햇빛이 만든 전기는 어디로 갈까? 우리는 매일 전기를 사용합니다. TV를 보고, 스마트폰을 충전하고, 냉장고를 작동시키고, 컴퓨터를 사용하며 밤이 되면 전등을 켭니다. 하지만 전기는 물건처럼 창고에 미리 쌓아 두었다가 필요할 때 꺼내 쓸 수 있도록 미리 준비된 ‘저장된 에너지’가 아닙니다. 전기는 기본적으로 생산과 동시에 소비가 이루어지는 에너지입니다. 발전소는 사람들이 사용하는 전기의 양에 맞춰 계속 전기를 생산하고, 전력망은 생산량과 소비량이 균형을 이루도록 관리됩니다. 그런데 태양광과 풍력 같은 재생에너지가 늘어나면서 새로운 고민이 생겼습니다. 재생에너지는 우리가 원하는 시간에 맞춰 생산되지 않기 때문입니다. 태양광 발전은 햇빛이 강한 낮 시간대에 가장 많은 전기를 만듭니다. 하지만 해가 지거나 흐린 날에는 발전량이 크게 줄어듭니다. 풍력 발전 역시 마찬가지입니다. 바람이 강하게 부는 순간에는 많은 전기를 만들 수 있지만, 바람이 약해지면 발전량도 감소합니다. 이처럼 재생에너지는 날씨와 시간에 따라 전기를 만드는 양이 달라지는 ‘간헐성’이라는 특징을 가지고 있습니다. 문제는 사람들이 전기를 가장 많이 생산되는 시간과 재생에너지가 가장 많이 생산되는 시간이 항상 같지 않다는 것입니다. 예를 들어 태양광 발전이 활발한 낮에는 전기가 충분히 생산되지만, 사람들이 퇴근 후 전기를 많이 사용하는 저녁에는 오히려 태양광 발전량이 줄어들 수 있습니다. 그렇다면 낮에 만들어진 전기를 저장해 두었다가, 필요한 순간 꺼내 사용할 수 있다면 어떨까요? 바로 이런 역할을 하는 기술이 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)입니다. ESS는 남는 전기를 저장해 두었다가 전기가 부족할 때 다시 공급합니다. 이것으로 재생에너지의 단점을 보완하고, 전기를 더 안정적으로 공급하게 하는 미래에너지 시대의 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 그렇다면 ESS는 어떻게 전기를 저장하고, 또 어떻게 필요할 때 다시 꺼내 사용할 수 있을까요? 또한, 재생에너지 시대에 ESS가 꼭 필요한 기술로 떠오르는 이유는 무엇일까요? 태양광 에너지와 ESS가 만드는 미래 전력망 우리가 사용하는 전기는 언제나 필요할 때 바로 꺼내 쓸 수 있어야 합니다. 하지만 태양광과 풍력 같은 재생에너지는 기존 발전 방식과 다른 특징을 가지고 있습니다. 재생에너지는 전기를 만드는 양과 시간이 자연환경의 영향을 받는다는 특징이 있습니다. 햇빛이 강할 때는 많은 전기를 만들 수 있지만, 해가 지면 발전량은 급격히 줄어듭니다. 햇빛이 없는 밤에도 태양광 전기를 사용할 수 있는 이유는 무엇일까요? 그 해답이 바로 ESS(Energy Storage System, 에너지저장장치)로 남는 전기를 저장했다가 필요할 때 다시 공급하는 역할을 합니다. 태양광 전기는 언제 가장 많이 만들어질까? 태양광 발전은 태양의 빛 에너지를 전기에너지로 바꾸는 방식입니다. 태양광 패널에 햇빛이 닿으면 내부의 반도체에서 전자가 움직이기 시작하고, 이 움직임이 전기를 만들어 냅니다. 따라서 태양광 발전량은 햇빛의 양에 따라 달라집니다. 일반적으로 태양광 발전은 해가 뜨기 시작하는 아침부터 증가하고 햇빛이 가장 강한 낮 시간대에 가장 많은 전기를 생산하며 해가 지면 발전량이 감소합니다. 즉, 전기가 가장 많이 만들어지는 시간과 가장 많이 사용하는 시간이 서로 다를 수 있습니다. 예를 들어 낮 시간에는 태양광 발전량이 많아 전기가 남을 수 있지만, 사람들이 퇴근 후 전기를 많이 사용하는 저녁 시간에는 태양광 발전량이 줄어드는 상황이 발생할 수 있습니다. 바람과 햇빛은 항상 일정하지 않다. 재생에너지의 ‘간헐성’ 태양광뿐 아니라 풍력 발전도 자연환경의 영향을 받습니다. 풍력 발전은 바람이 일정한 속도 이상으로 불어야 전기를 생산할 수 있습니다. 하지만 바람은 시간과 장소에 따라 세기가 달라지고, 태양 역시 날씨와 계절에 따라 발전량이 변합니다. 이처럼 날씨와 시간에 따라 발전량이 계속 달라지는 특징을 간헐성(intermittency)’이라고 합니다. 예를 들어, 맑은 날의 낮에는 태양광 발전량이 증가하고 흐린 날엔 감소, 바람이 강한 날엔 풍력 발전량이 증가하고 바람이 약한 날엔 감소하는 것처럼 자연 조건에 따라 전기 생산량이 달라지기 때문에 재생에너지가 확대될수록 전기를 안정적으로 저장하고 관리하는 기술이 중요해집니다. 전기를 저장한다는 것은 어떤 의미일까? 우리가 사용하는 전기는 일반적인 물건처럼 창고에 쌓아두었다가 필요할 때 꺼내 쓰는 방식으로 저장하기 어렵습니다. 전력망에서는 기본적으로 전기를 생산하는 양과 사용하는 양이 항상 균형을 이루어야 합니다. 발전량이 부족하면 전력 공급 문제가 발생하고, 반대로 생산된 전기가 남아도 제대로 활용하지 못하면 전력망 운영에 어려움이 생길 수 있습니다. 그래서 등장한 기술이 바로 ESS(Energy Storage System)입니다. ESS는 쉽게 말해 전기를 저장하는 거대한 배터리입니다. 스마트폰 배터리가 남은 전기를 저장했다가 필요할 때 사용하는 것처럼, ESS도 남는 전기에너지를 저장했다가 필요할 때 다시 전력망으로 공급합니다. ESS는 전기가 많이 생산되는 시간과 많이 필요한 시간을 연결하는 역할을 합니다. 낮에 만들어 둔 태양광 전기를 밤에도 사용할 수 있도록 도와주는 것입니다. 전기는 왜 저장해야 할까? 전력망의 가장 중요한 조건은 항상 균형을 유지하는 것입니다. 우리가 전등을 켜거나 냉장고를 사용할 때마다 전력 수요는 변합니다. 발전소와 전력망 운영자는 이 변화에 맞춰 전기 공급량을 조절해야 합니다. 하지만 태양광과 풍력처럼 날씨에 따라 발전량이 변하는 에너지원이 늘어나면 기존 방식만으로는 전력 균형을 맞추기 어려워집니다. ESS는 이때 전력망의 완충 장치 역할을 합니다. 