미래의 친환경 대도시

▒ 미래의 대도시는 환경친화적으로 설계돼 더러운 공기와 물, 교통체증이 없는 삶의 공간이 될 전망

 

올 하반기부터는 사상 최초로 지구 인구의 반 이상이 도시에서 살게 된다. 그리고 이 같은 도시화는 둔화될 조짐을 보이지 않고 있다. 현재 33억 명인 도시 인구는 오는 2030년 50억 명으로 늘어나게 될 전망인데, 이는 개발도상국의 농어촌 인구가 더 나은 교육과 직업을 찾아 도시로 이동함에 따라 나타나는 현상이다.

 

이 결과 아시아와 아프리카에서는 인구 100만 명 이상의 거대 도시가 생겨날 것이다. 일례로 중국의 동관시는 20년 전만 해도 중소도시에 불과했지만 지금은 약 700만 명이나 되는 인구가 살고 있다.

나이지리아의 전 수도 라고스의 경우는 더욱 심하다. 이 도시는 지난 1970년대 인구가 300만 명에 불과했지만 2015년에는 2,400만 명이 될 것으로 전망되고 있다.
이 같은 도시의 성장은 커다란 환경문제를 불러온다. 최악의 경우 멕시코시티의 전철을 밟을 가능성도 있다. 멕시코시티의 인구는 자그마치 1,800만 명. 부실한 상수도관에서 수돗물의 40%가 새어나가고, 공기가 오염돼 건강이 나빠진 시민들은 연간 250만 근무일(working days)을 쉬어야 한다.

하지만 모든 대도시가 이런 전철을 밟을 필요는 없다. 최선을 다해 환경을 관리한다면 결과는 전혀 달라질 것이다. 대도시의 엄청난 인구밀도를 감안하면 환경친화적 생활을 전제로 도시 계획을 짜는 것이 중요하다.

좋은 예가 뉴욕이다. 대중교통을 애용하는 뉴욕 시민의 1인당 이산화탄소 배출량은 미국인 평균의 3분의 2도 안 된다. 뛰어난 난방설비로 여러 아파트를 동시에 덥히기 때문에 난방 역시 효율적이다. 또한 시장인 마이클 블룸버그는 2030년까지 이산화탄소 배출량을 30% 줄이는 계획을 실행하는 등 여러 가지 중요한 환경보호정책을 추진하고 있다. 이는 깨끗한 환경을 갖춘 대도시를 꿈꿔오던 모든 도시 계획자들의 이상에 근접한 것이다.

그렇다면 이상적인 대도시는 어떤 모습일까. 다음 페이지에 과학자, 공학자, 디자이너들이 꿈꾸는 환상적인 대도시의 청사진이 나온다. 이 대도시에는 완전 자동화된 무인 버스, 자기부상열차, 마천루 농장, 에너지 페인트, 조력 터빈 등이 등장한다. 일부 기술은 상용화하는데 앞으로도 50년 이상 걸리겠지만 이 모든 친환경 기술은 대도시의 지속가능한 미래를 보장하고 있다.

 

 

▒ 친환경 대도시의 핵심 기술 - 미래 대도시 가이드

 

 

 

 교통

포드 카 현재 매사추세츠 공대(MIT)의 연구자들은 슈퍼마켓의 쇼핑 카트처럼 쓸 수 있는 도시형 전기자동차[1]를 연구 중이다. 지하철 역 등 대도시의 교통 요충지 근처에 많이 주차돼 있는 이 2인승 전기자동차를 타고 목적지 근처의 정거장으로 몰고 간 후 전기자동차는 그냥 내버려 두고 목적지까지 걸어가는 식이다.

현대의 자동차는 운행되는 시간이 하루의 5% 밖에 되지 않으며 귀중한 주차 장소를 잡아먹지만 포드 카는 차체가 접히기 때문에 주차공간을 절약할 수 있다. 이 도시형 전기자동차에서 가장 뛰어난 점은 에너지 배분의 새로운 장을 열었다는 것이다.
이 전기자동차는 지붕에 달린 태양전지로 충전되며, 남는 전기는 주차할 때 대도시 전력망으로 내보낸다.

무인 버스 교통정체와 오염을 줄이기 위해 이 대도시는 바이오디젤과 전기로 달리는 무인 버스[2]를 채택했다. 이 무인 버스는 전용차로 지하에 숨겨진 자석을 따라 승객들을 찾아간다. 그리고 중앙컴퓨터는 주문형 노선, 서비스 주파수, 구간별 수송능력 등을 조절한다.

풍력 고속도로 자동차가 달리는 고속도로 중앙에는 마크 오버홀저가 발명한 풍력 터빈[14]이 설치돼 있다. 이 풍력 터빈은 자동차가 만들어 낸 바람을 이용해 전기를 발전, 도시의 전력망에 공급한다.

