미 연구팀, 실리콘 와이어 기반 효율성 높은 태양전지 개발
미 연구팀은 기존의 태양광 장치보다 100배 적은 실리
콘만을 사용해 생산할 수 있는 새로운 실리콘 기반 태양
전지를 개발했다.
이러한 시스템은 플랫 웨이퍼(flat wafer)에서 전지 위
에 수직으로 나열된 아주 작은 실리콘 로드 배열로 변경
되는 기하학적 구조에 기반을 두고 있다.
현재 실리콘 태양 전지는 100-200마이크로미터 두께
에 불과해 깨지기 쉬운 실리콘 웨이퍼 위에서 제작되었
다. 빛 에너지를 전력으로 변경할 경우 최대 25%로 기
존 보다 상대적으로 효율적인 반면에 엄청난 양의 실리
콘 자재가 필요하며 장치 비용이 큰 부분을 차지한다.
캘리포니아 기술 연구소의 Harry Atwater 연구팀은
웨이퍼가 아닌 실리콘 와이어를 빛을 수집하는데 사용
할 경우 훨씬 더 많은 실리콘을 절약할 수 있다는 것을
증명했다. 연구원들은 지름 0.5-2 마이크로미터의 표면
위에 와이어 배열을 2-10%의 표면을 차지하는 넓이 인
30에서 200 마이크로미터 사이로 확대했다.
빛이 배열을 스치면 흡수되기 전까지 로드 사이로 움
직인다. 이때 작은 알루미나 나노입자가 빛의 움직임을
효율적으로 통제하기위해 로드 사이에서 반사장치 역할
을 한다.
Atwater 박사는“우리 연구팀은 실리콘 와이어 배열
전지의 흡광효율과 전하수용효율이 기존의 실리콘 전지
와 비슷하지만 와이어 배열 전지는 차광장치의 효율성
을 높아 기존 보다 100배나 실리콘을 절약할 수 있습니
다.”라고 했다.
또한 와이어 배열은 새로운 장치의 성능이 개선되면서
기존의 실리콘 표면보다 더욱 효과적으로 적외선을 흡
수할 수 있다.
실리콘 와이어를 이용한 태양광 배열은 플라스틱 시트
처럼 감아올릴 수 있는 얇은 가요성 필름(flexible
films)위에서 제작할 수 있다. 그러나 광학적 성질과 광
전지적 특성은 실리콘 웨이퍼 기반 장치와 유사하다.
Atwater 박사는 와이어 배열의 성장, 장치 생산의 가용
성, 흡광 및 수용 등을 시연하는 것에 앞서 장치 설계와
엔지니어링이 개선되어야 한다고 언급했다.
장비 툴셋 또한 와이어의 확대가 요구되며, 광전지 제
작은 확장성을 가장 중요한 요소로 판단했을 때 모두 상
업적으로 활용할 수 있다.
광전지 전문가인 영국의 러프버러 대학(Loughborough
University)의 Gianfranco Claudio 박사는
실리콘 와이어 시스템이 기존의 실리콘이 갖고 있던 단
점을 극복할 수 있는 대체방안으로 부상하고 있다고 말
했다.
그는“기존 실리콘의 최대 약점은 스펙트럼의 적외선
구간에서 보이지 않아 태양열에서 흡수한 빛을 광전류
로 전환할 수 없다는 것입니다. 실리콘 와이어는 적외선
구간에서도 빛을 흡수할 수 있으며, 머지않아 비효율 적
이라는 단점도 극복할 수 있을 것으로 보입니다.”라고
덧붙였다.
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바이오매스에서 직접 연료를 생산하는 미생물
미 에너지부 산하 연구기관인 바이오에너지 연구소
(BioEnergy Institute, JBEI)가 이끄는 연구팀이 바이
오매스에서 직접 개량연료를 생산할 수 있는 미생물을
개발했다. 합성생물학(Synthetic biology) 도구를 개발
하는 바이오에너지 연구소는 바이오디젤 연료를 생산하
고 기타 화학물질을 지방산에서 유도하는 대장균 박테
리아의 유전자를 조작하는데 성공했다.
식물성 바이오매스에서 유도된 액체연료가 화석연료
를 대신 할 유용한 대체연료중 하나라는 사실은 그전에
도 과학적으로 입증된 바 있다. 단, 상업 생산 수단의 비
용이 효율적이어야 한다는 전제하에 그렇다. 저가의 훌
륭한 대체에너지를 개발하기 위해 연구진들은 자연의
석유라고 불리는 세포의 분자가 풍부한 지방산 연구에
중점을 두었다.
