파도를 잘 타는 사람과 UC Berkeley 엔지니어의 공통점은 무엇일까? 모두 거대한 파도의 힘을 잘 이용한다는 점이다. 하지만 공통점은 여기까지이다. 파동역학(wave mechanics) 전문가이자 조교수인 Reza Alam은, 해저 카펫을 이용해 바다의 파도를 유용한 에너지로 전환하는 방법을 제시하고 있다.

해양에는 끊이지 않는 매우 많은 양의 에너지가 존재하고 있으며, 전력에 대한 전 세계 수요의 증가와 더불어 화석연료를 대체할 더 청정한 대체 에너지의 필요성이 대두되고 있다.

 

Alam 교수는 해안도시의 인구 증가가 가파르다는 것을 지적하면서, 해양 기반의 시스템을 활용해 탄소중립적 방법으로 전기를 생산할 수 있는 방법을 개발하고 있다고 덧붙였다.

Alam 교수 연구팀의 연구원인 Marcus Lehmann은, 본 시스템의 잠재적 활용분야 중 하나로 해수 담수화의 높은 비용을 절감하는데 도움을 주게 될 것이라고 밝히면서, 가뭄시기 동안에 음용수 확보에 도움을 줄 것이라고 하였다.

 

해수를 담수로 전환하는 주요한 방법은 증류(distillation)라는 방식을 사용하는데, 이를 위해 열 및 필터를 통과시키는 역삼투압 탈염(reverse osmosis desalination) 방식을 사용한다.

 

두 가지 방법 모두 다량의 에너지를 소비하기 때문에, 널리 이용되고 있지 못하다. 해양을 기반으로 하는 전력생산 시스템은 이런 상황을 변화시킬 수 있으며, 최소한 높은 파력에너지가 존재하는 인근 지역에서 사용될 것이다.

전력생산을 위한 파도를 이용하려는 것은 새로운 시도는 아니다. 연구팀은 런던에 소재한 비영리단체인 Carbon Trust의 분석을 인용하면서, 매년 잠재적으로 2,000terawatt hours의 전기를 생산하거나 혹은 전 세계 전기 수요량의 10%를 차지할 것으로 예측하고 있다.

Alam의 연구팀은 파도를 에너지로 전환하는 시스템을 해저에 구축하는 방식을 제안하고 있다.

해저 시스템의 장점은 거의 눈에 보이지 않고 보트 및 해양 생물에 물리적 영향을 거의 주지 않는다는 점이다. 본 시스템은 폭풍우 조건에서도 영향을 받지 않는데, 카페트 위의 워터 칼럼(water column)이 심해지는 파도에 의한 영향을 완화시키기 때문이다. 사실, 이 카펫은 파도가 더 거칠어질수록 효율이 증가한다.

Alam 연구팀이 해저 카펫에 대한 영감을 얻은 곳은, 표면 파도의 에너지를 감소시키는 질척한 해저(muddy seabed)이다. 파도타는 사람은 이를 알지 못하겠지만, 어부들은 폭풍우가 있을 때 파괴적인 파도를 피하기 위한 안전한 장소로 이용하고 있다. Alam의 해저 카펫 시스템은 해양의 표면에서 사용될 것은 아니다.

질척한 해저의 영향을 시뮬레이션하기 위해, 연구팀은 얇은 고무 시트를 유압 엑추에이터, 실린더 및 튜브의 그리드 위에 놓았다. 파도에 따라 고무 시트가 상하로 움직이게 되면 실린더를 작동시키게 된다. 이로써 유압을 생성시켜 육상으로 연결된 파이프를 통해 전력으로 전환된다.

고무 시트를 실험실에서 사용되었지만, 실제 해양에 사용할 경우에는 내구성이 좋은 탄성 복합재료를 이용하게 될 것이다.

파도를 이용한 초기 실험 결과는 희망적이었다. 본 연구결과는 덴마크에서 개최된 제10차 European Wave and Tidal Energy Conference에서 발표되었으며, 파도 카펫이 들어오는 파력에너지의 90% 이상을 흡수할 수 있음을 보여주었다.

연구팀의 예측에 따르면, 해저 카펫 시스템 제곱미터당 미국 가정 두 곳에서 사용할 충분한 양의 전기가 만들어진다. 또한 캘리포니아 해안 10미터 정도 혹은 해저 카펫 100제곱미터 정도에서 얻어지는 파력에너지는, 6,400제곱미터 크기의 축구장에 설치한 태양광 패널에서 생산할 수 있는 전력과 유사하다.

이상적으로, 본 시스템은 얕은 해안 지역 60피트 깊이에 설치되는 것이 좋다. 해저 지형은 평편할 필요는 없지만 암초가 있는 지역은 피하는 것이 좋다. 또한 해양 생태계에 부정적인 영향을 미치지 않는 적절한 장소를 탐색해야 한다.

해양 생명체가 거의 존재하지 않는 저산소 지역에서는 연안지역의 증가하는 데드 존(dead zone)이 본 시스템의 실험을 위한 강력한 후보지로 떠오르고 있다. 연구팀은 향후 2년 이내에 해양에서 직접 시스템의 실험을 시작하고, 10년 이내에 상용화할 계획이다.