자기부상열차 캘리포니아의 신생그룹 유니모덜사가 개발한 자기부상열차 체계인 스카이트레인[3]은 한 시간에 1만4,400명을 실어 나를 수 있다. 이는 3차선 고속도로의 수송력과 맞먹는 것이다. 2인승 자기부상열차는 시속 240km로 유도로를 달린다. 승객들이 목적지에 도착하면 자기부상열차는 400m마다 있는 저장차선으로 들어가 발착장소에 늘어선다.

스카이트레인의 유도로에는 자석코일이 있으며, 자기부상열차에는 영구자석이 달려있다. 이 시스템을 1.6km 까는 비용은 1,000만 달러인데, 이는 전기로 움직이는 경전철 건설 예산의 10분의 1에 불과하다.

레크리에이션

조류 공원 조류 공원[15]은 캘리포니아 버클리 대학에서 개조한 조류(藻類)가 깔려있는 백 평 남짓한 면적의 연못이다. 이 조류는 자연 상태의 조류보다 백만 배나 많은 수소를 생산한다.

이 조류들은 연못 아래의 챔버에 연결돼 있는데, 여기서는 산소와 황을 없애는 작업이 이루어진다. 그 결과 남은 수소는 풍선처럼 생긴 탱크 안에 저장된다. 풍선 탱크 하나에는 12대의 자동차가 1주일 동안 쓸 수 있는 수소가 저장된다.

크라우드 팜 건축가 제임스 그레이엄과 테디우스 저스킥이 제안한 크라우드 팜[4]이란 아이디어는 보도를 밟는 힘을 에너지로 전환시키는 것이다.

이 보도는 발전기와 같은 역할을 한다. 보도 위에 있는 블록을 밟으면 살짝 들어가며 다른 블록과 부딪치게 되는데, 기기를 통해 이 움직임을 전류로 바꾸는 것이다.
사람이 붐비는 철도역에 이런 보도를 설치하면 LED 6,500개, 그리고 빌딩 하나를 밝힐만한 에너지를 생산할 수 있다.

 

 식음료

바닷물 음료수 지구상의 물 중 단 1%만이 인간이 마실 수 있는 물이다. 신선한 물이 없으면 대도시에는 전염병이 창궐하게 된다. 다행히도 캘리포니아 로스앤젤레스 대학의 소재과학자인 에릭 호에크가 해수담수화시스템[16]을 개발했다. 이것만 있으면 바다는 거대한 상수원이나 다름없게 된다. 호에크의 발명품은 머리카락 굵기의 10만분의 1에 불과한 튜브로 이루어진 막이다.

소금은 너무 커서 이 튜브를 통과할 수 없고 오직 물만 통과된다. 친수성 폴리머 코팅이 돼 있어 물 이외에 박테리아 등의 이물질은 전혀 통과되지 않는다. 호에크가 실시한 초기 테스트에서 이 담수화시스템은 증기식 담수화시스템보다 50%나 높은 효율성을 보여주었다.

상수도 수리용 로봇 뉴욕 같은 대도시에서는 매일 상수도에서 4%의 물이 손실되는데, 이것은 1억2,800만ℓ에 달하는 양이다.
따라서 상수도를 점검하고 보수하기 위해 우즈홀 해양학연구소의 연구자들은 상수도 수리용 로봇[5]을 개발했다. 이 로봇은 비디오카메라와 소나를 가지고 상수도관을 점검한다.

마천루 농장 농업은 지구온난화를 가장 크게 일으키는 산업이다. 아무리 유기농 채소라고 해도 운송 및 경작 과정에 사용되는 화석연료는 생태학적 이점을 모두 상쇄시켜 버린다. 따라서 채소를 먹을 사람들이 사는 곳에서 직접 채소를 기르는 게 더 좋은 해결책이라고 할 수 있다.

이스라엘 회사인 오가니테크사가 연구 중인 마천루 농장[6]은 로봇이 수경재배를 실시하는 30층 높이의 건물이다. 이 건물에서는 5만 명이 먹을 분량의 식품과 음료수를 생산한다.

채소는 스티로폼 트레이에 실려 떠다니면서 자동적으로 양분을 공급받고 수확된다. 농업용수로는 폐수를 정화한 후 말 조개를 사용해 한 번 더 정화한 물이 사용된다. 이 물은 바나나 등 100종이 넘는 식물에게 공급된다.

