인공 토네이도로 전력생산한다.

[공기엔진]

참신한 발상이긴 한데... 우리 "공기엔진" 에 비한다면, 원시적 수준의 기술입니다. 

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"인공 토네이도로 전력 생산한다"

加 공학자 미처드"내년초 파일럿 플랜트 가동"
발전소 폐열 활용한 뜨거운 공기로
높이 20㎞ 소용돌이 만들어
20만가구용 200㎿ 발전 계획
일부선 "통제불능땐 큰피해" 우려

양철승 파퓰러사이언스 기자 csyang@sed.co.kr

◇아래에서 본 소용돌이 엔진
A. 중앙공기실
B. 발전기
C. 고온의 물
D. 팬
E. 고온의 공기

루이스 미처드가 그의 소용돌이 엔진이 만들어 낸 작은 토네이도를 바라보고 있다.

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주가용어사전    

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앞으로 원자력 발전소와 화력 발전소 인근에 높이 수십km의 초대형 토네이도가 용솟음칠지도 모르겠다. 캐나다의 한 공학자가 발전소의 폐열로 인공 토네이도를 만들고, 그 강력한 힘을 전력 발전에 활용하는 '토네이도 발전소' 건설을 추진하고 있기 때문이다.

그는 폭 200m, 높이 20km의 인공 토네이도로 20만 가구가 사용할 수 있는 200㎿의 전력을 생산해낼 계획이다. 이 프로젝트가 성공한다면 주변의 모든 사물을 초토화시키는 토네이도가 폐기물과 유해 부산물이 전혀 없는 진정한 의미의 친환경 대체에너지로 재탄생하게 된다.

토네이도를 길들이다

대다수 전문가들은 토네이도의 막강한 파괴력으로부터 시민들을 지켜낼 방법을 찾기 위해 애를 쓴다. 하지만 캐나다의 전직 정유사 엔지니어였던 루이스 미처드는 오히려 초대형 토네이도를 일부러 만들려고 한다. 토네이도가 미래의 친환경 에너지를 만들어 낼 수 있다고 믿기 때문이다.

그가 이 같은 발상을 하게 된 것은 오랜 기간 개인적으로 토네이도를 연구해 오며 이를 인위적으로 통제할 수 있다는 확신을 가졌던 것에 기인한다. 이때부터 그는 인공 토네이도의 형성 및 그 회전력을 활용한 발전기술 확보에 매진했다.

미처드는 결국 메사추세츠 공대(MIT)의 케리 엠마뉴엘 박사 등 유명 과학자들의 자문을 바탕으로 '소용돌이 엔진(Vortex Engine)'이라고 명명된 발전장치의 기술적 개념 정립에 성공했다.

이 소용돌이 엔진의 핵심은 크게 두 가지다. 특정 공간에 완벽히 제어 가능한 거대한 인공 토네이도를 만드는 것, 그리고 토네이도의 강력한 힘으로 팬(fan)을 돌려 대량의 전기를 발생시키는 것이다.

토네이도의 회전력이 시속 수백km를 상회하기 때문에 미처드의 계산대로라면 폭 10m, 높이 1.6km 정도의 소용돌이만 만들어내도 수천가구가 사용할 전력 생산이 가능하다. 하지만 그의 최종 목표는 직경 200m, 높이 20km의 인공 토네이도다. 이 정도면 무려 20만 가구가 충분히 쓸 수 있는 200㎿의 전력을 얻을 수 있다.

발전소 폐열의 재활용

그렇다면 이처럼 거대한 인공 토네이도를 어떻게 만들어낼까. 미처드는 뜨거운 공기는 상승하고 차가운 공기는 하강한다는 '대류 원리'에 착안, 소용돌이 엔진을 설계했다.

즉 엔진 내부에서 대량의 뜨거운 공기를 만든 뒤 이를 회전시켜 상부로 방출시키는 것이 이 기술의 본질. 이렇게 고온의 상승 기류를 계속 공급하면 자연스럽게 토네이도가 형성된다.

문제는 고온의 공기를 어떻게 지속적으로 생성해 내느냐 하는 것인데, 미처드는 원자력 발전소나 화력 발전소에서 나오는 500~600℃의 폐열을 활용할 계획이다. 이 폐열로 끓인 물을 소용돌이 엔진 외부에 둘러싸 내부의 공기를 덥히겠다는 것.

