배터리를 교체하지 않는 계산기?
가계부를 써야 하는데, 계산기가 어디 있지?
알게 모르게 자주 사용하는 계산기... 조그만 버튼을 눌러야 하는 어려움이 있지만 여전히 우리 생활 속에서 계산기는 필수품이죠. 요즘에는 기능도 다양해져서 기본적인 단순 계산부터 중학교 시절에 어렵게 느껴졌던 이차방정식도 풀어주고, 식만 입력하면 그래프도 척척 그려주기도 한답니다.
한창 화려한 손놀림을 자랑하며 계산기를 두드리고 있을 때쯤 꺼져버리기라도 한다면... 참 허무한데요, 그래서 요즘 많은 계산기들이 배터리 교체 없이 사용할 수 있도록 만들어 지고 있답니다. 이런 계산기들은 잘 보면 검은색의 작은 판이 부착되어 있는데요, 태양광과 같이 외부에서 오는 빛을 흡수해서 전기 에너지로 바꿔주고 이를 통해 계산기가 작동하게 됩니다. 요 작은 판이 계산기의 일용할 양식인 전기를 만들어내는 역할을 하는 것이죠.
이렇게 빛은 에너지원으로 사용될 수 있는데요, 특히 태양에서 나오는 엄청난 빛은 우리 생활에 가장 중요한 에너지랍니다. 오늘은 이러한 태양빛이 어떻게 에너지로 사용되는지 알아보도록 할게요.
태양이 빛을 내는 원리
한 낮에 태양을 직접 바라보면 눈이 너무 부셔서 똑바로 쳐다 볼 수가 없는데요, 태양은 어떻게 이렇게 밝은 빛을 내는 것일까요?
지구와 거리가 1억 4960만 킬로미터나 떨어져 있지만 태양빛이 지구까지 도달할 수 있는 이유는 어마어마한 에너지가 태양에서 발생되고 있기 때문입니다. 일반적으로 촛불이나 나무를 태울 때 발생하는 빛은 공기중의 산소와 반응하면서 열과 빛이 발생하는 것으로 태양이 빛을 내는 원리와는 차이가 있습니다.
태양 빛의 원리는 핵융합 반응입니다. 태양은 대부분이 수소와 헬륨으로 이루어져 있는데요, 태양의 내부에서는 두 개의 수소가 서로 결합해 하나의 헬륨이 되는 핵융합 과정이 일어나고 있습니다. 이러한 융합이 일어날 때 엄청난 에너지가 발생하는데, 이 에너지가 열과 빛으로 발생하고 있습니다. 이 때문에 태양의 표면은 5000도가 넘는 고온이고, 핵융합이 일어나는 핵은 1300만도가 넘는 것으로 추정되고 있습니다.
초록초록 잎은 왜 초록색?
이런 태양광을 에너지로 가장 잘 사용하고 있는 생물이 인간이 아닌 식물이라면 믿겨지시나요?
식물은 포도당과 같은 탄수화물을 합성하여 자라는 데 필요한 영양분으로 사용하고 있는데요, 이런 합성 과정에서 빛을 이용하기 때문에 광합성이라고 부른 답니다. 식물의 잎에는 엽록소라고 하는 색소가 존재하는데요, 이 색소가 태양에서 오는 빛을 흡수해요. 특히 청색 빛과 적색 빛을 잘 흡수하고 다른 빛인 초록색은 반사하기 때문에 식물의 잎이 초록색으로 보이는 거예요.
이렇게 엽록소가 빛을 흡수해 이를 에너지원으로 활용, 물을 분해해서 물 분자 내에 있는 수소를 식물체 내에 존재하는 NADP+라고 하는 특별한 물질에게 전달하게 됩니다. 이후 NADPH라는 물질이 생성되는데요, 이 물질이 공기중의 이산화탄소와 반응해 포도당과 산소를 만든 답니다.
수소, 빛으로 만들 수 있어요
빛을 이용해서 포도당이라고 하는 특별한 물질을 만드는 식물! 놀랍지 않나요?
식물이 빛을 이용해서 특별한 물질을 만들 수 있다는 사실이 알려진 후 이러한 과정과 유사한 반응을 찾기 위해 많은 연구들이 진행되고 있습니다. 그 중 하나가 빛을 이용해 수소를 발생시키는 연구랍니다. 현재 수소는 석유를 분해해서 얻고 있는데요, 이 과정 중에는 지구에 해로운 이산화탄소가 발생할 수 있고 많은 에너지가 필요하기 때문에 이를 대체할 만한 다른 방법을 찾고 있답니다.