전기가 남을 때 저장하고 전기가 부족할 때는 빠르게 공급하며 갑작스러운 전력변화에도 안정적으로 대응할 수 있도록 합니다. 결국 ESS는 단순히 전기를 저장하는 배터리가 아니라 재생에너지를 안정적으로 사용할 수 있게 만드는 전력망의 핵심 기술입니다. 전기는 어떻게 저장할까? 이러한 기술 외에도 흐름 전지, 슈퍼커패시터, 초전도 자기 에너지 저장 장치와 같은 새로운 기술들이 현재 개발 중입니다. 출처 : US EPA 미래 전력망의 숨은 주인공, ESS. 최근 전 세계 주요국에서는 ESS 보급을 확대하기 위해 설치 의무화, 보조금 지급, 전력시장 참여 유도 등 다양한 정책을 추진 중입니다. 특히 미국에서는 캘리포니아, 오레건, 메사추세츠, 뉴욕, 뉴저지 등 5개 주에서 ESS 설치 의무화를 진행, 22년 8월 IRA 도입 이후 ITC(Investment Tax Credit)를 통해 ESS 설치 투자비에 대한 세액공제 비율 및 지원 대상 확대, 전력시장 참여 등 전방위적 지원을 하고 있습니다. 그 외에도 중국, 일본, 유럽 등에서 ESS 보급 확대를 위해 정책적 지원을 진행 중입니다. 한국 역시 22년 기준 세계 4위 수준의 ESS 설비 규모를 보유하고 있으며 20년 20.9억 달러에서 22년 29.5억 달러러로 수출이 급상승하는 등 풍부한 ESS 설치 경험과 전문성, 전기·화학·기계 분야 기술을 축적하여, 향후 에너지스토리지의 수출 산업화 잠재력 보유하고 있습니다. 출처 : KDI 경제교육정보센터 에너지스토리지 산업 발전전략(산업통상자원부) 또한 정부의 호남권 전력 인프라 확충을 위해 '차세대 인공지능(AI) 배전망' 사업을 추진 중이며 'AI 활용 ESS 구축지원사업'은 재생에너지를 통해 만든 전기를 보낼 선로에 ESS를 구축하고 AI를 통해 이를 효율적으로 운영하도록 지원할 예정입니다. 출처 : 연합뉴스 앞으로 태양광과 풍력 같은 재생에너지의 비중은 더욱 커질 것으로 예상됩니다. 하지만 자연이 만드는 에너지는 우리가 원하는 시간에 맞춰 생산되지 않습니다. 그래서 미래의 전력망은 “더 많은 전기를 만드는 것”뿐 아니라 “만든 전기를 필요한 순간 사용할 수 있도록 관리하는 것”이 중요해집니다. ESS는 바로 그 연결고리입니다. 햇빛이 강한 낮에 저장한 전기를 밤에도 사용할 수 있게 하고, 바람이 많이 부는 순간의 에너지를 필요한 때 활용할 수 있도록 하는, 보이지 않는 곳에서 전기의 시간을 조절하는 기술. ESS는 재생에너지 시대의 안정적인 전력망을 만드는 숨은 핵심 기술입니다. 대한민국 과학문화포털 사이언스올은 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 제작되어, 우리나라 과학기술 발전과 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있습니다.

도시는 ‘평균’이 아니라 ‘가장 많이 사용하는 순간’에 맞춰 움직인다 2024년 8월 5일 시간대별 전력 수요 / Ⓒ한국전력거래소, 경향신문 우리는 하루 종일 전기를 사용하지만, 전기 사용량은 항상 일정하지 않습니다. 한여름 무더위에 에어컨이 동시에 켜지는 오후, 혹은 한겨울 추위를 피해 난방기기를 한꺼번에 사용하는 저녁처럼 전기 사용이 특정 시간대에 집중되는 순간이 있습니다. 놀랍게도 발전소와 송전선, 변전소 등 우리나라의 전력 시스템은 이러한 '가장 많은 전기가 필요한 순간'을 견딜 수 있도록 설계되고 운영됩니다. 만약 ‘가장 많은 전기가 필요한 순간‘ 필요한 전력을 충분히 공급하지 못한다면 어떤 일이 벌어질까요? 단순히 전기가 조금 부족해지는 것으로 끝나지 않습니다. 전기도 한꺼번에 너무 많이 쓰면 전기를 보내는 길이 힘들어지고 이를 보호하기 위한 장치가 작동하면서 일부 지역의 전력 공급이 차단될 수 있습니다. 상황이 연쇄적으로 확산되면 도시 전체가 멈추는 블랙아웃(대규모 정전)으로 이어질 가능성도 있습니다. 이처럼 현대 사회에서 중요한 것은 전기를 많이 생산하는 것만이 아닙니다. 사람들이 전기를 가장 많이 사용하는 순간에도 안정적으로 공급할 수 있는 능력이 더욱 중요하죠. 이러한 순간의 최대 전력 수요를 피크전력(Peak Demand)이라고 하며, 이를 어떻게 예측하고 관리하느냐는 국가 에너지 시스템의 안정성과 직결됩니다. 그렇다면 피크전력은 왜 발생하며, 우리는 이를 어떻게 관리하고 있을까요? 그리고 앞으로 더욱 늘어날 전력 수요에 대비하기 위해 어떤 기술이 필요할까요? 피크전력, 왜 중요한 걸까? 전기가 가장 많이 필요한 순간을 지키는 기술 무더운 여름날, 수많은 가정과 건물에서 에어컨이 동시에 켜집니다. 반대로 한겨울에는 전기난방기와 히트펌프, 전기장판 등이 한꺼번에 작동합니다. 이렇게 특정 시간대에 전기 사용량이 급격하게 증가하는 현상을 피크전력(Peak Demand)이라고 합니다. 피크전력은 하루 중 가장 많은 전력이 필요한 순간의 전력 수요를 의미합니다. 평소에는 전기를 충분히 공급할 수 있는 발전소와 전력망도, 피크 시간대에는 갑자기 늘어난 전력 사용량 때문에 큰 부담을 받죠. 우리나라에서는 일반적으로 여름철 오후 시간대와 겨울철 아침 또는 저녁 시간대에 피크전력이 발생하는 경우가 많습니다. 그렇다면, 전력 부족 현상은 왜 일어나는 걸까요? 전기는 물이나 식량처럼 대량으로 오래 저장하기 어렵습니다. 따라서 발전소에서 생산한 전기는 거의 실시간으로 소비자에게 전달되어야 하죠. 즉, 전력 생산량과 소비량은 항상 균형을 이루어야 합니다. 만약 전력 수요가 발전 설비의 공급 능력을 초과하거나 송전선과 변전소 등 전력망에 과도한 부하가 걸리면, 전력 계통은 정상적인 상태를 유지하기 어려워집니다. 이때 가장 먼저 영향을 받는 것이 전압과 주파수입니다. 음악을 연주 할 때 박자가 일정해야 하는 것처럼 전기도 일정한 박자를 지켜야 합니다. 하지만 갑자기 전력 사용량이 폭증하면 발전기 회전 속도가 느려지면서 이 박자가 흔들려 주파수가 떨어지고 전압도 불안정해질 수 있죠. 