖고 빠른 속도로 움직이도록 할 것인가에 매달렸고, 진공(vacuum)에서 그 해답을 찾아냈다.

밀폐된 공간의 내부를 진공상태로 만들고 작은 구멍을 뚫으면 진공청소기가 먼지를 빨아들이듯 그 구멍으로 대기 중의 공기가 엄청난 속도로 빨려들어 온다는 것. 바로 이 구멍 안쪽에 터빈을 부착, 회전시켜 동력을 얻겠다는 것이 공기엔진세계가 추구하는 공기엔진 기술의 이론적 배경이다.

물론 지속적으로 공기를 빨아들이기 위해서는 내부가 계속 진공상태를 유지해야하는데, 이를 위해 이 회사는 별도의 진공펌프를 사용할 계획이다.

주 사장은 “공기엔진이 무한동력원으로서 제 역할을 하려면 터빈에 의해 생성된 에너지가 진공펌프를 돌리기 위해 필요한 에너지를 능가해야만 할 것”이라며 “분석결과 충분한 가능성이 있는 것으로 판단됐다”고 밝혔다.

이 회사 연구원들이 분석한 바에 따르면 초당 평균 속력이 500m인 20℃(대기온도)의 공기 1입방미터(1.29kg)가 보유한 에너지는 약 125kJ로 측정됐다.

1kJ은 1초당 1㎾의 전기에너지를 얻을 수 있음을 의미하므로 매초마다 공기 1.29kg을 초속 500m의 속도로 지속적으로 공급할 경우 최대 125㎾(약 166마력) 동력을 계속해서 출력할 수 있다는 것이 이들의 계산이다.

주 사장은 이에 대해 “공기 1kg의 온도를 100℃ 낮추면 약 24㎉(100.8kJ)의 에너지가 방출된다”며 “매초 10kg의 공기를 흡입해 온도를 100℃ 낮추는 것으로 1,000㎾의 출력 확보가 가능하다”고 설명했다.


화석연료의 종식을 꿈꾸다

만일 공기엔진세계의 꿈이 정말로 실현된다면 세상에는 어떤 일이 벌어지게 될까.
가장 먼저 자동차, 비행기, 열차, 오토바이 등 화석연료를 사용했던 모든 운송수단들의 엔진이 영원히 연료를 공급받을 필요가 없는 공기엔진으로 대체될 것이다.

무한 자원이자 공짜 자원인 공기를 연료로 사용하는 자동차와 비행기가 탄생하는 것.

이렇게 되면 누구나 연료비 걱정 없이 자동차를 몰 수 있으며 항공료, 열차비 등도 획기적으로 낮아질 수밖에 없다.

또한 공기엔진을 장착한 자동차(비행기)는 첨단 공기역학설계 없이도 지금보다 빠른 속도를 낼 수 있다.

공기를 헤치고 나아가는 기존의 방식에선 속력을 내기 위해 공기의 저항을 최소화해야 했지만 공기를 연료로 빨아들이는 엔진 덕분에 공기의 저항 자체가 완전히 사라지기 때문이다.

이외에도 인류가 누릴 혜택은 무궁무진하다. 일반가정에 공기엔진을 적용, 집안에서 사용하는 전력을 영구히 공짜로 충당할 수 있다. 또한 설비 대형화를 통해 공장이나 산업체의 에너지 비용을 0원으로 만들 수도 있다.

사실상 석유와 같은 화석연료는 물론 원자력, 화력, 태양열, 풍력 등 전기에너지를 생산하기 위한 모든 종류의 발전설비가 필요 없어지는 셈이다.

하지만 성공가능 여부를 떠나 공기 자동차와 공기 비행기라는 명제를 현시점에서 선뜻 받아들이기에는 아직도 적지 않은 의구심이 드는 것은 부인하기 어렵다.

열역학 법칙이나 열에너지를 계산하는 수학식을 잘 모르더라도 몇 가지 이해하기 어려운 부분이 있는 탓이다.

공기 자동차의 진공장치가 주변 공기뿐만 아니라 도로위에 떨어진 나뭇잎이나 담배꽁초까지 빨아들여 망가지지 않을지, 흡입되는 공기의 속도만큼 빠르게 배출될 것임에 틀림없는 배기가스의 후폭풍에 길가의 사람이 휩쓸리지는 않을지 등과 같은 의문 말이다.

어쨌든 공기엔진의 긍정론자나 부정론자 모두에게 한 가지 희소식은 공기엔진세계의 주장을 확인하기 위해 그리 오랜 시간을 기다려야 할 필요가 없다는 것. 이 회사의 발전용 공기엔진 프로토타입이 거의 완성단계에 있어 몇 달 내에 눈으로 그 실체를 확인할 수 있기 때문이다.

이들의 꿈이 세계를 뒤흔들 혁신적인 동력장치의 탄생을 불러올지, 다시한번 먼 미래를 기약하는 헤프닝으로 머무를 지는 그때가 되면 자연스럽게 알게 될 것이다.



양철승 기자 csyang@sed.co.kr


출처 :  파퓰러사이언스 (2007 . 6 기사)