연료나 화학물질을 식물이나 동물성 기름의 지방산에
서 생산하기 시작한지 벌써 1세기가 지났다. 이렇게 생
산된 기름은 바이오디젤 연료뿐만 아니라 계면활성제
(surfactant), 용매(solvents), 윤활제(lubricant) 등 주
요 화학생산물의 원자재로 쓰이고 있다.
대장균은 지방산 합성에 탁월하고 유전자 조작이 쉬워
바이오연료 연구의 이상적인 대상으로 여겨지고 있다.
합성 생물학을 통해 발견된 대장균을 새로운 생화학 반
응과 결합하는 방식을 통해 연구진들은 구조적으로 정
확한 지방 에스테르, 알코올 및 일반 설탕에서 나오는
밀랍을 생산할 수 있었다.
바이오에너지 연구소의 최고책임자이며 합성생물학
의 권위자인 Jay Keasling은“미생물의 유전자 조작으
로 부가적인 화학적 조작 과정 없이 바이오매스에서 바
로 디젤 연료를 생산할 수 있다는 것은 매우 흥미롭고
또 중요한 사실입니다.
바이오디젤 회수 비용을 고려해 볼 때 에탄올 증류에
소요되는 비용보다도 높은 상황에서, 이번 성과를 통해
앞으로 비용 효율적인 개량 바이오연료 및 재생 가능한
화학물질 생산에 많이 기여할 수 있을 것으로 기대됩니
다.”라고 소감을 밝혔다.
지방산 신진대사를 연료 생산이나 글루코오스에서 발
생하는 기타 화학물질로 변형시키는데 성공한 후 JEBI
연구진들은 헤미셀룰로오스(hemicellulases), 헤미셀룰
로오스를 발효시키는 효소(ferment), 섬유성 바이오매
스(cellulosic biomass), 식물세포벽에 에너지를 가둬둘
최대 저장소를 생산하기 위해 유전자를 조작했다.
연구진들은 현지 유전자 조작된 대장견이 바이오매스
를 직접 바이오디젤로 변환시키는 속도를 높이고 효율
성을 극대화하는데 노력을 기울이고 있다. 특히 단 한
번의 발효작용으로 전체 바이오디젤 생산량을 최대화하
는 방법을 연구하고 있다.
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바이오매스 혁신 발전소 계획 발표
영국의 바이오매스 발전소 구상은
국제적으로 지속적인 재생에너지원
연구개발을 추진하기위해 제기되었던 여러 프로젝트 가
운데 하나이다.
아름다운 녹지로 둘러싼 티스사이드 공장은 50,000가
정에 연료를 공급하고, 팜오일 농장에서 나는 팜핵으로
전력을 생산할 것이다. 그러나 팜오일 농장과 산림파괴
와 관련한 환경문제로 현재 많은 논란이 일고 있다.
바이오 에너지 투자(Bio Energy Investments)는 발
전소 건축 프로젝트에 관한 계획서를 제출했다. 프로젝
트 승인 시에는 49MW급의 바이오매스 연료공급 발전
소가 티스(Tees) 강 둑 너머 불모지에 들어서게 된다. 향
후 2년간의 공사기간동안 수백만 개의 일자리가 창출되
고, 2억4천만 달러에 이르는 투자금액이 이 지역으로
유입될 것으로 전망하고 있다.
영국의 건축가 Thomas Heatherwick 는 발전소 설계
를 맡아줄 것을 요청받았다. 매우 독특한 이 건물은 아
름다운 녹지공간 속에서 솟아 오른듯 한 모습으로, 건물
외벽에는 일종의 패널 역할을 해 줄 토착식물이 감싸도
록 설계되었다.
앞으로 들어설 이 건물은 현재 황무지인 이 지역의 3
분의 1을 차지하고, 나머지 구역은 녹지공간으로 꾸며
희귀 동식물들이 이곳으로 돌아오도록 할 계획이다. 또
한 이 건물에는 주거 공간, 방문자 센터, 재생에너지 교
육 자원센터가 들어설 것이다.
바이오매스 발전소는 화석연료 대비 최대 80%의 탄소
배출량을 감축할 수 있을 것으로 예상된다. 바이오매스
는 탄소 순환의 일부로 재생에너지원으로 재충전할 수
있는 자원이며 에너지로 전환하는 과정에서 석탄 연료
발전보다 대기를 오염시키지 않는다.
사실 티스사이드 발전소에 대한 자세한 설명이 없었음
에도 불구하고 건축가는 연료 원으로 팜핵을 지목했다.
이유인 즉은, 이 땅에서는 식품생산이 어렵고 숲으로 만
들기도 어렵다는 것이다. 팜 농장이 들어서면 이곳에서
폐기물을 제거할 수 있으며 팜 재배자들이 별도로 수입
을 올릴 수 있을 것이다.