이러한 상태가 계속되면 발전기나 송전설비를 보호하기 위한 보호장치가 자동으로 작동하면서 일부 지역의 전력을 차단하게 됩니다. 전력망 60Hz를 유지해야 하는 이유 가정에서 사용하는 교류(AC) 전기는 우리나라에서 초당 60번 방향이 바뀌는 60Hz의 주파수를 유지하도록 설계되어 있습니다. 발전소의 발전기부터 공장의 대형 모터, 가정의 전자제품까지 모두 이 60Hz를 기준으로 작동합니다. 그런데 갑자기 전력 소비가 발전량보다 많아지면 발전기의 회전 속도가 조금씩 느려지면서 주파수가 60Hz보다 낮아지기 시작합니다. 반대로 발전량이 소비량보다 많으면 주파수는 높아지죠. 그렇다면 주파수 변화가 일정 범위를 넘어가면 어떤 일이 일어날까요? 발전기와 전력 설비가 손상될 위험이 커지고 공장의 대형 모터와 산업 설비가 오작동할 수 있으며 전력 계통을 보호하기 위해 일부 지역의 전기를 자동으로 차단하는 부하 차단(Load Shedding)이 시행됩니다. 이러한 차단이 연쇄적으로 이어지면 대규모 정전인 블랙아웃으로 확대될 수 있습니다. 출처 : 전력거래소 공식블로그 ( 그래서 전력거래소는 전국의 전력망을 24시간 모니터링하며 60Hz를 가능한 한 일정하게 유지하도록 발전량과 전력 수요를 실시간으로 조절하고 있습니다. 핵심은 '전기가 부족한 것'이 아니라 '생산과 소비의 균형이 무너지는 것'으로 전력망은 이 균형을 유지하기 위해 항상 60Hz를 지키려고 노력합니다. 블랙아웃은 어떻게 발생할까? 만약 전기를 많이 사용해서 전기의 균형이 무너지면 어떻게 될까요? 전력 계통의 균형이 무너지면서 대규모 지역의 전기 공급이 중단되는 현상을 블랙아웃(Blackout)이라고 합니다. 블랙아웃은 단순히 전기가 잠시 끊기는 문제가 아닙니다. 처음에는 한 지역의 전기만 꺼질 수 있습니다. 하지만 이것이 연쇄적으로 이어지면서 다른 지역에도 영향을 주어 도시 전체가 정전되는 '도미노 현상'이 발생할 수 있으며 결국 작은 장애가 전국적인 대규모 정전으로 확대될 가능성도 있습니다. 대표적인 사례로는 2003년 미국과 캐나다 동북부에서 발생한 대규모 블랙아웃으로 약 5천만 명이 정전 피해를 겪었으며, 전력망의 연쇄적인 고장으로 도시 기능이 마비되었고 대중교통 중단, 항공기 운항 중단, 상업활동 중지 등으로 정전 기간에 최소 40억 달러에서 최대 100억 달러 추산 피해가 발생했습니다. 출처 : 한국서부발전 () 우리나라에서도 2011년 순환 정전 사태를 겪으며 전력 수급 관리의 중요성이 크게 부각되기도 했었죠. 블랙아웃이 가져오는 피해 전기는 현대 사회를 움직이는 가장 기본적인 에너지입니다. 따라서 블랙아웃이 발생하면 우리 생활 곳곳에서 심각한 문제가 발생합니다. 먼저 도시 전체의 신호등이 꺼지면서 교통체증과 교통사고 위험이 크게 증가합니다. 지하철과 엘리베이터가 멈추고, 통신기지국과 인터넷 장비가 영향을 받아 휴대전화와 인터넷 사용에도 장애가 발생할 수 있습니다. 병원에서는 응급수술 장비와 인공호흡기 등 생명 유지 장비가 비상발전기로 전환되지만, 장시간 정전이 이어질 경우 의료 서비스에 큰 차질이 생길 수 있습니다. 여름철에는 에어컨이 멈춰 폭염에 취약한 노약자와 어린이의 건강이 위협받고, 겨울철에는 난방이 중단되어 저체온증 위험이 높아질 수 있습니다. 또한 냉장·냉동시설이 멈추면서 식품과 의약품의 품질이 저하되고, 공장 생산라인이 멈춰 경제적 피해도 발생하게 됩니다. 블랙아웃을 막기 위한 노력 이에 따라 전력 당국은 블랙아웃을 예방하기 위해 다양한 방법을 추진하고 있습니다. - 예비 전력 유지 : 예비전력은 예상보다 많은 전기가 필요할 때 즉시 공급할 수 있도록 준비해 둔 전력으로 발전소를 충분히 확보하여 일정 수준 이상의 예비전력을 유지합니다. - 수요 관리 제도 운영 : 전력 사용량을 실시간으로 분석하여 수요가 급증할 것으로 예상되면 발전기를 추가 가동하거나 기업과 기관이 자발적으로 전력 사용을 줄이는 수요관리(Demand Response, DR) 제도를 운영합니다. - 국민 참여 : 국민들도 생활 속에서 피크시간대 전기 사용을 줄이는 데 참여할 수 있습니다. 실내 냉난방 온도를 적정 수준으로 유지하고, 사용하지 않는 전기제품의 플러그를 뽑거나, 세탁기와 식기세척기처럼 많은 전력을 사용하는 가전제품의 사용 시간을 분산하는 것만으로도 전력망의 부담을 줄일 수 있습니다. 작은 실천이 모이면 모두가 안전하게 전기를 사용할 수 있습니다. 출처 : 한국에너지공단 여름철 전력 피크 절약 새로운 에너지의 필요성 전력부족에 대한 대응으로 친환경 에너지인 태양광과 풍력이 많이 거론되고 있지만 태양광과 풍력은 날씨와 계절의 영향을 크게 받습니다. 햇빛이 없거나 바람이 불지 않으면 충분한 전력을 생산하기 어려운 구조입니다. 따라서 앞으로는 단순히 발전량을 늘리는 것뿐 아니라 안정적으로 전기를 공급할 수 있는 기술이 더욱 중요해질 것입니다. 이를 위해 세계 각국은 대용량 에너지저장장치(ESS), 스마트그리드, 인공지능(AI)을 활용한 전력 수요 예측, 전기차 배터리를 전력망에 연결하는 V2G(Vehicle to Grid) 기술 등을 개발하고 있습니다. 이러한 기술은 전기가 남을 때 저장했다가 피크 시간에 다시 공급하여 전력망의 안정성을 높여줄 것으로 보입니다. 출처 : 에너지 경제연구원 결국 미래 에너지의 핵심은 '얼마나 많은 전기를 생산하느냐'뿐 아니라 '필요한 순간에 안정적으로 공급할 수 있느냐'입니다. 피크전력을 효과적으로 관리하는 기술은 블랙아웃을 예방하고, 탄소중립 시대의 지속 가능한 에너지 시스템을 만드는 중요한 열쇠가 될 것입니다. 대한민국 과학문화포털 사이언스올은 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 제작되어, 우리나라 과학기술 발전과 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있습니다.

