첨단과학기술군_육군 지속 가능한 에너지 지원 체계

<육군비전 2050 기획연재> ⑨ 지속 가능한 에너지 지원 체계

첨단과학기술군_육군 작성자: 운영자

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작성일: 2020-09-03 14:57:24

* 8대 게임 체인저 : ① 슈퍼 솔저, ② 자율 전투로봇, ③ 에너지 무기, ④ 극초음속 무기, ⑤ 비살상무기,

⑥ 지능형 자율 무기, ⑦ 초연결 네트워크(지휘 통제) 체계, ⑧ 지속 가능한 에너지 지원 체계

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- 지속 가능한 에너지원

 

 

우리 모두는 한 번쯤 줄어드는 핸드폰 배터리 잔량을 보면서 안타까워한 적이 있을 것이다. 충전 없이 무한정 핸드폰을 사용할 순 없을까? 영화 '아이언 맨'에 나오는 주인공처럼 몸에 발전기(아크 원자로)를 달고 다닐 순 없을까? 이런 '꿈' 같은 상상 속에서 오늘도 우리는 보조배터리를 챙기고 전원 콘센트를 찾아다니고 있다. 하지만 미래에는 이런 꿈 같은 이야기가 지속 가능한 에너지원 개발을 통해 현실이 될 수 있다.

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이처럼 우리에게 필요한 에너지원을 찾고 확보하는 것은 매우 중요한 일이다. 지금도 세계의 주요 국가들은 에너지원을 확보하기 위해 노력 중이며 경제, 안보 등에서 첨예하게 대립하고 있습니다. 이러한 점을 고려했을 때 2050년 우리 육군의 화두 역시 “지속 가능한 에너지원의 확보”가 아닌가 싶다.

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(위) 영화 <아이언 맨 2>의 스틸컷. 출처: https://blog.naver.com/i_love_khnp/221322331490 / (아래) 아이언 맨의 동력원 '아크 원자로' 출처: www.asiae.co.kr

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지금까지 '아미누리'에 소개된 대부분의 무기체계는 반드시 에너지원을 필요로 한다. 특히, 레이저무기와 레일건은 고출력의 에너지원이 필요하고, 슈퍼솔져나 로봇, 드론 등은 다양한 출력의 에너지원이 필요하다. 이러한 에너지원도 미래에는 기존의 석유, 석탄 등의 화석연료 대신에 수소를 이용한 연료전지, 태양광 및 풍력, 수력 등 신재생에너지로 대체될 것이다.

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- 우주 태양광 발전과 무선 전력전송

 

 

태양광 에너지는 현재에도 태양전지를 장비나 시설 등에 패널 형태로 부착하여 전력을 획득하는데 활용하고 있다. 미래에는 더욱 높은 효율의 태양전지로 대규모의 전력을 생산할 수 있을 것이다. 미래에는 우주에서의 활동이 많아질 것이기 때문에 우주 태양광 발전위성을 통한 전력 생산도 활발하게 이뤄질 것이다. 우주 태양광 발전은 우주에서 발전위성(태양전지)으로 전력을 생산하여 저장하고, 저장된 전력을 마이크로파 또는 레이저 등으로 바꿔 지구의 전력 수신기 (전력 중계 위성, 지상 발전소, 장기체공 무인기) 등에 전송하는 체계이다. 태양전지와 위성, 무선 전력전송 기술이 민간 분야에서 활발히 연구되고 기술적으로 더욱 발전하고 있다. 미래 우리 육군은 이러한 방법으로 적지나 격오지에서 활동하는 아군에게 효과적으로 전력을 공급할 수 있을 것이다.

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(위) 주요 국가의 우주 태양광 발전 개념도. 출처: donga.com / (아래) 무선 전력전송 기술(레이저 활용) 출처: biz.chosun.com

 

 

 

- 에너지 하베스팅

 

원거리 작전이나 지하작전 등 에너지 송·수신이 어려울 때는 자체적으로 전력을 생산해야 한다. 그런 경우에는 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기에너지로 전환해 수확하는 기술인 에너지 하베스팅 기술을 활용하여 에너지를 확보할 수 있다. 개인 전투복이나 전투 장비 자체에서 태양광을 흡수하거나 체열을 이용하거나 도보 및 이동 간 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환하여 에너지원으로 사용할 수 있을 것이다.

