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폰테크 에너지 위기 원인 ‘병목 현상’ 주목해야

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작성자 행복이이
댓글 0건 조회 55회 작성일 26-03-16 16:43

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폰테크 최근 중동 지역에서 전쟁이 발발하면서 국제 에너지 시장이 크게 흔들리고 있다. 특히 호르무즈 해협을 지나는 유조선 운항에 차질이 생기면서 이에 대한 우려가 커지고 있다.
이 좁은 해협으로는 페르시아만 주변의 사우디아라비아, 아랍에미리트연합, 카타르 등에서 생산된 많은 원유가 통과한다. 이러한 흐름에 문제가 생기자 국제 유가는 불안한 움직임을 보이고 있으며, 에너지 공급 불확실성은 세계 경제 위기로까지 이어지고 있다.
에너지 위기는 흔히 에너지가 부족해서 발생한다고 생각하기 쉽다. 그러나 지금 상황처럼 실제로는 생산량보다 이동 경로 문제 때문에 발생하는 경우가 적지 않다.
석유가 충분히 생산되더라도 유조선 운항이나 파이프라인 운영에 문제가 생기면 수요처에 도달하지 못한다. 에너지 시스템 관리에서 중요한 질문은 “얼마나 많이 생산하느냐”뿐만 아니라 “어떻게 이동시키느냐”이기도 하다는 얘기다.
경영학과 산업공학에서 언급하는 생산관리나 공급망관리(SCM)에서는 이러한 현상을 ‘병목(bottleneck)’이라고 칭하며 중요하게 다룬다. 시스템의 어느 한 지점이 막히면 전체 흐름이 그 지점에 의해 제한되기 때문이다.
<더 골(The Goal)>의 저자이자 제약 이론을 제시한 엘리야후 골드랫은 이를 설명하며 시스템의 성능은 결국 가장 약한 고리에 의해 결정된다고 말했다. 시스템 성능이 병목 지점의 능력을 넘어설 수 없다는 뜻이다.
이 원리는 에너지 시스템에서도 그대로 적용된다. 석유 산업에서 유조선 이동과 파이프라인이 중요하듯 전력 시스템에서는 전기를 이동시키는 전력망이 중요하다. 발전소가 충분하더라도 전기를 보내는 송전망이 부족하면 결국 수요처까지 전달할 수 없다.
유럽에서는 풍력과 태양광이 빠르게 늘어나고 있지만, 송전망 확충 속도가 이를 따라가지 못해 혼잡이 심화하고 있다. 영국 북부와 스코틀랜드의 해상 풍력단지에서는 송전 용량 부족 때문에 발전기를 멈춰 세우는 일이 반복되기도 한다.
한국에서도 비슷한 문제가 몇 년 전부터 제주도와 전라남도 지역에서 나타나고 있다. 풍력과 태양광 설비가 많이 증가한 상황에서 전력 수요보다 발전량이 많아지면 전력망 안정성을 위해 재생에너지 발전을 멈추는 출력 제한을 반복할 수밖에 없다.
전력 시스템은 어쩌면 세계에서 가장 거대한 물류 시스템 중 하나일지 모른다. 단지 이동시키는 것이 물건이 아니라 전기일 뿐이다. 전기는 대규모로 저장하기 어렵고 그에 따른 비용도 많이 들기 때문에 생산과 소비가 거의 동시에 이루어진다.
결국 에너지 시스템의 흐름을 결정하는 것은 생산량만이 아니라는 점을 상기할 필요가 있다. 우리가 마주하게 되는 에너지 위기의 또 다른 이름은 부족이 아니라 병목일지 모른다. 해법 마련을 위한 연구가 필요한 시점이다.
한국과학기술원(KAIST)은 기계공학과 김형수 교수 연구팀이 중력에 의해 아래로 쏟아지는 액체 현상의 근본 원인인 ‘중력 불안정성’을 새로운 방식으로 해석하고 이를 제어하는 방법을 제시했다고 12일 밝혔다.
연구의 핵심은 ‘거꾸로 매달린 액체’를 안정적으로 유지하는 방법이다. 천장에 물감을 바르면 표면에 얇은 액체막이 만들어진다. 하지만 시간이 지나면 중력 때문에 막이 불안정해지면서 물방울 형태로 뭉쳐 결국 아래로 떨어진다.
연구팀은 거꾸로 매달린 액체에 소량의 휘발성 액체를 섞는 방법을 제안했다. 휘발성 성분이 증발하면서 액체 표면의 농도 분포가 달라지고 그 결과 표면장력 차이가 생긴다. 표면장력은 액체 표면이 스스로를 안쪽으로 끌어당기는 힘으로, 물방울이 둥근 형태를 유지하게 만드는 원리다.
연구팀은 이와 같은 표면 흐름이 아래로 떨어지려는 액체를 위쪽으로 끌어올리며 중력에 의한 불안정성을 억제한다는 사실을 실험과 이론을 통해 확인했다. 실험 결과 특정 조건에서는 액체막이 중력에도 끝까지 유지됐다. 또 일부 조건에서는 액적이 떨어지지 않고 액막이 주기적으로 흔들리는 새로운 현상도 관찰됐다.
연구팀은 이 기술이 정밀 코팅이나 인쇄, 적층 공정에서 얇고 균일한 액체막을 구현하는 데 도움이 될 것으로 보고 있다. 기울어진 표면에서도 안정적인 도포가 가능해져 3D 프린팅 공정이나 우주 환경에서의 유체 제어 기술에도 적용될 것으로 기대된다.
김형수 교수는 “그동안 레일리-테일러 불안정성은 중력이 존재하는 한 피할 수 없는 현상으로 여겨져왔다”며 “이번 연구는 액체의 조성과 증발이라는 자연적 과정을 활용해 외부 에너지 없이 중력 불안정성을 제어할 수 있음을 보여줬다는 점에서 의미가 있다”고 말했다.
이번 연구 성과는 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’ 온라인에 지난 1월29일 게재됐다.

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