썩는 플라스틱, 정말 환경을 구할 수 있을까? 5초 만에 만들어지고, 500년 동안 썩지 않는 플라스틱. 플라스틱이 오랫동안 분해되지 않는다는 것은 한편으로는 탄소가 쉽게 다시 배출되지 않는다는 의미로 볼 수도 있습니다. 하지만 문제는 플라스틱이 자연환경 속에서 사라지지 않은 채 잘게 쪼개지며 토양과 바다, 생태계에 오랫동안 남는다는 점입니다. 또한 대부분의 플라스틱은 석유와 천연가스 같은 화석연료를 원료로 만들어지기 때문에, 생산 과정에서도 온실가스 배출과 자원 소비가 발생합니다. 유엔환경계획(UNEP)에 따르면 전 세계에서는 매년 4억 톤이 넘는 플라스틱이 생산되고 있으며, 생산·사용된 플라스틱 중 실제 재활용되는 비율은 10% 미만으로 알려져 있습니다. 또한 매년 약 1,900만~2,300만 톤의 플라스틱 폐기물이 강과 호수, 바다 등 수생 생태계로 유입되며, 해양 생물과 생태계에 부담을 주고 있습니다. 이런 문제를 줄이기 위해 전 세계적으로 포장재 규제와 표시 기준은 점점 강화되고 있습니다. 유럽연합의 포장 및 포장폐기물 규정, PPWR은 2025년 2월 발효되었고 2026년 8월부터 본격 적용될 예정이며, 포장재의 재활용성, 재생원료 사용, 과대포장 제한 등 지속가능성 기준을 강화하는 흐름을 보여줍니다. 국내에서도 「분리배출 표시에 관한 지침」처럼 포장재를 어떻게 표시하고 배출할지에 대한 기준이 계속 정비되고 있습니다. 출처 : European Union ‘PPWR’ 이처럼 플라스틱의 생산과 폐기 전 과정에 대한 문제의식이 커지면서 주목받는 것이 바로 ‘생분해성 플라스틱’입니다. 생분해성 플라스틱은 단순히 “잘 썩는 플라스틱”을 만드는 데 그치지 않고, 플라스틱이 만들어지고 사용되고 버려지는 전 과정에서 환경 부담을 줄이기 위한 대안 기술로 주목받고 있습니다. 카페에서 종이 빨대나 생분해성 빨대를 써본 적이 있나요? 배달 음식 용기나 포장 봉투에서 ‘생분해’, ‘바이오’, ‘친환경’이라는 문구를 본 적도 있을 것입니다. 생분해성 플라스틱은 이름만 들으면 자연 속에서 금방 사라질 것 같고, 기존 플라스틱보다 훨씬 친환경적으로 느껴집니다. 하지만 정말 그럴까요? 생분해성 플라스틱은 환경을 구하는 ‘완벽한 대체재’일까요, 아니면 제대로 알고 써야 하는 ‘조건부 기술’일까요? 썩는 플라스틱의 원리: 생분해성 소재는 어떻게 작동할까? 생분해성 플라스틱은 일정한 환경 조건에서 자연계의 박테리아, 곰팡이, 조류 같은 미생물에 의해 물, 이산화탄소, 유기물로 완전히 분해될 수 있는 고분자 소재를 의미합니다. 석유기반의 일반 플라스틱이 자연환경에서 오랜 시간 남아 미세플라스틱 문제를 일으킬 수 있는 반면, 생분해성 플라스틱은 일정한 조건에서 미생물에 의해 물, 이산화탄소, 바이오매스 등으로 분해될 수 있습니다. 그러나 생분해성 플라스틱이라고 해서 흙이나 바다에 버리면 언제 어디서나 빠르게 사라지는 것은 아닙니다. 온도, 습도, 산소, 미생물의 종류, 처리 시설의 유무 등 일정한 조건에 따라 분해 속도와 결과가 크게 달라집니다. 생분해성 플라스틱 중에는 옥수수, 사탕수수, 카사바처럼 식물에서 얻은 당류를 원료로 만드는 소재도 있습니다. 이런 바이오매스 기반 소재는 석유 기반 플라스틱 사용을 줄이고, 제품의 전 생애주기 관점에서 온실가스 배출을 낮출 가능성이 있습니다. 하지만 원료 재배, 가공, 운송, 폐기 과정까지 포함하면 환경성은 소재와 사용 방식에 따라 달라질 수 있습니다. 생분해성 플라스틱의 주요 종류(PLA/PHA) 생분해성 플라스틱의 주요 종류는 원료와 분해 특성에 따라 나뉩니다. PLA(폴리젖산, Polylactic Acid) : PLA는 가장 널리 사용되는 생분해성 플라스틱입니다. 옥수수, 카사바, 사탕수수 등을 발효시켜 얻는 젖산으로 제조됩니다. PLA는 투명성이 좋고 가공이 쉬워 컵, 용기, 포장 필름, 3D 프린팅 소재 등에 사용됩니다. 다만 일반 자연환경에서 빠르게 분해되기보다는, 일정한 고온과 습도가 유지되는 산업적 퇴비화 조건에서 분해가 잘 일어나는 소재로 알려져 있습니다. PHA(폴리하이드록시알카노에이트, Polyhydroxyalkanoate) : PHA는 미생물을 이용한 발효 공정으로 만들어집니다. PHA의 가장 큰 장점은 토양, 해양, 담수 등 다양한 자연 환경에서 100% 생분해 가능하다는 점입니다. 토양 내 특정 박테리아(예: Pseudomonas, Novosphingobium)들이 PHA를 분해할 수 있는 효소를 가지고 있어, 산업 퇴비화 시설이 없어도 일반 환경에서 분해가 진행됩니다. PHA 소재는 생분해성과 투과 특성으로 인해 석유 기반 플라스틱의 대안으로 많이 활용되고 있습니다. PHA 기반으로 비닐봉지, 컵 및 유사 제품 생산에 활용되고 있으며 우수한 생분해성과 생체적합성으로 인해 의료 산업에서 광범위하게 사용되어지고 있습니다. 생분해성, 바이오 기반, 재활용 가능 소재는 무엇이 다를까? 생분해성, 바이오 기반, 재활용 가능 세 용어는 서로 겹칠 수 있지만 같은 뜻은 아니기 때문에, 친환경 포장재를 볼 때는 표시 문구만 보기보다 원료, 분해 조건, 배출 방법을 함께 확인해야 합니다. 생분해성 플라스틱, 친환경 소재니까 마음껏 써도 괜찮을까? 생분해성 플라스틱을 둘러싼 가장 큰 오해는 “어차피 썩으니까 많이 써도 괜찮다”는 생각입니다. 하지만 생분해성 플라스틱은 생산 단계에서 석유계 플라스틱보다 화석연료 사용을 크게 줄이지만, 그렇다고 해서 환경 부담이 없는 것은 아닙니다. 즉, 생분해성 소재 역시 아무 부담 없이 무한정 사용할 수 있는 소재는 아닙니다. 또 하나의 오해는 “자연에 버려도 된다”는 생각입니다. 생분해성 플라스틱은 대부분 특정 온도와 습도, 미생물 조건이 갖춰진 산업적 퇴비화 시설에서 잘 분해되도록 설계됩니다. 바다, 강, 산, 길거리처럼 조건이 불안정한 환경에서는 분해가 매우 느리거나 제대로 이루어지지 않을 수 있습니다. 생분해성 플라스틱은 플라스틱 문제를 해결하기 위한 중요한 기술 중 하나입니다. 빨대, 포장재, 농업용 필름처럼 기존 플라스틱 사용을 줄여야 하는 분야에서 새로운 선택지를 제공하고 있습니다. 다만 그 기술이 진짜 힘을 발휘하려면, 제품을 만드는 기업의 설계, 수거·처리 시스템, 그리고 소비자의 올바른 사용과 배출이 함께 움직여야 합니다. 미래의 친환경 소재는 “잘 썩는 플라스틱”을 넘어, 덜 만들고, 다시 쓰고, 제대로 순환되는 플라스틱을 향해 나아가야 합니다. 대한민국 과학문화포털 사이언스올은 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 제작되어, 우리나라 과학기술 발전과 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있습니다.