폐기물을 이용해 수익을 올릴 수 있으면 바이오매스가
미래 재생에너지 배합의 일부가 될 것으로 보이지만, 그
러나 긍정적인 면들만 볼 수는 없다. 말레이시아나 인도
네시아와 같은 팜 오일 생산 국가들에서 가장 문제되고
있는 것이 바로 산림파괴이며, 대부분의 팜 오일이 적도
지역에서 생산되고 있다.
바이오매스를 연료로 사용할 경우 또 다른 에너지 균
형문제가 발생할 수 있으며 특히 수송 분야에서 그렇다.
발전소 설계자는 연료가 트럭보다는 보트로 수송을 이
용해야 지역 수송에 미치는 영향이 줄어들 것이라고 했
다. 그러나 선적이 만약 탄소 중립이 아니라면 다시금
연료선택에 의심을 해봐야 하며, 이 연료는 어디서 온
것인지 생각해 봐야한다.
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거대 플라스틱 재활용 공장 들어서
정부 산하 WRAP 재활용 에이전시에서 120만 유로를
지원 받게 되는 재활용 회사인 WES Greenstar는 오늘
마가린 통, 요거트 병, 고기 쟁반, 등 일반 플라스틱 가
정용품 폐기물을 재활용하겠다는 계획을 밝혔다.
이 기업은 Redcar 지역에 새로운 시설을 세워 20개의
새로운 일자리를 창출하고 2013년까지 1년에 20,000
톤의 가정용 플라스틱 폐기물을 처리할 것이라고 했다.
Greenstar WES의 설립자이자 이사인 James
Donaldson은“우리 회사의 새로운 혼합 플라스틱 공장
은 국내에서 수집되는 모든 천연 및 혼합 색상의 폴리프
로플리엔과 PE, PET 그리고 PVC와 PS를 처리할 수 있
을 것입니다.”라고 하며 재활용된 플라스틱을 고부가가
치 산업에 응용해 고객에 판매할 수 있게 할 것이라고
덧붙였다.
비록 216,000 톤이 넘는 플라스틱 병이 영국에서 재
활용을 위해 수집되지만 비가정용 플라스틱 병 포장지
는 재활용하는데 한계가 있다.
지난해 WRAP에서는 연구를 통해 상업적으로 또 기
술적으로 비 가정용 플라스틱 병 포장을 재활용 및 재처
리할 수 있음을 입증해 보였다. 또한 에이전시는 현재
지역당국으로 하여금 WES 시설 모방을 허가하도록 로
비하는 데에 총력을 기울이고 있다.
WRAP의 Marcus Gover 시장개발 팀장은“혼합 플라
스틱 포장은 가장 심각한 고형 폐기물 스트림이며 가정
용으로 많이 쓰이고 있습니다. 이것들은 유리, 종이, 플
라스틱 병, 캔과 같은 다른 포장 재료와 동일한 방식으
로 재활용할 수 있습니다.”라고 했다.
이어“재활용 할 수 있는 자재로서 충분한 가치를 지
녔으며 매립 처리 방식은 경제나 환경적으로 보았을 때
바람직하지 않습니다. 우리 회사는 새로운 WES
Greenstar 시설이 충분한 능력을 갖추게 될 것이라고
기대하고 있습니다.”라고 말했다.
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임업산업계 유망 바이오 미래
‘미래 바이오 연구의 길(Future
Bio-pathways)’프로젝트는 전 세계
에서 최초로 시도되며 또 철저한 연구과정을 거친 프로
젝트 가운데 하나로 이를 통해 캐나다 임산업계의 재개
발위한 여러 가지 대책방안 마련을 시도 했다. 프로젝트
에는 바이오 기술, 투자 은행, 탄소 가격 등의 다양한 분
야에 걸친 최상위 65명 이상의 전문가들이 참여했다.
임산협회의 Lazar 회장은“이번 프로젝트 연구를 통
해서 놀랍고도 아름다운 변화의 청사진을 그릴 수 있었
습니다. 임업산업계로 하여금 캐나다의 청정에너지 강
국의 꿈을 실현시켜주도록 잠재력이 있는 새로운 녹색
비즈니스 모델의 중심에 특히 목재나 펄프와 같은 재래
식 상품의 자리를 내어주었습니다. 만일 우리가 이 새로
운 모델을 잘 따라 간다면 우리는 9개 원자로 규모의
250만 가정을 책임질 에너지를 생산할 수 있습니다. 캐
나다 국민의 5가구 가운데 한 가구가 혜택을 받게 될 것
입니다.”라고 말했다.