 

 랜드 마크

그린 타워 이 빌딩[7]은 프랑스의 건축가인 자끄 페리어가 설계한 10층 높이의 친환경 빌딩이다. 빌딩의 하중을 떠받치는 외부의 격자형 콘크리트 구조물에는 태양광 전지와 빗물 통로가 있다. 빗물 통로로 모은 빗물은 중앙정수시스템에서 정수시킨 후 빌딩에 공급한다. 빌딩 지붕에는 풍력발전기를 설치할 수 있다. 그리고 지열을 사용하면 에어컨과 보일러 등의 냉·난방기를 대체할 수 있다. 암반의 온도는 언제나 일정하기 때문에 이를 이용해 여름에는 열교환기의 물을 냉각시키고 겨울에는 가열시키는 지열냉난방시스템을 장착하는 것이다.

돔형 주택 돔형 주택[8]은 샌프란시스코의 건축회사 이와모토스코트사의 아이디어로서 안전한 음료수를 생산하는 정수기 기능을 겸하고 있다. 이 기술의 핵심은 지능형 워터 재킷, 즉 건물의 외벽을 감싼 두꺼운 흡수성 외피에서 끌어들인 빗물을 속이 빈 버팀목으로 보내 자외선으로 정수하는 장치다. 건물 꼭대기에는 소금 용액이 든 필로우가 있는데, 더울 때면 액체 상태의 소금물이 열을 흡수해 주변의 온도를 낮추고 추울 때는 소금물이 얼면서 열을 방출해 단열재 구실을 한다.

에너지

슈퍼그리드 록펠러 대학의 제시 오스벨이 제안한 슈퍼그리드[9]는 초전도 전력선을 수소 파이프라인과 결합한 것이다. 차가운 액체 수소가 파이프 네트워크 속을 흐르면서 전력선을 식혀주고 저항으로 인한 에너지 손실을 줄인다. 이 수소 파이프라인은 교통수단에 쓰이는 수소연료를 보급하는 역할도 한다.

에너지 페인트 페인트처럼 칠하는 유기 태양전지[10] 덕분에 모든 건물은 필요한 전기의 대부분을 자체 생산할 수 있다. 뉴저지 공과대학의 섬나스 미트라가 발명한 이 페인트는 두 가지 종류의 나노입자를 함유한 점성 용액이다. 두 종류의 나노입자 중 하나는 태양빛을 받아들이고, 다른 한 종류는 태양빛을 전기로 바꾼다.

자기부상 터빈 기존의 풍력 터빈은 베어링이 마모된다는 기술적 한계가 있다. 하지만 지난해 베이징에서 열린 국제풍력박람회에서 공개된 자기부상 터빈[11]은 이 문제를 해결했다. 자기부상 터빈은 네오디뮴으로 된 영구자석 위에 수직으로 떠 있다. 영구자석이기 때문에 별도의 에너지는 들지 않는다. 베어링도 없고 마찰도 없다.

터빈은 바람이 시속 3km 이상만 되면 돌기 시작한다. 자기부상 터빈 한 대는 80만 가구가 쓸 전력을 생산할 수 있다.

 

 해안발전

조력 터빈 과학자들은 바다가 지구 전체 에너지 소비량의 12%에 해당하는 2TW의 에너지를 공급할 수 있다고 보고 있다. 조력 터빈[12]은 이 에너지를 끌어내기 위한 대안 중 하나다.

영국 브리스톨에 소재한 시 제너레이션사는 현재 아일랜드 앞바다에 세계 최대 규모의 조력 터빈을 건조 중이다. 이 터빈은 1,000가구에 전력을 공급할 수 있다.
조수의 규모에 따라 다르지만 최대 수심 40m에 들어가 있는 이 터빈은 풍차처럼 밀물의 에너지로 로터를 돌려 발전기를 작동시킨다. 썰물 때는 로터 블레이드가 반대 방향으로 회전한다. 다음에는 웨일즈 해안에 10.5㎿급 터빈 7개가 설치될 예정이다.

파력 발전 또 다른 대안은 파도의 힘을 전력으로 바꾸는 웨이브밥[13]이다. 이 파력 발전기는 크게 물속에 잠긴 무게 추와 이 무게 추를 감싸고 있는 가벼운 링, 그리고 수면위에 떠있는 부표 등 3가지 부분으로 구성돼 있다. 파도가 몰아쳐 부표가 위아래로 출렁이면 이와 연결된 링이 무게 추를 중심으로 상하운동을 하게 되는데, 이 과정에서 링과 무게 추를 연결하고 있는 유압장비에 압력이 가해져 발전기가 작동된다.

이 파력 발전기는 파도의 상태를 측정해 유압 저항을 조절, 최적의 발전 상태를 이끌어낸다. 또한 파도가 너무 심해 파력 발전기가 부서질 우려가 있는 경우 기둥과 링의 연결을 끊기도 한다.

이 장비를 개발한 웨이브밥사는 올 여름 아일랜드의 갈웨이 만에서 4분의 1 규모의 모형실험을 마치고 2010년에는 1.5㎿ 출력의 시제품을 완성할 예정이다.

 

<출처>파퓰러사이언스