탄소를 돌로 만드는 기술의 등장 1984년부터 2024년까지 전 세계 평균 CO2 농도(a)와 증가율(b)을 나타낸 그래프 / ⒸWMO 지구의 열기가 식지 않고 있습니다. 산업혁명 이후 인류는 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석에너지를 대량으로 사용하며 경제와 산업을 빠르게 성장시켜 왔습니다. 그러나 그 과정에서 막대한 양의 이산화탄소가 대기 중으로 배출되었고, 이는 지구온난화와 기후 위기를 가속하는 주요 원인이 되었습니다. 산업혁명 이전 약 280ppm 수준이었던 대기 중 이산화탄소 농도는 2024년 전 지구 평균 423.9ppm까지 높아졌습니다. 이는 산업화 이전의 약 152% 수준으로, 최근 1년 사이 증가폭도 관측 이래 가장 큰 수준을 기록했습니다. 이제 전 세계 정부와 기업들은 탄소 배출을 줄이는 ‘탄소 감축’을 넘어, 이미 대기에 방출된 줄이기 어려운 잔여 배출과 이미 대기 중에 쌓인 탄소를 다루기 위한 ‘탄소 제거’의 시대로 눈을 돌리고 있습니다. 출처 : WMO(World Meteorological Organization) ’Carbon dioxide levels increase by record amount to new highs in 2024’ 이러한 흐름 속에서 기후 위기의 '게임 체인저'로 주목받는 주인공이 바로 탄소포집·활용 및 저장기술(CCUS: Carbon Capture, Utilization and )입니다. 이 기술은 거대한 빨대처럼 대규모로 배출되는 이산화탄소를 포착하거나, 발전소와 공장의 배출가스에서 탄소만 골라 분리해냅니다. 최근에는 여기서 한 발 더 나아가, 모은 탄소를 화학 반응을 통해 단단한 암석으로 변환하는 ‘광물화 기술’로 진화하고 있습니다. 마치 공기 속의 탄소가 돌처럼 굳어져 지구의 일부가 되는 것처럼 말입니다. 최근 산업계의 탈탄소 흐름과 전력 수요 증가가 맞물리며 이산화탄소를 포집, 활용, 저장하는 CCUS 기술의 가치는 날로 높아지고 있습니다. 기후변화라는 거대한 도전에 맞서기 위해 과학기술은 어떻게 발전하고 있을까요? 보이지 않는 탄소를 낚아채다, 탄소포집의 원리 탄소포집·활용 및 저장기술 CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)은 대규모로 배출되는 이산화탄소를 포집하여 산업적인 용도로 직접 이용 또는 고부가 가치제품으로 전환하여 활용하거나 영구 또는 반영구적으로 격리시키는 기술을 뜻합니다. CCUS는 탄소를 포집하고(Capture), 활용하며(Utilization), 저장(Storage)한다는 의미를 담고 있으며, 각 기술 특성에 따라 다양한 분야에서 연구되고 있습니다. 출처 : 한국가스공사 ‘CCUS’ CCUS 기술은 어디에서 이산화탄소를 분리하느냐에 따라 크게 두 가지 방식으로 나뉩니다. 직접 공기 포집 (DAC, Direct Air Capture) : 우리가 숨 쉬는 ‘일반 대기 공기’에서 이산화탄소를 직접 빨아들이는 기술입니다. 흡착제나 용액 등을 이용해 공기를 포집한 후, 농축·저장 또는 전환하여 대기중의 탄소를 줄입니다. (Point-Source Capture) : 발전소, 제철소, 석유화학 공장 등 대규모 산업 시설의 굴뚝에서 배출가스가 대기 중으로 나가기 전에 이산화탄소를 분리해내는 기술입니다. 배출가스에 포함된 이산화탄소의 농도가 상대적으로 높기 때문에 기술적 접근이 용이하고 비용 대비 효율이 높다는 장점이 있습니다. 점배출원 포집은 현재 진행 중인 산업 배출을 줄이는데 초점을 맞추고 있는 반면, DAC는 과거에 배출되어 대기에 누적된 CO₂를 제거하는데 초점을 맞추고 있습니다. 이산화탄소를 분리해내는 기술 탄소포집의 핵심은 이산화탄소를 다른 기체에서 효과적으로 분리하는 것입니다. 가장 일반적인 방식은 화학약품을 이용한 흡수(absorption) 방식입니다. 이 방식에서는 특별히 제조된 화학용액(흡수제)이 공기나 배출가스를 지날 때 이산화탄소와 화학적으로 결합합니다. 마치 스펀지가 물을 흡수하듯이, 이 흡수제가 이산화탄소를 포착하는 것입니다. 포집된 이산화탄소를 다시 분리하기 위해서는 가열이나 압력 변화를 이용합니다. 온도를 올리거나 압력을 조정하면 흡수제와 이산화탄소의 결합이 떨어지면서 순수한 이산화탄소가 방출됩니다. 이렇게 분리된 이산화탄소는 이제 활용하거나 저장할 준비가 된 것입니다. 기후 위기의 해법을 암석에서 찾다, 탄소 광물화 기술 이전까지는 가스 상태의 이산화탄소를 지하 깊은 수천 미터 아래 암반층이나 고갈된 가스전에 압축하여 밀어 넣는 ‘저장’ 방식이 주로 쓰였습니다. 