와우! 과학

[고든 정의 TECH+] 원통형 기둥처럼 생긴 돛이 있다?…로터 세일 탑재 여객선

작성 2018.04.18 16:31 ㅣ 수정 2018.04.18 16:32
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핀란드와 스웨덴을 오가는 정기 여객선인 M/S 바이킹 그레이스(M/S Viking Grace)는 최대 2800명의 승객을 태울 수 있는 대형 여객선입니다. 최근 이 여객선의 상부에 마치 굴뚝같이 생긴 지름 4m, 높이 24m의 구조물이 설치되었습니다.(사진)

요즘 세상에 이런 큰 굴뚝을 지닌 배가 필요한지 궁금해지는 장면인데, 여기에는 특별한 이유가 있습니다. 이 굴뚝처럼 생긴 구조물의 정체는 로터 세일(Rotor Sail)입니다. 즉 사실은 돛이라는 이야기죠. 이렇게 생긴 돛이 과연 바람을 받아서 배를 앞으로 나가게 할 수 있는지 의문이지만, 여기에는 마그누스 효과(Magnus effect)라는 과학적 원리가 숨어 있습니다.

마그누스 효과는 물체가 회전하면서 기체 혹은 유체 속을 지나갈 때 압력 차이에 의해서 흐름과 회전축에 직각 방향으로 힘을 받는 현상을 의미합니다. 단순한 기둥이 추진력을 낸다는 점이 의아할 수도 있지만, 사실 우리는 비슷한 현상을 주변에서 쉽게 목격합니다. 대표적인 사례가 야구나 축구처럼 공을 사용하는 스포츠입니다. 공 대신 작용하는 면적을 늘리기 위해 기둥 모양이 되었다고 보면 이해하기 쉽습니다.

그 원리가 19세기부터 알려졌기 때문에 회전하는 기둥을 이용해서 풍력을 배나 혹은 항공기 동력원으로 사용하려는 시도 역시 이전부터 있었습니다. 이를 이용한 배를 로터 쉽(rotor ship)이라고 합니다. 로터 쉽의 역사는 20세기 초반까지 거슬러 올라갈 수 있지만, 엔진 기술이 발전하고 선박이 대형화되면서 추진력이 약한 풍력 자체가 동력원으로 잘 쓰이지 않게 됐습니다. 이에 따라 로터 쉽에 대한 관심도 사라졌습니다.

로터 세일이 지금 와서 다시 주목받게 된 이유는 환경 문제 때문입니다. 이산화탄소 배출과 매연을 줄일 수 있는 친환경 에너지로 풍력이 주목받으면서 돛을 다시 탑재하는 방안이 검토되었으나 현대적인 선박에 달기엔 부피가 너무 크고 관리가 어렵다는 문제점이 있습니다. 로터 세일은 회전하는 기둥이기 때문에 천으로 만든 돛에 비해 관리가 쉽고 추진력에 비해 크기가 작아 본래 범선이 아닌 일반 화물선에도 탑재가 간단합니다.

2010년, 독일의 풍력 에너지 전문 기업인 에너콘(Enercon)은 E-쉽 1(E-ship 1)이라는 대형 로터 쉽을 선보입니다. 지름 4m, 높이 27m의 로터 세일 4개를 지닌 E-쉽 1은 최대 25%의 연료를 절약할 수 있습니다. 2014년에는 핀란드의 노스파워(Norsepower)가 새로운 로터 세일을 개발해 화물선에 탑재하기 시작했습니다. 앞서 소개한 M/S 바이킹 그레이스에 탑재된 로터 세일 역시 이 회사 제품으로 연간 900톤의 이산화탄소 배출을 줄이고 연료를 절약할 수 있습니다. 아마도 승객들에게 더 중요한 효과는 매연을 줄여 공기가 더 맑아진다는 점일 것입니다.


선박 소유주인 바이킹 라인은 일단 기존의 여객선에 한 개만 탑재해 로터 세일의 성능과 안전성을 검증하고 추가적으로 로터 쉽 여객선을 도입할 계획입니다. 여기서 긍정적인 결론이 나오면 이 화사는 2020년에 취역할 다른 여객선에도 로터 세일 2개를 탑재해 운용하는 방안을 검토하고 있습니다. 로터 세일 하나로는 충분한 효과를 거두기 어렵기 때문입니다.

로터 세일 역시 단점은 있습니다. 높은 기둥 구조로 강풍에는 취약할 우려가 있으며 바람의 세기와 방향에 따라 활용도 역시 제약을 받습니다. 하지만 온실가스 배출과 대기 오염을 줄여야 하는 시대의 대세를 생각하면 앞으로 이런 독특한 기둥을 지닌 배가 점차 늘어날지도 모릅니다. 생김새는 크게 다르지만, 로터 세일이 21세기 범선의 중흥을 이끌지 궁금합니다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com 

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