떴다 떴다 비행기, 태양광 비행기!

떴다 떴다 비행기, 태양광 비행기 !

17기 백도학

 

비행기의 이면

 당장 100년 전만 생각하더라도, 우리는 어딘가를 이동할 때 말을 타거나, 혹은 너무 먼 거리는 이동하지 못하여 큰 어려움을 겪었다. 허나 지금은 서울에서 제주도까지 1시간 30분만 들이면 비행기가 빠르게 데려다줄 만큼 이동수단은 엄청난 속도로 발전하고 있다. 하지만 이러한 기술들이 발전됨에 따라 친환경의 중요성 역시 나날이 넓어지고 있으며, 그래서 비행기가 환경에 부정적인 영향을 끼친다는 얘기도 끊임없이 나오는 것이다.

 

비행기가 환경에 미치는 영향

 우선 비행기는 많은 양의 대기오염 물질을 방출한다. 비행기로 인해 나오는 대기오염 물질은 황산화물, 질소산화물, 이산화탄소, 오존 등이 존재하며, 실제로 공항에서 불어오는 바람에서 상대적으로 높은 오존이 관찰되었다. 유럽 환경청에서는 비행기가 1km를 이동할 때 평균적으로 승객 한 명당 285g의 CO2가 배출된다고 밝혔는데, 이는 버스의 4배, 기차의 20배에 달한다. 또한 뜨거운 배기가스가 공중에서 차가운 공기를 만나 응결하여 빙정구름이 되는 항공운 역시 환경에 영향을 미친다. 항공운은 그들의 얼음 결정체 속에 열을 가두어 둔 후에 방출한다. 또한 지표면에서 발생하는 태양복사에너지를 반사해 결과적으로 지구의 기후를 따뜻하게 만든다.

[자료 1. 비행운]

출처 : 한겨레

 비행기의 단점들로 인해서 스웨덴에서는 ‘플라이트 셰임’, 즉 비행기 타는 것을 부끄러워한다는 말로 비행기를 타지 않으려는 사람들이 국민의 23%나 된다. 하지만 비행기는 먼 거리를 이동할 때 현재 가장 빠른 이동수단이기에 타지 않는 것은 힘들다고 생각된다. 그래서 비행기의 환경오염을 조금 줄일 수 있는 ‘태양광 비행기’에 대해서 소개하고자 한다.

 

태양광 비행기, ‘솔라 임펄스’

 1955년 태양광 자동차의 발명 이후, 20년 뒤 태양광 비행기의 실용화를 위한 연구가 시작되었다. 1980~90년대에 비행에 성공을 했지만 먼 거리를 이동하지는 못했다. 2003년 베르트랑 피카르는 태양광 비행기를 이용해서 장거리 비행을 하겠다는 목표를 밝혔다. 그리고 4년 후 솔라 임펄스 1호가 세상에 나왔다. 솔라 임펄스는 길이 63.4m의 날개에 태양전지판 1만 2000개를 달아 이를 통해 얻은 전기로 프로펠러 4개를 돌려 비행한다. 또한 솔라 임펄스는 낮에는 태양광을 이용해서 날지만, 밤에는 태양광이 없어 날지 못하는데 이때 태양전지에서 생산된 전기를 리튬 폴리머 전지에 저장해 밤에도 비행할 수 있게 된다. 솔라 임펄스는 2010년 7월 첫 비행에서 26시간 동안 상공에 떠 있었다.

 

[자료 2. 솔라 임펄스 구성]

출처 : 한국에너지공단 블로그

 그리고 2015년 3월 9일. 솔라 임펄스 2가 비행을 시작했다. 솔라 임펄스 2의 경우에는 날개에 태양전지 1만 7248개가 탑재되어 있으며, 탄소 섬유 재질이기 때문에 기체 무게가 2.3t밖에 되지 않는다. 또한 72m의 거대한 날개를 가지며, 한 번 충전으로 5일 동안 비행이 가능하다. 시속은 45km로 일정하지만 태양광을 강하게 받는 낮에는 2배 이상이 속도를 내기도 한다. 이번 비행에서는 4만 2000km를 비행하며 1년 4개월간 많은 나라를 거쳤다. 본 계획은 5개월 만에 비행을 끝내는 것이었으나, 기상 악화로 인한 기체 수리, 배터리 과열 등으로 인해 많은 시간이 걸렸다고 한다.

 

태양광 비행기의 다양한 시도

 태양광 비행기의 단점이라고 한다면 현재 사람이 2명 밖에 타지 못한다는 점과 아직까지는 상용화와 거리가 멀며 경제적 문제가 크다고 한다. 즉 화석연료를 사용하는 비행기에 비해 너무 많은 비용이 소요된다는 것이다.