하지만 저장된 탄소가 언젠가 누출될 수 있다는 우려가 있었습니다. 최근에는 이를 넘어 탄소를 영구적인 고체 상태로 변환하는 ‘광물화(Carbon Mineralization)’ 기술이 진화하고 있습니다. 탄소 광물화는 이산화탄소가 칼슘, 마그네슘, 철 성분이 풍부한 암석이나 광물과 반응해 안정적인 탄산염 광물로 바뀌는 과정을 말합니다. 자연에서도 암석과 이산화탄소가 만나 광물이 만들어지는 과정은 일어나지만, 보통 수백 년에서 수천 년이 걸립니다. 과학자들은 이 자연의 반응을 모방해, 포집한 CO₂를 더 빠르고 안정적으로 고정하는 기술을 연구하고 있습니다. 탄소 광물화의 가장 큰 장점은 안정성입니다. 일반적인 저장 방식이 CO₂를 지하 공간에 격리하는 방식이라면, 광물화는 CO₂를 화학적으로 다른 고체 물질로 바꿉니다. 이렇게 만들어진 탄산염 광물은 쉽게 다시 기체 상태로 돌아가지 않기 때문에, 탄소를 장기간 안전하게 묶어둘 수 있는 방법으로 평가됩니다. 다만 모든 지역에서 바로 적용할 수 있는 것은 아니며, 적절한 암석 조건, 환경적 위험 요소, 물 사용량, 비용, 에너지 투입량 등을 함께 고려해야 합니다. Q. 광물화와 저장, 뭐가 더 나을까? 둘 다 포집한 이산화탄소가 다시 대기 중으로 배출되지 않도록 하는 기술이지만, 탄소를 다루는 방식에는 차이가 있습니다. 탄소 저장은 포집한 CO₂를 압축한 뒤 지하 깊은 암반층, 염수층, 고갈된 가스전 등에 주입해 격리하는 방식입니다. 이미 여러 국가에서 연구와 실증이 진행되어 온 기술로, 대규모 적용 경험과 인프라 측면에서는 상대적으로 앞서 있습니다. 반면 탄소 광물화는 CO₂를 지하에 단순히 넣어두는 데서 그치지 않고, 암석이나 산업 부산물과 반응시켜 고체 광물로 바꾸는 방식입니다. CO₂가 탄산염 광물 형태로 전환되면 장기적인 안정성이 높아지고, 누출 가능성도 줄어든다는 장점이 있습니다. 그렇다고 해서 광물화가 무조건 저장보다 더 좋은 기술이라고 말하기는 어렵습니다. 저장 방식은 대규모 적용 가능성과 비용 측면에서 장점이 있고, 광물화는 장기 안정성과 자원화 가능성에서 강점을 가집니다. 결국 두 기술은 경쟁 관계라기보다, 지질 조건과 산업 구조, 비용, 저장 규모, 활용 목적에 따라 함께 발전해 나갈 가능성이 큽니다. 글로벌 프로젝트와 한국의 CCUS 현재 주소 탄소를 포집하고 저장하는 기술은 이제 실험실을 넘어 실제 산업 현장으로 조금씩 확장되고 있습니다. 국제에너지기구 IEA에 따르면 전 세계에는 약 45개의 상업용 CCUS 시설이 운영 중이며, 700개가 넘는 프로젝트가 개발 단계에 있습니다. 대표적인 사례는 아이슬란드의 직접공기포집 시설인 Orca와 Mammoth입니다. 이 시설들은 대기 중 CO₂를 포집한 뒤, 이를 물에 녹여 Carbfix의 현무암층 저장 방식으로 지하에 주입합니다. 이후 CO₂는 현무암 속 칼슘·마그네슘·철 성분과 반응해 탄산염 광물로 바뀌며 장기적으로 고정됩니다. 특히 Carbfix 실증 연구에서는 주입된 CO₂의 약 95%가 2년 이내 광물화된 것으로 보고되며, “탄소를 돌로 만든다”는 표현이 과학적으로 가능하다는 점을 보여줬습니다. 한국을 포함한 다양한 국가에서 CCUS 기술은 탄소중립을 위한 핵심 기술 중 하나로 다뤄지고 있습니다. 미국의 경우 2021년 바이오에너지와 CCS를 결합한 Decatur 프로젝트에서 연간 100만 톤의 CO₂를 저장하고 있으며, 노르웨이의 Sleipner 프로젝트(1996년부터 가동)는 북해 해저 1,000미터 아래 연간 100만 톤의 CO₂를 저장하며 1996년부터 2015년까지 누적 1,550만 톤 이상을 안전하게 격리했습니다. 한국 정부는 「이산화탄소 포집·수송·저장 및 활용에 관한 법률」을 시행해 저장후보지 선정, 저장사업 허가, 모니터링, 기업지원 등 제도적 기반을 마련했습니다. 또한 동해가스전을 활용한 중규모 CO₂ 저장 통합실증, 시멘트·석유화학·LNG 발전 배가스 포집, 포집 CO₂를 활용한 콘크리트 탄산화 기술 개발 등 산업 현장 중심의 연구와 실증도 추진되고 있습니다. CCUS와 탄소 광물화 기술의 핵심은 단순히 탄소를 “잡는 것”에 그치지 않습니다. 어디서 포집할지, 얼마나 적은 에너지로 분리할지, 어디에 안전하게 저장할지, 그리고 일부는 어떤 산업 자원으로 다시 활용할 수 있을지가 함께 해결되어야 합니다. 대한민국 과학문화포털 사이언스올은 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 제작되어, 우리나라 과학기술 발전과 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있습니다.

