친환경 에너지라는 '금맥'을 찾아서

[이뉴스투데이 대전충청취재본부 박희송(根派) 기자] 서부개척시대에 수많은 사람을 허허벌판으로 불러 모을 수 있었던 것은 황금빛 ‘골드’ 때문이었다.

이 ‘금맥’은 한나라의 경제를 일으켰고, 일류 초강대국으로의 기틀을 마련하는 중요한 도구였다.

그렇다면 환경오염이 심해지고 있는 지금의 상황 속에서 그토록 인류가 바라는 새 시대의 ‘금맥’은 무엇인가? 친환경 에너지일 것이다.

인류는 친환경 에너지라는 새로운 황금 문명을 찾기 위해 부단히 노력하고 있다.

이 친환경 에너지는 과연 어디에 매장돼 있는가?

많은 과학자들과 기술자들은 이 금맥을 찾기 위해 지금도 부단히 노력하고 있다.

태양광발전, 풍력발전 등이 그 결과물로 제시되고 있지만 뚜렷한 개선이 이뤄지지 못하고 있다.

그 이유는 여러 가지가 있을 수 있으나 그만큼 친환경 에너지라는 것이 어렵고 시간이 많이 필요하다는 뜻일 것이다.

친환경 자체발전 시스템을 개발한 ㈜매틱스 기업이 주목을 받고 있다.

이 기업은 기존에 가지고 있는 모터 또는 발전기의 기본 개념을 탈피해서 전혀 다른 방식으로 접근을 하고 있어 주목된다.

에너지 문제를 해결하기 위해서는 우선 발전의 양이 많아지거나 소비량이 적어져야 한다는 명제가 필요하다.

이 기업은 모터와 발전이 동시에 이뤄져 모터로 사용 시 전력 소비가 획기적으로(약 50% 이상) 절약되고 발전기로 사용 시 높은 발전 효율로 기존대비 월등한 전력 생산이(공인 발전 효율 81.4%) 가능하다.

두 마리 토끼를 모두 잡은 셈이다.

기존 모터와 발전기의 핵심이라고 할 수 있는 코어와 브러쉬를 배제하고 단면 교번 방식이 아닌 양면 교번 방식을 채택한 신개념 모터와 발전이 하나로 이뤄져 있는 제품을 개발했다.

이 개념을 적용해 전기자전거, 전기자동차, 전기오토바이, 드론, 전기보일러 등 다양한 곳에 접목 가능한 원천기술을 확보했다.

그렇다면 수많은 사람이 실패한 이 ‘금맥’ 찾기를 이 기업은 어떻게 해결했는지 지금부터 알아본다.

◇기존의 개념을 탈피한 새로운 모터 발전기의 개념을 적용했다

앞서 얘기한 단면 교번 방식이 아닌 양면 교번 방식을 채택해 효율을 극대화했다.

잘 알고 있는 영구자석은 모터와 발전기에 꼭 필요한 부분이다.

영구자석의 수가 많을수록 효율이 높다는 이야기이다.

그러나 기존의 개념은 자석의 한 면과 전자석(구리 코일)의 한 면을 보는 단면 교번 방식이다.

이는 영구자석의 개수에 제한을 가져오며 힘과 속도를 내기 위해서 전자석에 전력을 많이 사용해야 한다.

그러나 양면 교번 방식의 디스크 타입은 기존 방식에 비해 영구자석의 숫자가 훨씬 많다.

그 말은 같은 힘과 속도를 구현했을 시 투입되는 전기의 양이 적다는 뜻이다.

이는 획기적인 개념으로, 그동안의 통념을 벗어나는 개념이다.

◇코킹 현상(cogging torque)이 발생하지 않도록 최첨단의 센서를 적용했다

모터와 발전기는 내부적 구성이 매우 유사하다.

그런데 왜 모터와 발전기를 동시에 사용하지 못할까? 여러 가지 이유가 있으나 바로 코킹 현상, 역기전력, 그로 인한 고열이 발생하고 효율이 떨어지는 문제일 것이다.

쉽게 설명해서 등에 짐을 지고 뛰는 것과 짐이 없이 뛰는 것 중에 어느 것이 훨씬 쉬울까? 바로 후자일 것이다.

‘코킹 현상’이란 자석의 같은 극, 예를 들어 S극과 S극, N극과 N극은 서로 척력에 의해 밀어내지만 반대일 경우 서로 인력에 의해 끌어당겨 회전을 방해한다.

