일본산업뉴스요약

자원 신세기
제2부 숨겨진 에너지 (상)
태풍 발전(發電)은 발달 중

무에서 유를 창조하다. 비즈니스에서 성공하기 위한 철칙이다. 에너지의 세계도 마찬가지이다. 태풍, 눈, 진동 등, 버려져 왔던 에너지를 발굴하여 가치를 불어 넣는다. 이때 필요한 것은 기술과 아이디어, 그리고 하고자 하는 의욕이다.

-- 기피 대상이 지원군으로 --
9월 6일, 오키나와 남부의 난조(南城)시. 태풍 13호가 작은 거리를 습격했다. 풍속 20미터의 강한 바람으로 사람들은 경계 태세를 강화했지만, 벤처 기업인 챌래너지(Challenergy)(동경)의 시미즈(清水)사장은 달랐다. 「좋아, 좀 더 힘내, 화이팅!」

「발전에 이노베이션을 일으킨다」라는 시미즈 사장. 물론 그 말은 맞다. 하지만 하고 있는 일은 전대미문의 도전이다. 사용하는 에너지는 태풍의 바람이다. 그 힘을 이용해 발전기를 돌린다.

바람을 이용한다고 하는데 날개가 없다. 대신 높이 3미터, 직경 50센티미터의 원기둥 3개가 있을 뿐이다. 태풍의 바람으로 이 원기둥들을 회전시켜 발전한다. 발전 능력은 한 대당 1kW, 0.5 세대 분의 전력을 공급할 수 있다.

방대한 바람 에너지를 가지고 있지만, 풍력 발전 분야에선 기피 대상인 태풍. 그러나 잘만 이용한다면 이것만큼 힘이 되는 아군은 없을 것이다. 문제는 어떻게 아군으로 만들 것인가 이다. 시미즈 사장은「마그누스(Magnus)의 힘」이라는 것에 착안했다. 폭풍 속에서 원기둥이 일단 회전하기 시작하면, 원기둥 좌우의 바람의 속도에 차이가 발생해, 이것이 원기둥을 회전시키고 시스템 전체를 움직이는 원동력이 된다. 「커브 볼의 원리를 형상화했습니다」.

미국 해양대기국(NOAA)에 따르면, 대형 태풍 한 개가 가진 에너지는 세계의 발전 용량의 절반에 해당된다고 한다. 그냥 버려지기엔 아깝다.

-- 버리는 눈으로 현미를 저장 --
엔진소리를 내며 제설차가 눈을 치운다. 행선지는 거대한 저장 창고. 홋카이도 비바이시(美唄市)의 JA비바이가 운영하는 현미 저장 시설「설장 공방(雪蔵工房)」이다. 매년 3월 중순에 넣어둔 약 3,600톤, 드럼통으로 18,000개 분의 눈이 여름까지「저설(貯雪)」되어 있다.

2000년에 가동을 시작했다. 높이 약 10미터의 천정까지 쌓여있는 눈은 냉기를 발생, 현미를 최적의 환경에서 보존한다. 여름 동안에도 온도 섭씨 5도, 습도는 70%이다. 현미는 휴면 상태에 들어가 선도가 유지된다.

설장 공방의 내부는 현미를 보관하는 저장실과 눈을 비축해둔 저설실(貯雪室)로 나뉘어진다. 현미 저장실은 현미의 호흡으로 열이 발생해, 창고 윗부분부터 서서히 온도가 상승해 6도 정도까지 온도가 오른다. 따뜻해진 공기를 선풍기를 사용해 저설실로 보낸다. 쌓여 있는 눈의 표면을 통과하면서 공기는 0도 가까이 냉각된다. 이대로는 온도가 너무 차갑기 때문에 따뜻한 공기와 혼합시켜 다시 현미 저장실로 돌려보낸다.

JA비바이 영농판매부(營農販賣部)의 쯔지와키(辻脇)차장은「기계에 의한 냉각 시설에 비해, 연간 400만엔 정도의 전기 요금이 절약된다」고 한다. JA비바이가 취급하는 현미의 약 50%를 저장해「설장 공방」이란 브랜드로 판매한다.

-- 진동으로 발전(發電)하는 바닥, 교량에도 --
비바이시는 탄광 마을이었다.「검은 다이아몬드」를 찾으러 사람들이 모여들었지만, 폐광으로 인해, 인구는 제일 많던 시기의 약 4분의 1로 줄었다. 연간 5억엔이 넘는 제설 비용이 드는 눈은 골치 아픈 존재이지만, 잘만 사용된다면「흰 다이아몬드」가 된다.

버튼을 누르니 첨단 발광 다이오드(LED)가 켜졌다.「소자(素子)에 전해지는 진동을 사용해 발전합니다」. 벤처기업인 음력발전(Sound Power)(카나가와 현)의 하야미(速水)사장은 자신 있게 말했다. 사람이 걸을 때 바닥에 전해지는 에너지로 발전하는「발전 바닥」을 가능하도록 하였다.

