일본산업뉴스요약

배터리 교환 불필요, 공장의 IoT화 가속
'무선 급전' 보급 경쟁 / 대기업, 신흥기업 모두 ‘우주개발’도 목표

원격에서 무선으로 급전할 수 있는 기술 ‘무선 급전’의 실용화를 위해 파나소닉 등 대형 전자기기 업체나 스타트업 기업이 경쟁하고 있다. 공장에서 가동하는 센서의 배터리 교환이 불필요해지는 등 IoT(사물인터넷)의 생산 설비에 대한 도입이 가속된다. 미래에는 우주에 태양광 패널을 발사해, 발전한 전력을 마이크로파로 지구에 보내는 기술로도 이어질 것으로 보인다.

Panasonic Manufacturing Innovation 본부의 가지하라(梶原) 주임기사는 “케이블이나 배터리가 필요 없는 공장의 IoT화를 추진할 수 있다”라고 강조한다. 동사(同社)가 지금 개발하고 있는 것은 전력을 이동전화 통신이나 전자레인지에 사용하는 마이크로파로 변환해 송수신하는 기술이다. 전원 케이블이 없어도 원격에서 무선으로 전파를 보내, 수신 측에서 다시 전력으로 변환할 수 있다.

현재 실용화되고 있는 무선 급전은 스마트폰을 충전기 위에 두는 시스템이 일반적이다. 그러나 파나소닉이 개발하고 있는 무선 급전 기술은 송신 측과 수신 측 사이의 거리가 수 미터 떨어져 있어도 마이크로파로 변환함으로써 전력을 보낼 수 있는 점이 특징이다.

“예를 들면 공장에 장착해 품질관리에 사용하는 센서에 활용할 수 있다”(가지하라 주임기사). 반도체나 화학품은 온도나 습도에 민감해서 공장에서는 제품이 열화되지 않도록 실내 환경을 센서로 조사하고 있다.

마이크로파를 발신하는 안테나를 공장 내에 장착함으로써 무선으로 센서에 급전할 수 있기 때문에 센서의 배터리를 교환할 필요가 없어진다. IoT의 활용을 위해 2020년에 실용화를 목표한다.

스타트업 기업인 스페이스 파워 테크놀로지(SPT, 교토시)는 공작기계의 이상을 감지하는 센서에 활용한다. 예를 들면 금속을 가공하는 기계에는 드릴 부근에 진동 센서가 달려 있어 드릴의 이상한 진동을 감지해 고장을 예측하는 기능이 있다. 센서의 구동에는 배터리를 사용하고 있기 때문에 자주 교환할 필요가 있다.

여기에 SPT의 기술을 도입하면 배터리를 교환할 필요가 없어진다. 또한 가전이나 IT기기의 부품을 놓는 선반에는 종업원이 부품을 꺼내는 작업 등의 실행을 확인하기 위해 표시기 버튼이 있다. 이것도 무선 급전으로 대체할 수 있다. “공간을 잘 사용해 배선이 곤란한 장소라도 전력을 보낼 수 있게 된다”라고 후루카와(古川) 사장은 강조한다. SPT에는 간사이전력이 출자하는 등 에너지기업도 무선 급전 기술에 성장 가능성을 발견하고 있다.

마이크로파에 의한 무선 급전은 아직 상용화되지 않았다. 현재, 총무성이 무선전송시스템의 제도화를 논의하고 있으며, 기존의 무선시스템과 충돌되지 않는지 기술 검증을 추진한다. 총무성은 2020년에 실용화를 추진한다.

도시바도 이를 사업 기회로 판단하고, 3미터 정도 앞까지 마이크로파를 전송해 미약한 전력을 급전할 수 있는 기술을 개발 중이다. 환경이 정비되면 옥내외에서 스마트폰이나 웨어러블 단말, 드론 등에 충전하는 것도 기대할 수 있다. 해외에서는 미국 오시아(Ossia)가 스마트폰에 급전하는 기술을 실용화하는 등 앞서고 있다.

