오늘날 우리는 그야 말로 새로운 길을 개척하는 또 하나의 혁신을 눈앞에 두고 있다. 바로 솔라 로드(태양광 도로)의 탄생이다. 이 글에서는 스마트 도로 개념과 이것이 어떻게 조명, 도로 표면의 결빙과 눈을 제거하는 발열 기능, 여타의 스마트 도로 기능을 제공하는지 설명한다.



엔지니어링의 세계에서는 혁신이 언제나 진보를 이루는 동력이 되었다. 과거를 되돌아보면 고대의 로마인들이 엔지니어링과 혁신의 대가들이었다는 것을 알 수 있다. 이들이 닦았던 도로가 오늘날에도 여전히 많이 남아 있고 사용되고 있다. 모든 길은 로마로 이어진다는 말을 들어보았을 것이다. 그런데 이제 이 말이 모든 길은 태양으로 이어진다고 바뀔지도 모르겠다.

오늘날 우리는 그야 말로 새로운 길을 개척하는 또 하나의 혁신을 눈앞에 두고 있다. 바로 솔라 로드(태양광 도로)의 탄생이다. 우리가 운전하는 도로가 단지 우리를 A 지점에서 B 지점으로 수송하는 것만이 아니고 청정 재생 에너지를 발전하는 세상을 상상해 보라. 이것은 공상과학 소설에나 나올 법한 이야기가 아니라 미래에 지속가능한 인프라의 모습이 될 것이다.

이 글에서는 스마트 도로 개념과 이것이 어떻게 조명, 도로 표면의 결빙과 눈을 제거하는 발열 기능, 여타의 스마트 도로 기능을 제공하는지 설명한다.

태양 에너지를 활용한 도로

솔라 로드(solar road)라는 개념이 생소한가? 솔라 로드는 간단히 말해서 일련의 태양광 패널을 내장한 도로를 뜻하는 것으로서, 도로를 에너지를 생산하는 표면으로 변모시킨다. 보통의 태양광 패널과 차이점이라면, 대부분의 자동차 중량을 견딜 수 있도록 특수하게 설계되며 햇빛을 받아서 전기를 생산하면서도 안전하게 운전할 수 있는 표면을 제공한다는 것이다(지붕이나 태양광 단지에 설치되는 것과 같은 유리 재질의 매끈한 패널이 아니다). 

안을 좀더 들여다보면, 솔라 로드는 세 층으로 이루어진다. 태양광 층, 전자장치 층, 전력 전송 층이다. 맨 위 층은 견고한 고마찰력 태양광 셀들로 이루어져서 태양 에너지를 포착하고 침투가 불가능한 방수 표면을 제공함으로써 아래 층들을 차폐한다. 그 다음의 전자장치 층은 마이크로프로세서, 센서, 부대 회로들로 이루어진다.

이 층은 눈이 쌓이는 것을 감지하고, 교통량을 측정하고, 눈을 제거하기 위한 발열 시스템을 관리하고 조명을 제어하고, 현재 도로 상황을 전달하는 기능을 포함한다. 맨 아래 층은 두 가지 목적을 수행한다. 에너지를 저장하고 전력망으로 전송하며, 그와 동시에 EV가 도로 위를 주행하면서 배터리를 보충할 수 있도록 충전 스트립을 내장할 수 있다.

요컨대 솔라 로드는 명석하고도 미래 지향적인 솔루션으로서 교통과 녹색 에너지 생산을 결합해서 인프라가 환경을 거스르는 것이 아니라 환경과 조화를 이뤄서 작동하는 미래를 내다보도록 한다.

도로로 다양한 것들 가능 

태양은 재생 가능하고, 고갈되지 않고, 지구 상의 모든 곳으로 도달하는 에너지 원천을 제공한다. 현재의 계산으로는 전 인류의 에너지 필요량을 충족하기 위해서 태양 에너지의 6퍼센트를 포착해야 한다고 한다.^[1] 솔라 로드는 바로 그러한 요구를 충족할 수 있는 길을 제시한다. 주간에는 전기를 생산하고, 적절한 저장 솔루션을 사용해서 그 에너지를 저장함으로써 야간에나 날씨가 흐린 날에 사용할 수 있다.

이 공식에 있어서 또 다른 고려해야 할 요인은 전세계적으로 인프라들이 노후화되고 있다는 것이다. 특히 고속도로나 도시 도로가 그렇다. 도로는 갈수록 늘어나는 사람과 상품을 수송하기 위해서 중요하다. 그런데 많은 도로와 수송 시스템이 수십 년 동안 사용되어 왔던 것들이며 수리나 교체를 필요로 한다.



예를 들어 일본은 2033년에 이르러 약 60퍼센트의 도로용 교량과 40퍼센트의 도로 및 터널이 연수가 적어도 50년에 이를 것이라고 한다.^[2] 이 정도면 인프라의 정상적 수명이 거의 끝나가는 것이다. 한편 EU는 전세계적으로 가장 밀집도가 높은 운송 인프라 네트워크를 운영하고 있으며 많은 부분이 노후화로 접어들고 있고 교통량 증가로 인한 부담이 가중되고 있다. 한 가지 확실한 점은, 세계 어느 지역이나 기존 도로와 거리들이 상당한 업그레이드가 필요한 시점에 도달하고 있다는 것이다.