-- 라이터의 원리 --
구조는 이러하다. 마룻바닥 등에 압전소자(圧電素子)라고 불리는 소재를 깔아 놓는다. 사람이 걸으면 압전소자에 압력이 가해진다. 내부 전기의 균형이 깨지면서 전압이 생겨 전기가 발생된다.

압전소자는 일회용 라이터의 전기 불꽃 점화 부품으로 사용되었으나, 소자의 구성을 바꿔 효율을 향상, 특허를 취득했다. 전기 회로도 로스가 낮은 것을 독자적으로 개발했다. 체중 60킬로의 사람이 1초에 2걸음 걸었을 경우, 평균 약 2밀리와트(mW) 발전한다.

사업의 원점은 초등학교 때의 과학 수업이었다. 「스피커는 전기를 사용해 소리를 울린다. 그렇다면 소리에서 전기를 만들 수 있지 않을까?」(하야미 사장)라는 생각이 들었다.

앞으로는 교량 등 사회 인프라로의 도입을 목표로 하고 있다. 변형을 탐지하는 IoT 센서의 전력 원으로써의 이용을 예상하고 있다. 자동차와 바람의 영향으로 항상 흔들리고 있기 때문에 발전을 위한 환경이 갖춰져 있어, 배터리 교환을 위한 고공 작업이 필요 없어진다. 이미 종합 건설 회사와의 협의에 들어갔다.

TOTO가 판매하는 유니크한 리모콘이 있다. 스스로 발전하기 때문에 배터리의 교환이 필요 없다. 변기와 통신 연결되어 온수 비데「워시렛(Washlet)」등을 작동한다. 이름은「에코리모컨」. 버튼을 누르는 힘을 이용해 발전한다. 미쯔미전기(MITSUMI Electic)과 협력했다. 내부에 발전기를 내장해, 버튼을 누르는 힘으로 발전기 코일에 있는 자석을 회전시킨다. 전자기 유도의 원리로 발생한 전기가 변기까지 통신을 연결시키는 동력원이 된다.

한번 누르는데 발전되는 에너지양은 약 1,000 마이크로줄(Microjoule)로 미세하지만 효과는 크다. 변기를 리모컨으로 조작할 수 있다면 벽에 배선 공사를 할 필요도 없다. TOTO일렉트로닉스(TOTO Electronics) 기술본부의 모리오카(森岡)씨는「배터리를 교환하는 수고스러움이 없어진다. 도입한 시설의 오너로부터 호평 받고 있다」. 야마나카(山中)기술주임은「욕실이나 주방 등 폭 넓은 응용이 가능하다」라고 말한다.

일본의 에너지 소비량은 증가세에 있다. 개인의 에너지 소비량은 제 1차 오일쇼크인 1973년도를 100이라고 하면, 2014년에는 약 240이 되었다. 자원에너지청의 신(新)에너지과 과장보좌 구레무라(呉村)씨는「안정된 전력 공급을 위해서는 발전 방식을 조합하는 것이 중요하다」라고 말한다.

마그누스의 힘으로 태풍 발전
풍속의 차이를 이용

태풍의 힘을 이용한 발전을 지향하는 벤처 기업, 챌레너지(Challenergy). 이 때 사용되는 마그누스(Magnus)의 힘이란, 회전하는 원기둥을 바람 한 가운데 놓았을 때 발생하는 힘을 말한다. 바람 안에서는 원기둥의 회전 방향에 따라, 바람이 빠르게 지나가는 곳과 느리게 지나가는 곳이 생겨난다. 이 속도의 차이가 마그누스의 힘을 만들어 내는 것이다.

챌레너지는 우선, 전력을 사용해 바람이 부는 곳에서 원기둥을 회전시킨다. 그러면 마그누스의 힘이 발생하여 3개의 원기둥을 지탱하는 중심부 전체가 회전한다. 이 중심부 밑에는 발전기가 들어가 있어, 회전으로 인해 전기가 발생하는 시스템으로 이루어져 있다.

에너지 자급률이 낮은 일본이지만, 풍력 발전 분야에서는 높은 잠재력을 가지고 있다. 환경청에 따르면, 일본의 육상 풍력의 도입에 따른 잠재력은 2억7,000만킬로와트(Kw), 해상 풍력은 13억8000만킬로와트에 달한다.

챌레너지는 해외에서의 태풍 발전에도 도전하고자 한다. 태풍이 빈번하게 통과하는 베트남이나 타이완, 필리핀도 커다란 마케팅 시장으로 보고 있다. 시미즈(清水)사장은「세계의 하자드 맵(Hazard Map)을 에너지 맵으로 바꿔나가고 싶다」라고 말한다.

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