유명 토네이도 연구자인 미국 미시간 대학의 닐톤 레노 교수는 "소용돌이 엔진의 개념은 기술적으로 매우 견고한 이론적 뒷받침이 이루어져 있다"며 "이 장치가 작동하지 못할 이유가 전혀 없다"고 밝혔다.

실제 미처드에게 연구자금을 지원중인 캐나다 온타리오혁신센터는 이미 웨스턴온타리오 대학 풍동연구소에 의뢰, 소용돌이 엔진 이론을 활용해 폭 1m의 인공 토네이도 형성에 성공했다. 또한 20m급 소용돌이의 컴퓨터 시뮬레이션도 완료했다.

현재 이들은 이 실험 데이터들을 기반으로 온타리오 사니아 지역에 폭 4m의 소용돌이를 일으키는 토네이도 발전소를 건설하고 있다. 내년 초 이 파일럿 플랜트가 성공리에 가동되면 곧바로 20m, 50m 등으로 토네이도의 크기를 확대해 나갈 예정이다.

위험천만한 시도?

하지만 아무리 좋은 기술이라도 안전성에 대한 사회적 합의가 이루어지지 않는다면 실용화는 쉽지 않다. 사실 토네이도 발전소 또한 안전 문제와 관련해 회의적 시각이 존재한다.

파편들이 말려들어 주변으로 날아가지 않을지, 인위적인 대량의 고온 기류가 날씨나 환경변화를 일으키지는 않을지 등의 의문이 제기되고 있는 것.

특히 토네이도가 통제 불능이 될 가능성에 대한 염려가 가장 크다. 폐열 활용을 위해 소용돌이 엔진이 원자력 및 화력 발전소 인근에 설치될 수밖에 없어 통제력을 잃을 경우 막대한 피해가 불가피하기 때문이다.

하지만 미처드는 이 모든 우려가 기우(杞憂)라고 말한다. 인공 토네이도는 엔진 내부의 깨끗한 공기를 활용하고 특정 공간에서만 작동돼 파편 유입 가능성이 없다는 것이다.

특히 공기 흡입구를 닫으면 언제라도 즉각 토네이도를 사라지게 할 수 있다고 말한다. 그가 인공 토네이도를 '고삐에 묶인 토네이도'라고 부르는 것도 이 때문이다.

환경변화 가능성에 대해서는 오히려 긍정적 효과를 기대한다. 그는 "토네이도 발전소는 장기적으로 폐열이 아닌 적도 부근의 열대 난류를 온수 조달 소스로 활용할 수 있다"며 "이 때에는 지구의 열기를 대기권 밖으로 배출, 지구온난화 방지효과를 누리게 된다"고 밝혔다.

누구의 주장이 맞을지 현재로서는 예측하기 어렵다. 하지만 토네이도 발전소가 현실화된다면 폐기물과 유해 부산물이 전혀 없는 완벽한 친환경 대체 에너지가 될 것임에는 틀림없다.

토네이도 발전소 작동원리

[1] 힘 모으기

인근 원자력 발전소 및 화력 발전소의 폐열(500~600℃)에 의해 덥혀진 고온의 물로 토네이도 엔진 주변을 감싼다.

[2] 뜨거운 공기 모으기

엔진 외부에 장착된 다수의 팬(fan)이 온수로 뜨거워진 공기를 빨아들인 후 나선형 공기관을 통해 엔진 중앙으로 보낸다.

[3] 토네이도 만들기

뜨거운 공기가 중앙공기실 내벽에 다다르면 위로 솟구쳐 올라가 천정의 좁은 구멍을 통해 회오리치며 빠져나간다. 고온의 공기를 계속 공급함으로서 폭 200m, 높이 20km의 토네이도가 형성된다.

[4] 전력 만들기

토네이도가 본격 형성되면 팬이 공기 흡입구에 더해 발전기 역할까지 수행한다. 완전히 성장한 토네이도가 강력한 회전력을 통해 스스로 하부에서 공기를 빨아들이기 때문이다. 이렇게 유입되는 공기가 팬을 회전시켜 200㎿의 전기를 생성한다.