태양광과 같은 빛을 이용해 식물의 엽록소가 물을 분해해 수소를 얻어내는 것이 가능하기 때문에 많은 에너지가 필요하지 않고 물 분자(H2O)에서는 석유와 달리 탄소 원자가 없기 때문에 이산화탄소가 발생하지 않는 답니다.
빛을 이용해 수소를 얻는 과정에 꼭 필요한 것이 있는데요, 바로 엽록소처럼 빛을 흡수할 수 있는 색소가 필요하답니다. 색소가 없는 경우 빛 에너지를 이용할 수 없답니다. 색소가 빛을 흡수해 그 에너지를 물을 분해하는 촉매에게 전달해야 수소 기체가 발생할 수 있습니다. 이렇게 발생된 수소를 태울 경우 다시 물이 생성되고 분해과정에서 많은 열이 나오기 때문에 이를 에너지로 사용해 전기를 생산할 수 있답니다.
빛은 전기가 될 수 있어요
수소 기체를 만들고 다시 이를 이용해 전기를 생산할 수도 있지만 빛을 이용해 직접 전기를 생산할 수 도 있어요. 바로 태양전지를 이용하는 경우인데요, 앞서 말씀 드린 배터리를 교체하지 않는 계산기에는 이 태양전지가 활용되고 있습니다.
태양전지가 전기를 만들어 내는 과정은 물물교환 과정이라고 볼 수 있어요. 빛을 흡수할 수 있는 일부 물질들은 전자를 만들 수 있는데요, 마치 물물교환하는 것처럼 빛과 전자를 교환하는 방식입니다. 태양전지의 경우 주로 산화 타이타늄과 같이 빛을 흡수하는 물질을 이용해서 전자를 만들어 내고 있는데요, 이렇게 생성된 전자가 외부 도선을 따라 흐르게 되면 우리가 원하는 전기가 된답니다. 이 과정은 지구온난화의 주범인 이산화탄소나 환경을 오염시키는 물질이 생성되지 않고, 태양광을 이용하기 때문에 친환경적이며, 태양이 없어지지 않는 한 지속적으로 전기를 생산할 수 있다는 장점이 있습니다.
태양 에너지의 중요성 때문에 한화케미칼에서도 태양광과 관련해 많은 연구 및 개발을 진행하고 있습니다. 태양전지와 모듈 설비를 지속적으로 확장하고 있으며 한화솔라원, 한화솔라에너지 등 관련 계열사의 시너지를 바탕으로 태양광 산업 분야 글로벌 선도 기업으로 도약하기 위해 투자하고 있답니다. 계열사인 한화솔라원은 개인 주택은 물론, 상업 시설 및 대형 발전소 등 모든 곳에 적용 가능한 다양한 태양광 제품을 생산하고 있어요.
또한, 2011년 4월 출범한 한화솔라에너지는 태양광 발전소의 개발, 건설, 운영 등을 아우르는 통합 솔루션을 제공한답니다. 특히 2011년 11월 창원에 국내 최대 규모의 지붕형 태양광 발전소를 완공했으며 배수펌프장, 폐도로 등 유휴시설을 활용한 태양광 발전소 건설을 통해 환경적 측면과 경제적 측면에서 일석이조의 효과를 창출하고 있습니다.
지금까지 태양광을 이용하여 식물이 만들어 내는 포도당 및 수소에너지, 그리고 직접적인 전기 생산에 대해 알아 보았는데요, 어떠셨나요? 미래의 에너지 자원으로서 충분하다고 느껴지지 않나요?
* 참고문헌
수소 생산을 위한 물 전기분해 이해 및 기술동향, 이재영, 이영미, 엄성현
Photocatalytic Water Splitting: Recent Progress and Future Chanllenges, Kazuhiko Maeda, Kazunari Domen
태양전지 기술 및 시장 동향, 박남규, 강만구, 류광선, 장순호
Biochemistry 6th, E*PUBLIC, J.M.berg, J.L.Tymoczko, L.Stryer
한화 솔라원 http://www.hanwha-solarone.com/kr
Hanwha Profile 2012