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(위) 캐나다 바이오닉 파워 社의 'PowerWalk M'. 출처:blog.naver.com/jjy0501 / (아래) CCDC의 에너지 하베스팅 기기. 출처: c5isr.ccdc.army.mil

 

 

실제 캐나다의 바이오닉 파워社는 미 육군과 해병대를 대상으로 걸으면서 충전할 수 있는 에너지 하베스팅 기기인 'PowerWalk M'을 개발 중이다. 미국 MIT(매사추세츠 공과대학)와 DARPA(미 방위고등연구계획국)에서는 0.9~3mW 발전에 가능한 전투화 시제품을 내놓기도 했다. 미군에서도 압전, 광전 효과 등을 복합적으로 운용하여 전기를 생산하는 에너지 하베스팅 기기를 개발 중이다. 미래에는 우리 육군도 전투원의 움직임만으로 전력을 생산할 수 있는 시스템을 개발하여 '차세대 워리어 플랫폼'에 적용할 예정이다. 그렇게 된다면 에너지 고갈 없이 계속해서 전력을 생산하며 지속적인 작전을 할 수 있을 것이다.

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- 연료전지

 

최근 수소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 연료전지의 활용에 관심이 증가하고 있다. 수소 연료전지는 수소의 산화 반응을 통해서 전기를 생산해 내는 방식으로 작동한다. 수소 연료전지는 발전 효율이 높고 무공해이며 연료인 수소를 지속해서 공급하면 무한히 전력을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 수소 연료전지는 수소 저장기술의 발달과 연료전지의 성능이 향상됨에 따라 자동차와 드론 회사를 중심으로 활발하게 연구 중이다.

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(위) 현대자동차의 수소연료전지 자동차 '넥쏘'.출처:enewstoday.co.kr /(아래) 2018로보유니버스&K드론 참가한 ASOA의 수소연료전지드론.출처:kjdrone.or.kr

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또한, 드론 분야에서는 드론의 짧은 체공 시간과 배터리 문제를 해결하기 위한 대안으로 수소 연료전지를 활용하고 있다. 기존의 배터리보다 비교적 짧은 충전시간과 긴 비행시간의 이점으로 수소연료전지를 접목한 다양한 드론들이 생산되고 있다. 우리 육군도 민간에서 개발된 수소연료전지를 소형화하여 무기체계에 탑재하려고 연구 중이다. 미래에는 소형화된 연료전지 파워팩을 에너지원으로 로봇과 드론, 전투차량을 움직일 수 있을 것이다. 또한, 지휘소 및 군 기지에서는 연료전지와 차세대 ESS(Energy Storage System, 생산된 전기를 저장하고 필요할 때 기기에 공급해주는 등 전력을 관리하는 시스템)를 결합한 발전기를 활용할 수 있을 것이다.

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- 원자력 전지

 

 

원자력 전지(방사성 동위원소에서 방출하는 방사선 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 전기를 생산하는 전지)는 일반전지와 다르게 긴 수명(10~20년 정도)을 가지고 있고, 극한 환경에서도 활용할 수 있어 최초에는 우주선 용으로 개발되었다. 우리나라에서는 2017년에 한국원자력연구원과 한국전자통신연구원, 맨텍, 대구 테크노파크 나노융합실용화센터에서 Ni-63(니켈의 동위 원소 중에 하나로 반감기가 100.1년으로 비교적 안정적이며 붕괴 후 Cu-63이 생성됨)을 기반으로 한 베타 전지를 시제품으로 제작한 바 있다.

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(위) Ni-63 기반 베타 전지 시제품 (전자통신연구원, 원자력연구원, 맨텍, 대구테크노파크 나노융합실용화센터). 출처: clien.net

(아래) 한국원자력연구원에서 개발 중인 원자력 전지. 출처: knpnews.com

 

 

또한, 한국원자력연구원은 영국 원자력 연구소와 공동으로 아메리슘(Am-241)을 기반으로 한 원자력 전지를 개발 중이다. 육군도 민간 분야의 기술을 토대로 원자력 전지의 효율을 높이고 성능을 개선해서 무기체계에 적용하려고 노력 중이다. 미래 육군은 고효율의 원자력 전지와 파워팩을 개발하여 극한 환경(오지, 성층권, 우주 등)의 감시·정찰기기 또는 무인 체계의 에너지원으로 활용하려고 한다.

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육군은 ‘육군 비전 2050’을 통해 미래 육군의 청사진을 그리고 있다. 첨단과학기술군을 건설하기 위해 우리 모두의 노력을 한 방향으로 결집해 미래를 준비하고 있다. 지금까지 소개한 ‘8대 게임체인저’로 육군은 지금보다 더 강해질 것이며, 그 힘을 바탕으로 안전하게 국민과 국가를 보호할 것이다. 그리고 육군은 4차 산업혁명의 물결을 타고 “시간과 공간을 주도하는 초일류 육군”으로 거듭나게 될 것이다.

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이번 편으로 '육군 비전 2050' 연재 기사를 마무리합니다. 그동안 많은 관심과 성원을 보내 주셔서 감사합니다.

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< 글 : 미래혁신연구센터 소령 안권성 >