6G 시대, 빛으로 이동하는 데이터, 광통신의 비밀 이제 스마트폰은 일상에서 떼어놓기 어려운 도구가 되었습니다. 영상을 보고, 메신저로 대화를 나누고, 이메일을 확인하고, AI 서비스에 질문을 던지는 일까지 우리는 하루에도 수없이 많은 데이터를 주고받으며 살아갑니다. 그런데 우리가 화면에서 보는 영상, 메시지, 메일은 과연 어디를 지나 우리에게 도착하는 걸까요? 데이터는 눈에 보이지 않지만, 실제로는 아주 정교한 통신망을 따라 이동합니다. 어떤 구간에서는 전파를 타고 이동하고, 또 다른 핵심 구간에서는 빛으로 바뀌어 먼 거리를 달려갑니다. 이처럼 데이터를 빛 신호로 변환해 전달하는 기술을 광통신이라고 합니다. 머리카락보다 가느다란 광섬유 안에서 빛은 반사되며 이동하고, 그 빛의 신호는 다시 문자, 사진, 영상, AI 데이터로 바뀌어 전 세계를 연결합니다. 알고 보니, 우리가 매일 사용하는 인터넷과 AI 서비스의 기반에는 광통신 기술이 자리하고 있습니다. 6G시대가 가까워질수록 초고속 광통신의 중요성은 더욱 커질 것으로 보입니다. 데이터가 빛으로 바뀌는 순간 광통신의 핵심은 전기 신호를 빛으로 변환하는 것입니다. 이 빛 신호가 광섬유를 따라 빠르게 이동하고, 도착 지점에서는 다시 전기 신호로 변환됩니다. 이후 스마트폰이나 컴퓨터가 이 신호를 해석해 우리가 볼 수 있는 문자, 이미지, 영상으로 보여줍니다. 여기서 핵심은 빛을 멀리, 빠르게, 안정적으로 보내는 것입니다. 이를 가능하게 하는 통로가 바로 광섬유입니다. 초기 통신 기술은 구리선을 통해 전기 신호(0과 1의 디지털 신호)를 보내는 방식이었습니다. 이 방식은 상대적으로 간단하지만 신호가 약해지고, 거리가 멀어질수록 손실이 커진다는 근본적인 한계가 있었습니다. 이러한 제약을 극복하기 위해 1970년대에 광섬유 기술이 개발되었습니다. 광섬유 안에서 빛이 길을 잃지 않는 이유 쉽게 말해 광섬유는 빛이 지나가는 아주 긴 터널입니다. 매우 가느다란 유리 또는 플라스틱 섬유, 이 안에서 빛은 직선으로만 나아가는 것이 아니라, 벽에 부딪히듯 계속 반사되며 앞으로 이동합니다. 이 현상을 전반사라고 합니다. 전반사는 빛이 굴절률이 큰 물질에서 굴절률이 작은 물질로 나아갈 때, 특정 각도 이상에서는 밖으로 빠져나가지 않고 다시 안쪽으로 완전히 반사되는 현상입니다. 이 원리 덕분에 빛은 코어 내에서 계속 반사되며 이동하며, 광섬유가 휘어져도 빛은 손실 없이 계속 전달될 수 있습니다. Q. 와이파이와 광통신은 무엇이 다를까? 같은 인터넷을 쓰게 해주는 기술이지만, 역할이 다릅니다. 와이파이는 무선 LAN 기술로 2.4GHz나 5GHz 대역의 전자기파를 공기 중으로 방사하여 데이터를 전송합니다. 그래서 와이파이는 가정이나 사무실 안에서 스마트폰, 노트북, 태블릿을 무선으로 연결해 주는 등 주로 전파를 이용해 가까운 거리에서 데이터를 주고받을 때 사용됩니다. 와이파이의 장점은 편의성이지만, 장애물로 인한 신호 감쇠와 다른 무선 기기와의 간섭이 발생할 수 있습니다. 반면 광통신은 더 먼 거리에서 대용량 데이터를 이동시키는 데 쓰입니다. 집 밖의 통신망, 도시와 도시를 잇는 네트워크, 국가와 국가를 연결하는 해저케이블, 데이터센터 사이의 연결에는 광섬유 기반 통신이 많이 활용됩니다. 광통신은 전기가 아니라 빛의 신호를 사용하기 때문에 전자기 간섭의 영향을 적게 받습니다. Q. 스마트폰에서 영상을 볼 때도 광통신이 쓰일까? 직접 눈에 보이지 않을 뿐, 대부분의 인터넷 서비스 뒤에는 광통신 인프라가 연결되어 있습니다. 스마트폰에서 영상을 재생하면, 스마트폰은 먼저 와이파이나 이동통신 기지국과 연결됩니다. 이후 데이터는 통신사의 유선망, 인터넷망, 데이터센터를 거쳐 이동합니다. 이 과정에서 장거리·대용량 전송 구간에는 광섬유가 사용됩니다. 즉, 우리가 스마트폰으로 보는 영상은 마지막 구간에서는 전파를 타고 오지만, 그 이전의 장거리 구간에서는 빛을 타고 이동했을 가능성이 높습니다. 국제 인터넷의 혈관, 해저케이블 해저케이블은 바다 밑에 설치된 광섬유 케이블입니다. 대륙과 대륙을 연결하며, 국제 인터넷 통신의 핵심 통로 역할을 합니다. 미국 해양대기청 NOAA는 국제 데이터와 음성 전송의 95% 이상이 해저 광섬유 케이블을 통해 이동한다고 설명합니다. *출처 : NOAA ‘Submarine Cables’ ( 현재 전 세계에는 약 400개 이상의 해저 케이블이 깔려 있으며, 한국도 국제 해저 케이블의 용량이 200Tbps(테라비트)를 돌파했습니다. 이는 약 1,500만 명이 동시에 HD화질(8Mbps) 영상을 시청할 수 있는 용량에 해당합니다. 다가오는 6G 상용화 현재 전 세계 주요국은 2030년 6G 상용화를 목표로 기술 개발에 한창입니다. 6G는 단순히 스마트폰 속도를 더 빠르게 만드는 기술이 아닙니다. 국제전기통신연합 ITU는 6G에 해당하는 IMT-2030이 몰입형 경험, 더 넓은 커버리지, 새로운 협업 형태를 지원할 것으로 전망하고 있습니다. 6G의 특징은 5G의 초고속·초연결성에 인공지능(AI) 기술을 깊숙이 통합한다는 점입니다. 이는 데이터센터 간의 연결 속도가 더욱 높아져야 함을 의미합니다. 한국 정부도 AI와 6G 시대를 대비해 국가 네트워크 인프라를 고도화하는 전략을 발표했습니다. 2025년 발표된 ‘Hyper AI네트워크 전략’에서는 6G 상용화, AI 기지국 확산, 백본망과 해저케이블 확충 등을 통해 국가망을 고도화하겠다는 방향이 제시됐습니다. 출처:정책브리핑 ‘'AI 고속도로' 깐다…6G 상용화·해저케이블 확충 등 국가망 고도화’ ( 6G 상용화를 위해서는 더 빠른 기지국, 더 똑똑한 AI 네트워크, 더 촘촘한 무선망뿐 아니라, 그 뒤를 받치는 광통신망의 확장이 함께 필요합니다. 우리는 인터넷을 사용할 때 데이터를 눈으로 볼 수 없습니다. 그래서 영상, 메시지, 메일, AI 답변이 마치 공기 중에서 바로 도착하는 것처럼 느껴집니다. 광통신은 우리가 매일 사용하는 인터넷, 영상 스트리밍, 클라우드, AI 서비스의 보이지 않는 기반입니다. 대한민국 과학문화포털 사이언스올은 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 제작되어, 우리나라 과학기술 발전과 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있습니다.

