상어의 비늘은 마치 방패처럼 생겼다고 해서 방패비늘(placoid scale)이라고 부르는데, 방패의 표면에는 한쪽 방향으로 갈비뼈 같은 돌기가 존재합니다. 이를 리블렛(riblet)이라고 하는데, 그냥 눈으로 봐서는 알 수 없고 현미경으로 확대해야 자세히 알 수 있는 크기입니다.
상어 비늘이 이런 복잡한 구조를 지닌 이유는 표면 마찰을 줄여 항력(움직이는 물체를 반대 방향으로 끌어당기는 힘)을 낮출 수 있기 때문입니다. 언뜻 생각하기에는 매끄러운 표면이 마찰이 더 적을 것 같지만, 그렇지 않은 이유는 리블렛이 만드는 작은 소용돌이에 있습니다. 10~100마이크로미터 크기의 리블렛이 만드는 작은 소용돌이는 마치 코팅제처럼 주변 물줄기와 상어 몸의 마찰을 줄여줍니다.
여기에 영감을 받은 과학자들은 상어 비늘과 비슷한 형태의 마찰 감소 시스템을 연구했습니다. 루프트한자 테크닉과 화학 및 코팅 전문 제조사인 BASF가 공동으로 개발한 항공기용 항력 감소 필름인 에어로샤크(AeroSHARK)도 그중 하나입니다.
에어로샤크는 높이 50마이크로미터의 홈을 이용해서 리블렛과 비슷한 효과를 낼 수 있는 필름입니다. 연구팀은 2019년부터 보잉 777 여객기의 표면에 500㎡의 에어로샤크 필름을 붙여 연료 절감 효과 및 실제 비행 상황에서 내구성을 검증했습니다.
그 결과 1.1%의 연료를 절감할 수 있는 것으로 나타났습니다. 미미한 효과 같지만, 대형 여객기가 한 번에 엄청난 연료를 소모할 뿐 아니라 여러 번 비행한다는 점을 생각하면 의미 있는 결과입니다. 거기에 에어로샤크 필름은 항공유와 달리 오랜 시간 사용할 수 있습니다. 스위스 국제 항공은 12대의 보잉 777-300ER에 에어로샤크를 도입할 계획인데, 연간 4800톤의 연료를 절감하고 1만5200톤의 온실가스 배출을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
어떤 항공기 표면에도 붙일 수 있는 항력 감소 필름인 만큼 경제성과 내구성이 검증된다면 앞으로 더 많은 여객기에 쓰일 것으로 기대됩니다. 수억 년 진화의 결정체인 상어가 친환경 항공기 보급에 얼마나 도움을 줄 수 있을지 궁금합니다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com