풍력 발전용 터빈은 지난 수 년 동안 신재생 에너지 부문에서 찬반 논란의 대상 이어왔으나 이제는 환경 변화에 대한 지구와 인류에 가장 무해한 청정 에너지원으로 받아들여지고 있다.

풍력 발전기가 조만간 에너지 발전용 외에도 지구 온난화의 주범으로 지적되는 대기 중 이산화탄소(CO2) 포집 용도로도 활용될 수 기술이 실현될 수 있을 것이라고 최근인 11월 21일 미국의 연구진이 인디애나폴리스서 개최된 미국 물리 학회 유체역학 부문 모임에서 발표했다고 ‘사이언스뉴스’지는 보도했다.

지난 11월 6~18일 이집트의 해안 휴양도시 샤름 엘셰이크(Sharm El-Sheikh)에서 열린 유엔기후변화협약 제7차 당사국총회(COP27)의 발표에 따르면, 세계는 파리 협약이 설정한 탄소 배출 감축 목표치를 제때에 달성하기 어려울 것이라 전망된 바 있다.

온실가스로 인한 기후 변화와 해양의 산성화를 다소간 지연하고 인간의 활동으로 인한 대기 중 이산화탄소량 배출량을 감축시켜 탄소제로 목표치에 최대한 근접하기 위해서 풍력 원동기가 활용될 수 있다고 이 연구를 주도한 미국 퍼듀 대학교 기계공학부 연구진은 주장한다.

대기 중에 존재하는 이산화탄소는 공장이나 발전소에서 주로 배출된다. 이산화탄소는 대도시 주변 고도 대기층에 집중적으로 모여있기 때문에 아직까지 육상에서 기계적 방법으로 포집이 어려웠다.

풍력 발전용 터빈은 대기 중의 움직이는 공기의 힘, 이를테면, 바람 동력을 써서 전기를 발전시키는 원리로 작동한다. 

포집한 CO2를 재활용 콘크리트 원료로 재활용

과학자들은 풍력 원동기 터빈이 회전하면서 대기에 난기류를 발생시켜 생기는 풍력 터빈 후류 효과(wake effect)로 이산화탄소를 수집하는 원리를 응용한다. 풍력 원동기로 수집된 오염된 CO2는 물에 용해된 수산화칼슘(calcium hydroxide) 용액이 담긴 액체 여과 시스템으로 흡수된 후, 수산화칼슘과 반응해 탄산칼슘으로 변화되면 콘크리트의 원료로 사용될 수 있다.

연구진은 이 기술이 콘크리트 산업이 야기하는 환경오염 악순환 고리를 끊을 수 있는 기술이 될 수 있다는 점을 큰 성과로 든다. 또, 이 CO2 여과 시스템을 휘발유 구동식 자동차 배연 시스템에 설치할 경우 더 집중적이고 효과적으로 CO2를 수집할 수 있다고 보고했다. 현재 콘크리트의 채굴・공정・가공은 글로벌 이산화탄소 배출량의 8%를 발생시킨다.

이 기술은 대기 중 이산화탄소 외에도 질소산환물(NOx) 감축 효과를 제공하며, 산업용 고산성 폐수(예를 들어, 옥수수 가공 공장 배출)를 재사용할 수 있어 산업용 폐수 재활용 효과도 있다.

본격 상용화까지 기술적 개선점 

100% 제로 탄소 효과를 달성하려면 CO2 여과 시스템 또한 풍력 발전 터빈이 자체 발전시킨 에너지를 이용해야 한다. 그러기 위해서는 육상과 해상에서 작동하는 풍력 발전용 터빈이 날씨 변동과 소비자 전력 사용 수요 같은 변수에도 안정적이고 꾸준히 전력을 공급할 수 있어야 한다. 또, 유사시에 대비한 전력 저장 기술 개발도 추가 투자와 연구가 필요하다는 지적이다.

풍력 발전의 원리는  19세기에 스코틀랜드의 앤더슨 대학(現 스트라스클라이드 대학의 전신)의 제임스 블라이스(James Blyth)라는 전기 공학자가 돌아가는 바람개비 날개로부터 전력을 발전시키는 방법을 처음 고안했다. 오늘날 현대식 수평축 날개 형태의 고도 높이의 풍력 발전용 터빈 디자인은 1897년 덴마크에서 개선된 것이다.