자율주행 대중교통의 시대, LiDAR의 등장 최근 도심 한복판에서 운전대 없는 버스가 승객을 태우고 달리는 모습을 본 적이 있으신가요? 영화 속 상상이 현실이 된 듯한 자율주행 대중교통 테스트 운행이 활발히 진행되며, 자율주행 상용화 시대가 성큼 다가왔습니다. APEC 손님맞이 '자율주행 셔틀'로…"AI로 알아서 척척" Ⓒ연합뉴스TV 국토교통부에서 추진한 '자율차 시범운행지구 서비스 지원사업'에 따르면 서울, 경기(판교·안양), 충남 천안, 경북 경주, 경남 하동, 세종, 제주 등 전국 7개 지자체에 자율주행 서비스를 확대하고 있으며, 경주 APEC 정상회의 자율주행셔틀, 서울의 심야 자율주행 택시와 버스 등 다양한 지역에서 일상 속 자율주행이 구체화 되고 있습니다. 이처럼 자율주행차가 스스로 운전하기 위해 가장 필요한 요소는 ‘눈’과 같은 센서 기술입니다. 그리고 그 눈의 역할을 완벽하게 수행하기 위한 핵심 센서가 바로 'LiDAR(라이다)'입니다. LiDAR란? LiDAR(Light Detection And Ranging)는 기술입니다. 사람의 눈이나 일반 카메라는 들어오는 빛의 밝기와 색으로 사물의 형태를 구분하지만, 물체까지의 거리는 명확히 알기 어렵습니다. 반면 LiDAR는 기본적으로 직진성이 강한 레이저 빛을 쏘아 주변 환경의 3차원 입체 형태와 거리를 밀리미터 단위로 매우 정밀하게 그려냅니다. LiDAR 센서에는 회전식과 고정식 모델이 있는데, 자율주행차에는 회전식 다중 빔 방식을 이용해 360도 환경을 실시간으로 매핑하는 방식이 주로 사용됩니다. 레이저가 돌아오는 시간을 재다, LiDAR의 작동 원리 LiDAR가 거리를 재는 핵심 원리는 ToF(Time of Flight, 비행 시간 측정)입니다. 마치 산에서 "야호" 하고 외친 뒤 메아리가 돌아오는 시간을 재어 산과의 거리를 짐작하는 것과 같습니다. LiDAR는 소리 대신 아주 빠른 '빛(레이저)'을 사용하는 것이죠. ① 발사 :센서가 주변을 향해 수 많은 레이저 펄스를 짧게 쏩니다. ② 반사 :이 레이저가 사람, 자동차, 나무 등 물체에 부딪혀 튕겨 나옵니다. ③ 수신 및 계산 :반사되어 돌아온 레이저를 센서가 감지하고, 빛이 왕복하는 시간을 나노초 단위로 측정하고, 빛의 속도를 곱해 물체까지의 거리를 계산합니다. 이렇게 모인 무수히 많은 거리 데이터의 점(point)들이 모여 포인트 클라우드(point cloud)를 이루며, 이것이 주변 사물의 3D 형상을 나타냅니다. 3D 포인트 클라우드 레이저 펄스의 반환 신호로 얻은 3차원 좌표 데이터 집합을 말합니다. LiDAR가 주변 물체로부터 반사된 빛의 왕복 시간을 측정해 여러 개의 점들이 형성되고, 이 점들이 모여 3차원 좌표(x, y, z)로 변환되어 3D 포인트 클라우드를 만듭니다. 즉, 자율주행차는 LiDAR로 생성된 포인트 클라우드를 기반으로 주변 건물과 차량, 보행자 등의 위치를 파악하고 주행 경로를 계획합니다. LiDAR 생성 3D 지도는 자율주행뿐 아니라, 오차 없는 정밀 도로 지도(HD Map)를 구축하거나 문화재 복원, 건설 현장의 토공사 측량 등 정밀한 3D 형상이 필요한 모든 곳에 활용됩니다. 비나 안개가 끼면 LiDAR의 정확도가 떨어질까? LiDAR 기술 역시 빛을 쓰는 센서이므로 비·안개 같은 굵은 빗방울이나 짙은 안개 입자에 레이저 빛이 부딪혀 산란되면, 센서로 돌아오는 신호가 약해지거나 지연될 수 있습니다. 이 경우 인식률이 다소 떨어지므로, 실제 자율주행차 시스템은 LiDAR만으로 완전히 의존하기보다, 레이더(Radar)와 카메라를 함께 이용한 센서 퓨전 방식을 사용합니다. 자율주행을 넘어 일상으로 LiDAR 기술은 자율주행차에 국한되지 않고, 점차 소형화되고 저렴해지며 우리 산업과 일상 곳곳으로 퍼져나가고 있습니다. 🤖로봇청소기 : 최신 로봇청소기 상단에 튀어나온 둥근 센서가 바로 소형 LiDAR입니다. 집안의 구조를 3D로 매핑하여 효율적인 청소 경로를 짜고 가구와 장애물을 요리조리 피합니다. 🗺️드론 매핑 : LiDAR는 사람이 접근하기 어려운 곳을 스캔하는 무인항공기(UAV)에도 이용됩니다. LiDAR 장착 드론은 산림, 고속도로 공사장, 재난지역 등 넓은 영역을 고속 비행으로 단시간에 스캔해 정밀한 3D 지도를 만듭니다. 이러한 기술은 토목·건축 현장에서 측량 시간을 크게 단축시키고, 안전하고 효율적인 현장 관리를 가능하게 합니다. 🏙️스마트시티 : 도시 교통·안전 분야에서도 LiDAR가 핵심 센서로 주목받고 있습니다. LiDAR는 교통 혼잡도, 주차 상황, 보행자 밀도 등을 3차원으로 모니터링하여 도시 물류와 교통 체계를 최적화할 수 있도록 돕습니다. 예를 들어, LiDAR로 작성된 3D 지도를 기반으로 특정 지역의 위험 요소나 인기 지역을 식별하고, 시민 이동 데이터를 분석해 교통체계 개선에 활용할 수 있습니다. 이용해 거리를 재는 LiDAR는 자율주행차의 ‘눈’이자 미래 교통·도시 시스템의 핵심 기술입니다. 향후 LiDAR 센서의 소형화와 저비용화, AI 기반 데이터 처리 기술이 발전하면서 자율주행 상용화 시기가 앞당겨질 것으로 전망됩니다. 또한 로봇, 드론, 도시 인프라 등 다양한 분야에 LiDAR 응용이 확산되어, 일상생활의 안전과 편의를 크게 향상할 것입니다. 대한민국 과학문화포털 사이언스올은 과학기술진흥기금 및 복권기금의 재원으로 제작되어, 우리나라 과학기술 발전과 저소득·소외계층의 복지 증진에도 기여하고 있습니다.

이전까지의 AI가 주로 텍스트를 읽고 쓰는 도구였다면, 최근 AI는 이미지·음성·영상처럼 서로 다른 형태의 정보를 함께 이해하고 생성하는 오감형 AI인, 멀티모달 AI로 빠르게 발전하고 있습니다.

과거의 AI가 우리가 던진 질문에 친절히 답해주는 '똑똑한 챗봇'에 가까웠다면, 이제는 사용자의 의도를 해석해 목표를 정의하고, 필요한 도구를 선택·사용하며, 결과를 확인하고 다시 시도하면서 과업을 끝까지 완수하는 방향인, AI 에이전트로 진화하고 있습니다.

과학과 문화가 만나는 순간을 기록하는 과학문화 매거진 WAVE가 세 번째 이야기를 선보입니다. 이번 호의 주제는 ‘일상’입니다.

WAVE는 매번 하나의 키워드를 중심으로 과학을 이야기하고 있습니다. 이번 2호에서는 ‘공간’ 속에서 펼쳐지는 과학문화의 다양한 모습을 담았습니다.