FPInnovations의 Pierre Lapointe 회장 겸 최고 경
영자는“수년간의 연구와 개발 끝에 캐나다 임업산업계
가 세계로 나아갈 수 있는 가능성을 열어줄 기술을 개발
했습니다. 이제 빠른 속도로 목재섬유를 난방 혹은 전기
자동차 그리고 화장품, 용제, 식품첨가물 및 재생 플라
스틱을 만들 수 있는 바이오 화학물과 같은 고부가가치
상품으로 다양하게 전환할 수 있습니다.”라고 소감을 밝
혔다.
임산물협회(FPAC)는 바이오 상품 생산을 기존의 산림
경영과 결합하여 동등한 수준으로 가치 및 엄격한 환경
기준을 높여 캐나다가 지속가능한 산림 경영관리에 선
도 국가로 거듭나게 될 것이라고 전했다.
BYD, 중국에 태양열 배터리 발전소 건설
미국의 억만장자 Warren Buffett의
Berkshire Hathaway가 10%의 지분을 갖고 있는 중국
의 자동차•배터리 제조업체인 BYD는 언론매체를 통
해 앞으로 5년간 225억 위안(33억 달러)를 투자해 중국
에 최대 규모의 태양열 발전 배터리 단지를 세울 것이라
고 밝혔다. 홍콩‘사우스 차이나 모닝 포스트’에 따르면
중국 선전에 기반을 둔 BYD는 내년에 총 800,000대 판
매를 목표로 하고 있으며 산시성에 발전소를 건설할 것
이라고 했다.
발전소는 총 5,000MW 급의 배터리를 생산할 수 있는
수준을 갖출 것이다. BYD는 12월에 중국은행에서 150
억 위안의 신용차관을 받았다.
BYD의 Wang Chuanfu 회장은 2025년까지 세계 최
대 규모의 자동차 제조회사가 되겠다는 포부를 밝혔다.
BYD의 F3 세단은 2009년 1월부터 11개월간 최고 판매
량을 기록했다. 그리고 BYD는 2010년 1분기에 처음으
로 내놓은 전기자동차인 e6 판매를 시작할 계획이다.
e6 세단은 리튬이온배터리로 가동하며 10분에 50%를
충전할 수 있는 급속 충전시스템을 갖추고 있어 1시간이
면 100% 충전시킬 수 있으며, 생산된 차량은 공무원을
포함한 정부 관리나 택시와 같은 운송회사에 공급될 것
으로 보인다.
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청정에너지 점유율 경쟁 나서
중국이 덴마크, 독일, 스페인, 미국과의 경쟁에서 그들
을 압도하고 풍력 터빈시장의 최강자로 떠올랐다. 중국
은 이 기세를 올해까지 몰아갈 것으로 보인다.
중국은 과거 2년간 서양에서 최대 규모의 태양열 패널
제조 국가로 도약하기 위해 총력을 기울였다. 또한 핵
원자로 건축과 더 효율적인 유형의 석탄 발전에도 동시
에 노력을 기울였다.
재생에너지 기술의 국제 제조 점유율을 잠식하려는 중
국의 이러한 노력은 현재 중동국가의 석유에 의존하는
서양 국가들이 언젠가는 태양열 패널, 풍력 터빈 및 기
타 기어를 제조하는 중국에 의존하게 될 것이라는 추축
을 불러일으켰다.
버락 오바마 대통령은 지난주 국정연설에서 미국이 다
른 국가, 특히 중국에 비해 에너지산업이 크게 뒤쳐져
있음을 강조하며 경종을 울렸다. 그는“저는 미래 우리
의 일자리와 산업을 다른 국가에 뺏기고 싶지 않습니다.
여러분도 그럴 것이라 믿습니다.”라고 말했다.
미국과 그 밖의 국가들은 자체 재생에너지 산업을 개
발하기 위해 인센티브를 제공하고 있으며, 오바마 대통
령은 미국이 이 보다 훨씬 더 많은 노력을 기울여야 할
것이라고 목소리를 높였다. 그러나 많은 서방국가 및 중
국의 기업가들은 중국이 에너지 기술 산업을 선점할 것
이라고 전망했다. 다국적 기업들은 중국 거대한 규모,
최첨단 공장들이 들어서면서 빠른 속도로 확대되고 있
는 시장에 대응하고 있다. 덴마크의 베스타스는 중국의
북동지역에 세계 최대 규모의 풍력터빈 제조 단지를 건
립했으며 최신 전력 통제 및 생산 기술을 구축하기 위해
기술 이전과정에 있다.
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