마이크로파에 의한 전력의 송수전(送受電)은 기술적으로는 우주사업에 응용이 가능하다고 한다. 우주공간에 태양광발전패널을 발사해, 발전한 전력을 지구에 보낸다. 지구에 거대한 안테나를 설치해 두면 수전이 가능해진다. 1960년대부터 미국을 중심으로 연구되어 왔지만 80년대 이후에는 일본이 추진 역할을 담당해 왔다.

우주시스템개발이용추진기구는 19년에 드론에 마이크로파를 보내는 실험을 했다. 드론이 이동해도 문제 없이 지상에서 송신할 수 있는지를 확인했다. 경제산업성은 지상이나 우주에서의 실증을 통해, 50년 무렵에 우주태양광발전을 실현하는 로드맵을 그리고 있다.

해외에서는 중국이 기술 면에서 추격해 오고 있다. 중국에서 우주태양광발전 실험동이 건설되고 있으며, 중국공간기술연구원은 25년까지 100kW급의 송전 실험을 실시해 50년까지 상용화할 계획이다. 글로벌 컨설팅기업 A.T. Kearney의 이시다(石田) 프린시펄은 “중국은 안전보장 외에 에너지 자급의 관점에서 개발을 추진하고 있다”라고 분석한다.

그러나 우주태양광발전의 상용화로 가는 길은 험난하다. 지상에 직경 4km 정도의 수전 안테나를 설치할 필요가 있다. 그리고 우주에는 사방 2km의 위성을 발사해야 한다. 우주항공연구개발기구(JAXA)의 과거 시산에 따르면 총 1조 2,000억엔의 투자액이 필요하다고 시산했으나 현재로서는 이보다 더 많은 금액이 필요하다는 견해가 강하다.

현재 국내 기업은 공장의 IoT화로 이어지는 마이크로파의 무선 송전 기술을 개발하면서 지식을 추적하고 있다. 우주태양광발전에 정통한 교토대학의 시노하라(篠原) 교수는 “마이크로파 무선 송전 기술을 민간에서 개발해 플레이어를 늘려 나가는 것이 중요하다”라고 지적한다.

국제규격은 거의 정착
스마트폰에서 실용화, 다음은 자동차

무선 급전 기술은 현재 주로 스마트폰에서 실용화되어 있다. 2011년에 샤프가 ‘아쿠오스’ 브랜드에서 세계 첫 대응 기종을 발매했다. 그 후에 15년에 한국 삼성전자가 ‘갤럭시’로 전개하면서 보급이 일거에 가속화됐다.

스마트폰용 국제 규격은 ‘Qi’다. ‘AirFuel Resonant’ 등 다른 규격도 존재하지만 미국 애플이 ‘Qi’를 ‘iPhone’에서 채용한 것이 스탠더드화의 결정적 계기가 되었다.

야노경제연구소는 19년의 무선 급전 세계시장이 2,197억엔이 될 것으로 예측한다. 23년에는 1.6배인 3,590억엔으로 확대될 것 같다. 현재는 스마트폰 등 소형 전자기기에서의 이용이 대부분을 차지하고 있지만 차기 주전장으로 보이는 것이 전기자동차(EV)로, 20년 이후에 본격적으로 시장이 형성될 것으로 보인다.

자택의 주차장이나 노면에 전력을 보내는 급전 시스템을 내장하면, 운전자는 그 위에 EV를 세우기만 하면 된다. EV 보급을 방해하는 요인이기도 한 케이블 충전의 번거로움을 줄일 수 있어 조기 보급이 기대되고 있다.

EV에서 무선 급전의 규격 경쟁은 미국 와이트리시티(WiTricity)와 퀄컴이 주도해 왔다. 19년에 와이트리시티가 퀄컴에게서 무선 급전에 관한 기술이나 지적 재산을 인수하면서 와이트리시티가 업계 스탠더드가 될 가능성이 높아졌다. 와이트리시티는 도요타자동차, TDK, 다이헨 등 일본의 대기업과도 협력하고 있다.

스마트폰이나 EV 이외에 공장에서 가동하는 운반차량 등 산업 용도로 보급되면 무선 급전 시장은 단번에 개화할 것이다.

● 무선급전 기술을 개발하는 주요 기업

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