이 현상을 코킹 현상이라고 하고 모든 모터와 발전기의 저항 형태로 존재하게 된다.

특히 고속의 모터 일 경우는 이 현상이 심해져 열이 발생하거나 일정 구간을 넘어섰을 시 모터와 발전기의 효율이 급격하게 떨어지는 현상을 확인할 수 있다.

그러면 이 코킹 현상을 효율적으로 제거할 수 있는 방법은 무엇일까?

그것은 특수 센서를 활용해 영구자석과 전자석의 극을 항상 같은 상태로 만드는 것이다.

영구자석을 바꿀 수 없으니 전자석에 들어가는 전기의 극을 순간적으로 바꿔낼 수 있다면 모터와 발전기는 코킹으로부터 자유로워질 수 있다.

이를 위해 이 회사는 특수한 센서와 이를 구동하기 위한 구동 하드웨어, 소프트웨어를 직접 개발해 코킹을 획기적으로 제거했을 뿐만 아니라 이 코킹 현상에 의해 발생 된 역기전력을 효율적으로 흡수 유도, 발전력으로 활용하는 창의적인 아이디어를 제시했다.

◇기술의 독립화다

얼마 전 일본의 수출 제한조치로 인해 반도체 관련 제품을 쓰지 못해 곤혹을 치른 경험이 있다.

이는 기술의 독립성이 얼마나 중요한지를 여실히 보여주는 단적인 예다.

이 회사의 제품은 쉽게 모방이 불가능한 독창적인 구조를 가지고 있으며 또한 그 구동을 위한 부가적인 장치를 직접 개발해 기술적 독립을 이룬 것을 높이 살 수 있겠다.

이는 해외에 진출 시 엄청난 부가가치로 작용하며 한국의 위상을 높일 수 있는 계기가 될 것이다.

◇발전 효율에 대한 부분이다

앞서 기술한 내용을 적용해 발전기로 활용을 한다면 이 기업은 이미 81.4% 이상이라는 높은 발전력을 공인받은 시험성적서가 있다.

이 자체만으로 산업적 부가가치는 상당하다 할 수 있다.

원자력발전소의 효율은 30~40%대인 것을 본다면 80%대의 효율은 가히 혁명적이라 하겠다.

◇리튬배터리가 아닌 초고속 충·방전 ESS를 확보했다

발전 전력을 효율적으로 저장하는 장치인 ESS가 굉장히 중요한 기술로 부각되고 있다.

그러나 얼마전 리튬배터리 ESS의 화재와 전기 자동차의 화재에서도 볼 수 있듯이 리튬배터리 저장장치는 수명과 화재, 충·방전 속도의 문제를 안고 있다.

이에 해결 방안으로 이 업체는 고속 충방전(최대 60A 충전, 80A 방전)과 25만번의 수명을 가지고 영하 20°C에서 영상 60°C 사이의 작동범위를 가지는 최첨단 ESS를 확보, 명실공히 친환경 에너지 기업의 면모를 충실히 갖췄다.

◇국내·외 특허 취득했다

국내 15가지, 해외 100여 개국의 특허 취득과 디자인, 실용신안 등 해외에 진출할 모든 준비가 완벽하게 갖춰졌다.

㈜매틱스는 ㈜미디어원그룹과 손을 잡고 블록체인을 활용한 개인 가상발전소 사업을 준비하고 있어 다시금 화제다.

개인이 에너지를 직접 생산하고 소비하는 시대 그리고 그것을 블록체인을 이용, 거래하는 방식의 플랫폼을 구상하고 있으며 그 플랫폼의 이름을 ‘리투지움’이라고 명하고 있다.

향후 이 기업의 목표는 인류의 당면 과제인 에너지 문제를 효율적으로 해결해서 사용자에게 적은 비용으로 에너지를 활용할 수 있는 방법과 이를 넘어서 직접 사용자들이 에너지를 생산해서 거래할 수 있는 플랫폼을 만드는 것이며 나아가서는 국가의 탄소 중립에 중요한 기술로 자리매김해 한국의 위상을 드높인다는 중·장기적 계획을 가지고 있다.

그 첫 제품으로 자체발전이 가능한 친환경 전기자전거, 전기오토바이, 전기보일러 등을 양산하고 지금도 불철주야 노력하고 있다.