무선충전기술, 대형 버스도 움직인다

필자는 무선충전 기술을 7년전부터 개발해 오고 있다. 전기 버스의 배터리 용량을 최소화하기 위해 전기 버스가 달리면서 도로 바닥으로부터 선 연결 없이 무선으로 전력 에너지를 받는 OLEV(On Line Electric Vehicle) 무선 충전 시스템을 개발했다. 이 기술이 소개된 이후 무선충전 기술은 스마트폰 무선충전, 승용차 무선충전, 골프 카트 무선충전, 스마트 손목 시계 무선 충전, 그리고 고속 전철 무선충전 기술 등으로 을 꾸준히 확대되고 있으며, 일부는 제품에 적용되고 있다.

OLEV 시스템을 개발하면서 고생한 기억도 많다. 일반적으로 전기 버스를 개발하려면 약 1톤 (1000㎏) 이상의 배터리가 버스 위에 설치되고 그 배터리 가격도 1억원이 넘는다. 보통 전기버스 지붕에 배터리가 들어가는데, 대량의 배터리 공간을 확보하기 위해 전기 버스 지붕 부분이 불룩하게 설계한다. 그래서 전기 버스는 예쁘지가 않고 버스 윗부분이 불룩하다. 보통 배터리 운행시간이 4시간 이상이 되려면 더 많은 양의 배터리가 설치돼야 한다.

세종시에서 운행되고 있는 무선충전 전기버스 '올레브'. 배터리 설치를 위해 버스 윗부분의 블룩하게 설계됐다.

특히 스마트폰, 스마트와치 등 모바일 기기 모두 배터리의 공간 점유, 가격, 무게 등이 설계에 큰 걸림돌이 된다. 전기 자동차가 1회 충전으로 운행하는 거리를 넓히기 위해선 더 많은 배터리가 필요하다. 차량 무게가 더 늘고 연비 효율도 떨어질 수밖에 없다. 

그러니 무선충전을 이용해서 배터리가 거의 없이 비상용으로 쓸 만큼만 설치되는 전기 자동차는 꿈의 전기차이고 바로 그것을 실현하는 시도가 바로 OLEV 버스다. 혁신적이고 창의적이면서, 다가올 4차 산업혁명에 가장 잘 맞는 핵심 기술 중에 하나다. 

고정관념은 진보의 걸림돌

OLEV 전기 버스를 개발할 때 전력회로와 자동차 전문가들의 강력한 반대에 부딪혔다. 외국에서도 시도해 보지 않은 검증되지 않은 기술이라는 이유 때문이었다. 또, 전력 전송 효율이 아주 낮아 실효성이 없다는 이유도 나왔다. 도로 바닥과 버스 바닥 사이에는 30㎝ 가량의 거리가 존재하는데 이런 이유로 전력 전달 효율이 매우 낮다는 주장이다. 우리 팀의 무선충전 효율 측정 결과를 보여도 믿지 않았다. 

국내 대부분의 전문가들은 고주파 자기장 공진(resonance) 현상을 이해하지 못했다. 하지만 우리 OLEV 팀은 고주파 자기장 회로에 캐패시터를 설치하고 공진을 발생시키면 강력한 전력을 전달할 수 있고, 특히 전력 전달이 최대가 된다는 사실을 알고 있었다. 이론과 컴퓨터 시뮬레이션, 그리고 측정으로 통해서 확인했다. 그렇지만 보통 발전기나 모터는 1㎜의 갭 거리도 허용하기 힘든데, 30㎝가 넘는 거리를 무선충전한다는 사실을 받아 들이기 어려웠을 것으로 본다.

내가 아는 것이 전부라는 생각 버려야

이처럼 새로운 창조적 발명을 내고, 실현시키는 데는 다양한 분야에 대한 통합적 사고가 필요하다. 그러기 위해선 1명의 우수한 기술자가 오랜 동안 다양한 분야에서 경험을 쌓거나, 또는 각각 다른 분야의 최고 전문가들이 지식과 경험을 진솔하게 소통할 수 있는 능력이 중요하다. 

무엇보다도 그 동안 자신이 경험한 세계가 한계일 수 있다는 사실을 수용해야 한다. 4차 산업혁명을 선도하기 위해선 먼저 자기 자신의 벽을 허물고 타인의 의견을 받아 들일 수 있는 용기와 관용의 자세가 있어야 한다. 그래야 창조적 리더(creative leader)가 될 수 있다.

4차 산업혁명 시대의 무선 통신은 인간에게 자유롭게 공간을 이동하면서도 연결을 가능하게 한 '이동의 자유'를 선물했다. 그러나 마지막 남은 배터리가 우리의 이동의 자유를 제한한다. 무선 통신에 전력이 필요하기 때문이다. 이러한 관점에서 무선충전 기술을 우리에게 마지막 자유를 하나 더 주기 위해 아주 중요하다. OLEV 를 개발할 때는 전력 회로, 전자기학, 반도체, 자성체 물질, 자동차 설계 전문가 등 다양한 전문가들이 협력해서 작업했다. 처음에는 특히 각 분야 전문가는 같은 현상에 대한 용어부터 달랐다. 하지만 시간이 지나서 많은 노력 끝에 서로 소통이 가능해졌고, 그 결과 다양한 무선충전 기술이 발전할 수 있었다. 곧 애플 스마트폰에도 무선충전 기술이 적용될 것으로 보인다.

사회에도 벽이 많다. 차별의 벽, 관념의 벽, 생각의 벽, 언어의 벽 등이다. 같은 공간 내에서도 벽을 느낀다. 3차 산업혁명에서 4차 산업혁명으로 이전하기 위해선 3차 산업에 대한 관념과 방식, 기존의 성공 방정식을 버려야 한다. 4차 산업혁명은 벽을 허물어야 가능하다. 그런데 그 무엇보다 가장 단단한 벽이 자기 자신이 내부에 세운, 자신도 모르는 벽이란 것을 사람들은 알까.

<김정호 카이스트 전기 및 전자공학과 교수>

김정호 카이스트 교수.