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전기는 일상생활에 없어서는 안될 중요한 에너지 중 하나다. 어두운 밤을 밝히는 전등부터 하루 종일 손에서 떠날 줄 모르는 스마트폰까지 전기 없이 살기 힘들다고 해도 과언이 아니다.

전기 없이 못 사는 시대에 무선 충전은 소비자가 가장 원하는 기술 중 하나다. 이제는 자동차도 전기로 움직인다. 전기차 운전자도 무선 충전을 원하는 건 마찬가지.

전 세계가 전선으로부터 해방하기 위해 무선 충전 기술에 주목하고 있는데, 자랑스럽게도 그 원천 기술을 우리나라가 가지고 있다.

한국과학기술원(KAIST) 소속 무선전력전송 연구센터는 2009년 세계 최초로 무선전력전송 원천기술인 '자기공진 형상화 기술(SMFIR, Shaped Magnetic Field In Resonance)'을 발표했다.

자기공진 형상화 기술은 송신부에서 진동하는 자기장을 생성해 동일한 공진 주파수로 설계된 수신부로 복사해 에너지를 전달하는 기술이다. 많은 에너지를 안전하게 전달할 수 있어 다양한 분야에 적용할 수 있다.

자기공진 형상화 기술(SMFIR)은 2010년 타임지 선정 '세계 50대 발명품', 2013년 세계 경제 포럼 선정 '10대 미래 유망기술'로 선정돼 세계적으로 찬사를 받았다.

무선전력전송 연구센터는 자기공진 형상화 기술로 '무선 충전 수송 시스템(OLEV, On-line Electric Vehicle)'을 개발해 주행 중에도 충전을 할 수 있도록 만들었다.

무선 충전 수송 시스템을 적용한 전기버스는 도로에 매설된 전선에서 발생하는 자기장을 차 하부에 장착된 집전장치를 통해 전기 에너지로 변환시켜 운행한다. 일반 도로를 충전소로 활용해 달리면서 실시간으로 무선 충전을 할 수 있다.

실시간 무선 충전은 전기차 상용화에 걸림돌이 되는 배터리와 충전 인프라 문제를 해소해준다. 주행 중에도 충전이 가능하기 때문에 배터리 용량이 클 필요가 없다. 자연스럽게 전기차 가격도 내려간다.

또, 주유소 5배 이상 되는 고가 충전시설이 필요 없어 기존 전기차에 비해 매우 경제적이다. 무엇보다 감전 위험이 없는 비접촉 충전 방식으로 안전을 확보했다.

무선 충전 전기버스는 2010년 실용화 단계를 거쳐 현재는 상용화 수준에 접어들었다. 2011년 서울대공원 코끼리 전기 열차를 시작으로 카이스트 교내 셔틀버스, 구미시와 세종시 시내버스로 운영되고 있다.

차고지, 정류장, 교차로 부근 등 버스 운행 노선 중 약 2~16% 정도에 급전 인프라를 구축해 주행 중에 충전을 할 수 있다.

무선 충전 수송 시스템은 철도에도 적용했다. 무선 충전 철도는 철도 레일 위에 구축된 급전선로에서 발생하는 자기장을 열차 아래 장착된 집전장치를 통해 전기 에너지로 변환시켜 열차를 운행한다.

무선전력전송 연구센터는 세계 최초로 1MW급 무선전력전송 시스템을 고속철도에 적용시켜 2014년 국제철도연맹(UIC) 혁신상도 수상한 바 있다.

한편, 자기공진 형상화 기술은 자동차와 철도뿐만 아니라 항공, 로봇, 레저, 가전 분야에도 적용될 예정이다. 미래에는 전기 공급이 힘든 곳에 드론을 띄워 공중에서 전력 공급을 받을지도 모른다.

이미지 : 카이스트 무선전력전송연구단

박소민 ssom@carlab.co.kr