[자료 3. 솔라스트라토스 프로젝트]

출처 : 나우뉴스

 이러한 문제를 해결하고자 2016년 독일에서는 ‘대체 우주여행 상품’ 프로젝트를 진행하였다. 이 프로젝트에 사용되는 비행기는 ‘솔라스트라토스’로 스트라토스는 성층권까지 날 수 있다는 의미에서 붙여졌다. 연구진들은 2시간 정도 비행을 하며 24km의 높이에서 15분 정도의 선회와 3시간 정도의 하강을 목표로 하고 있다. 물론 24km의 높이는 성층권이기에 지구의 중력이 작용한다. 하지만 보이는 풍경이 우주 공간과 비슷하다. 이 프로젝트의 CEO인 칼린 골로간은 많은 기업이 참여하는 우주관광 상품에 비해 훨씬 저렴한 가격으로 비슷한 효과를 낼 수 있는 대체상품이 될 것이라고 얘기했다. 첨단기술 전문 매체 ‘뉴아틀라스’ 역시도 이 프로젝트가 성공한다면 여행이라는 분야에서의 태양광 비행기 상용화 가능성이 커질 것이라는 의견을 내며 긍정적인 반응을 보였다.

 이 외에도 한국항공우주연구원에서는 ‘EAV-3’의 태양광 무인기를 개발하고 있으며 이는 값비싼 인공위성이 행하는 정밀지상관측, 기상관측 등의 임무를 저렴하고 친환경적으로 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 현재에도 한국항공우주연구원은 EAV-3의 부족한 점을 개선하기 위해 계속해서 전지팩 개발, 시험 비행 등을 진행하고 있다.

 

태양광 비행기의 미래

 태양광 비행기는 앞서 말했듯이 비행기의 오염을 조금이나마 줄여줄 수 있는 대안으로 제시되고 있다. 하지만 태양광 비행기는 아직 거쳐야 할 길이 많아 보인다. 많은 사람들은 이동수단으로의 태양광 비행기는 화석연료를 사용하는 비행기에 비해 경제성이 부족하여 상용화가 어려울 것이라고 지적한다.

[자료 4. 라이트 형제 최초의 비행 성공]

출처 : 사이언스타임

하지만 모든 기술은 하루아침에 빛을 발하지 않으며, 시행착오를 겪으며 단점을 보완해 나갔다는 말을 하고 싶다. 또한 라이트 형제의 ‘805회의 시행착오’가 현재의 비행기로 이어졌듯이 언젠가는 태양광 비행기 역시 단점을 극복하여 친환경적인 이동수단의 길을 넓혀줄 수 있을 것이라고 기대한다.

 

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참고문헌

[비행기의 이면]

1) 손상근, 손장호, "김해공항에서 항공기에 의한 대기오염물질과 온실가스의 배출량 산정 및 특성 분석", p. 12, 2012.

2) 심재율, "비행기 구름이 지구를 뜨겁게 한다. 지구가 흡수하는 에너지 높여 온난화 초래", 사이언스타임, 2019. 07. 09
https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EB%B9%84%ED%96%89%EA%B8%B0-%EA%B5%AC%EB%A6%84%EC%9D%B4-%EC%A7%80%EA%B5%AC%EB%A5%BC-%EB%9C%A8%EA%B2%81%EA%B2%8C-%ED%95%9C%EB%8B%A4/

3) 삼성전자 광주, "비행기는 No! 기차 여행으로 실천하는 환경운동! 스웨덴에서 시작한 ‘플라이트 셰임(Flight Shame)’", 2019. 11. 13
https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EB%B9%84%ED%96%89%EA%B8%B0-%EA%B5%AC%EB%A6%84%EC%9D%B4-%EC%A7%80%EA%B5%AC%EB%A5%BC-%EB%9C%A8%EA%B2%81%EA%B2%8C-%ED%95%9C%EB%8B%A4/

 

[태양광 비행기, ‘솔라 임펄스’]

4) 솔라 임펄스[Solar Impulse], 네이버 지식백과

5) 최은경, "솔라임펄스2의 기적... 태양광만으로 16개월만에 지구 일주 비행 성공", 조선닷컴, 2016. 07. 26
https://news.chosun.com/site/data/html_dir/2016/07/26/2016072602141.html

 

[태양광 비행기의 다양한 시도]

6) 김준래, "성층권 나는 태양광 비행기", 사이언스타임, 2016. 12. 08
https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%84%B1%EC%B8%B5%EA%B6%8C-%EB%82%98%EB%8A%94-%ED%83%9C%EC%96%91%EA%B4%91-%EB%B9%84%ED%96%89%EA%B8%B0/

7) 최준호, "[지식충전소] 태양광, 미래로 날날다…기름 한 방울 없이 지구 한 바퀴, 비결은 효율 높인 패널과 배터리", 중앙일보, 2016. 08. 31, https://news.joins.com/article/20525739