[사이언스타임즈] 자석으로 가는 자동차,"자석에너지에 의한 배터리 충전"

자석으로 가는 자동차가 나온다! Futurist, “자석에너지에 의한 배터리 충전의 길 열어” 2009년 07월 06일(월)

자석으로 자동차를 움직이는 것은 단순히 어린이들을 위한 장난감에서 머물지만 않는다. 여기에는 기본적인 과학이론이 작용한다. 그렇다면 장난감 자석자동차가 현실로 나타날 수도 있다. 자석은 기본적으로 철이나 다른 극에 붙는 성질이 있다. 자동차는 원래 철로 돼 있다. 만약 어마어마한 힘을 가진 자석을 만들어 낼 수 있다면 자동차를 움직이게 하는 것은 식은 죽 먹기다. 더구나 엄청난 속도로 달리게 할 수도 있을 것이다. 그리고 100% 무공해 친환경자동차가 나올 수 있다. 미래연구전문지 퓨처리스트(Futurist)가 꿈의 자동차 자석자동차의 가능성에 대해 짚었다. 실현 가능하다는 결론이다. 물론 과학나라와 같은 곳에서 나오는 장난감 자동차와는 다르다. 정리해서 싣는다. [편집자 註]

▲ 어린이들의 과학적 호기심과 상상을 자극시키고 있는 자석자동차가 상용화 될 가능성이 열렸다. 초기 단계지만 자석 배터리가 개발됐기 때문이다.  상상과 호기심은 항상 과학이라는 현실로 나타나게 마련이다. 자석자동차의 출현 가능성도 바로 상상과 호기심의 산물이다. 자력을 이용해 커다란 물체를 끌어올리거나 움직이게 하는 것은 이미 현실이다. 자동차 폐기처리장에서 자동차를 완전히 찌그러뜨려 고철을 만든 다음, 그 무거운 고철을 녹이기 위해 용광로로 이동시키는 것은 바로 어마어마한 힘을 가진 자석이 담당한다. 최근 미국 마이애미 대학, 그리고 일본의 도쿄대학과 도호쿠(東北) 대학의 공동 연구진이 스핀 배터리(spin battery), 일명 자석배터리의 가능성을 입증했다. 스핀 배터리란 자기 터널 접합(MTJ; magnetic tunnel junction)으로 불리는 장치에 있는 나노 자석에 거대한 자기장(magnetic field)을 활용하여 충전하는 방식이다. 다시 말해서 자석의 힘(에너지)를 이용해 배터리를 충전시킨다는 내용이다. 이러한 신기술이 현실적으로 이용되면 더 빠르게 충전이 가능하고, 또한 아주 저렴하며 기존 제품보다 에너지가 덜 드는 연료를 개발할 수 있다. 신개념의 자동차용 배터리 개발이 성큼 다가온 것이다. 마이애미 대학 반즈(Stewart E. Barnes) 교수와 동료들이 개발한 장치는 화학반응을 통해서가 아니라 자석에 에너지를 저장할 수 있다. 자기장을 이용해 배터리를 충전할 수 있어 장난감 자동차에 ‘태엽’을 감는 것처럼 스핀 배터리는 거대한 자기장을 이용해서 태엽을 감기 때문에 화학 작용이 필요 없다. 따라서 지금까지 개발된 그 어떤 배터리보다 더 큰 잠재성을 가지고 있다. 반즈 교수는 “이 장치는 100배 이상의 전압을 우리가 예상했던 밀리세컨드(1천분의 1초)가 아니라 수십 분 동안에 걸쳐 생산했다”고 밝히면서 “이것은 실제 발생할 상황을 이론적으로 이해하려는 모든 연구자의 예측을 깨는 쾌거”라고 말했다. 이 기술에 숨은 비밀은 전력을 발생시키기 위해 나노 자석을 활용하는 것이다. 좀 더 직접적 방식이라는 점을 제외하고 기존 배터리와 똑같은 원칙이 활용된다. ▲ 자석배터리 개발을 주도한 마이애미 대학의 반즈 교수는 전자기 분야에서 널리 알려진 유명한 과학자다.  원래 배터리에 저장된 에너지는 화학에너지 형태로, 아이팟(iPod)이나 전기 자동차에 활용될 수 있다. 배터리를 사용하는 제품이 ‘작동’ 상태가 되면 화학 반응이 일어나고 전류를 발생시킨다. 그러나 새로운 기술은 자기 에너지를 화학반응 없이 곧바로 전기 에너지로 전환한다. 이 과정에서 발생한 전류는 회전 편광 전류(spin polarized current)라 부르며, ‘스핀트로닉스(spintronics)’라고 하는 신기술이 활용되는 분야라 할 수 있다. 이 새로운 기술로 실현된 실제 장치의 크기는 인간의 머리카락 굵기 정도로 아직까지는 전자 부품으로 활용되는 광원인 LED(light emitting diode)를 밝히는 데에도 사용되지 못한다. 그러나 이러한 방식이 계속해서 진전을 이루게 되면 에너지로 자동차를 수 마일 운전할 수 있으며 가능성은 무궁무진하다는 게 과학자들의 지적이다. “보이지 않는 곳에서 자석이 많이 활용되고 있습니다. 예를 들면 휴대폰, 자동차의 다양한 부품, 그리고 냉장고가 닫히게 하는 부분에서도 사용되고 있습니다. 자석의 용도에 대한 이해 방식을 조금만 바꿔도, 미래의 기계를 약간만 개선해서 엄청난 재정 및 에너지 절약 효과를 볼 수 있을 것입니다” 반즈 교수의 말이다.

김형근 편집위원 | hgkim54@naver.com 저작권자 2009.07.06 ⓒ ScienceTimes

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