자동차 산업의 미래가 어떤 방향으로 흘러가는지도 눈여겨보아야 한다. 자동차 회사들이 자신들의 개발 노력을 빠르게 EV 쪽으로 전환함에 따라서 승용차와 상업용 트럭의 전기화가 교통과 관련 인프라에 대한 우리의 관점을 바꿔놓고 있다. EV는 도로 운송을 탈탄소화하기 위한 핵심 기술로서, 전세계 에너지 관련 배출에 있어서 15퍼센트 이상을 차지한다.^[3]

국제 에너지 기구(IEA)에 따르면, 2030년에 전세계 EV 매출이 3100만 대에 달할 것이라고 한다.^[4] 이와 같이 EV 보급이 가속화함에 따라서 EV 충전 인프라 확충에 대한 요구 또한 높아지고 있다. 솔라 로드가 생산하는 전기는 EV 충전소로 에너지를 공급할 수 있을 것이며, 더 나아가서는 급속 충전 솔루션으로서 역할을 할 수도 있을 것이다.

그러므로 솔라 로드는 노후화하는 인프라를 재건하고, 갈수록 증가하는 EV 충전 인프라 수요를 충족하고, 화석 연료에 대한 의존도를 낮추고, 기후 변화를 완화하도록 기여할 것이다.

이점과 과제

어떤 가능성이 놓여 있는가? “Transportation and the Belt and Road Initiative(교통과 벨트 및 도로 사업)”라고 하는 저서에 따르면, 전 세계의 도로는 총 64,285,009킬로미터이고, 이 중에서 411,853킬로미터는 고속도로이고 나머지 63,873,156킬로미터는 일반 도로(포장 및 비포장)이다.^[5] 최근의 GRIP 세계 도로 지도에 따르면, 전 세계적으로 도로의 약 35퍼센트가 포장 도로이다.^[6] 이는 다시 말하면 태양광 패널에 사용할 수 있는 자연적인 표면적이 그만큼 넓다는 뜻이고, 그러므로 대규모 태양광 단지에 필요로 하는 귀중한 토지 사용을 줄일 수 있다.

토지 사용을 줄이고 앞서 언급했듯이 솔라 로드가 주행 중에 청정 에너지를 사용해서 EV를 충전할 수 있는 것 외에도, 여러 다양한 이점들이 가능하다. 몇 가지를 들면, 솔라 로드는 고온에서 물러지지 않고, 도로 패임을 일으키지 않고, LED 조명을 구동해서 차선이나 교통 표지를 밝힐 수 있고, 눈이나 결빙을 제거할 수 있고, 일반 아스팔트 도로보다 수명이 길다.

물론 여느 혁신 기술 솔루션과 마찬가지로 솔라 로드 역시도 해결 과제 또한 없지 않다. 현재 엔지니어들이 해결하려고 노력하고 있는 문제들로는 내구성, 비용적 경제성, 에너지 변환 효율을 들 수 있다. 하지만 소재와 기술이 발전함에 따라서 이러한 장애물들을 점차적으로 극복하고 있으며, 향상된 디자인과 성능을 달성할 수 있는 길을 마련하고 있다.



태양광 패널 제조사, 기술 제휴사, 도로 건설 회사들 외에도, 몇몇 전문 회사들이 이러한 과제들을 해결하고 실제적인 솔루션을 내놓기 위해서 애쓰고 있다. Solar Roadways는 태양 에너지를 전기 전력으로 변환하는 기술을 개발하는 최근의 회사들 중의 한 곳이다. PAVenergy, Colas, WattWay 같은 메이저 회사들이 하루에 410kWh를 생산할 수 있는 태양광 패널을 개발하고 있으나, 계속해서 더 높은 전력을 생산하는 것이 필요할 것이다. 중국은 전적인 태양광 고속도로를 건설했으며, 네덜란드는 선구적으로 태양광 자전거 도로를 개설하고 타당성을 시험했으며, AIT와 독일 파트너사들은 2020년에 솔라 로드 캐노피 프로젝트를 발표했다.

현재 업체들은 하루에 800kWh를 생산하는 것을 목표로 연구하고 있다. 그러기 위해서는 패널 두께, 최적의 경사 각도, 그늘짐 같은 다양한 변수를 고려해야 한다. 그늘짐이 표면 커버리지의 5퍼센트만 되더라도 전력 생산이 50퍼센트까지 감소될 수 있다.^[7] 그 밖의 고려 요인들로는 흙, 먼지, 교통량, 열을 들 수 있다. 최적 온도보다 1℃ 높아질 때마다 솔라 로드의 에너지 효율이 0.5퍼센트 감소한다.

그러므로 우리가 원하는 결과에 도달하기까지는 아직 갈 길이 멀다.

엔지니어들에게 영감을 불어넣다

엔지니어들에게 솔라 로드는 영감을 고취시키고 무한한 가능성으로 열려 있는 개척 지대이다. 엔지니어들은 우리가 사는 세상을 변화시킬 힘을 가졌다. 이것을 통해서 좀더 지속가능하고 에너지 효율적인 세상을 실현하도록 기여할 수 있다.

솔라 로드는 단순한 도로가 아니다. 솔라 로드는 인프라가 청정 에너지를 생산하고 지속가능성과 효율이 공존하는 미래로 가는 길을 안내하고 있다. 이것은 엔지니어들이 혁신적인 창조로 세상을 변화시키는 여정이 될 것이다. 예전에 로마인들이 그랬던 것처럼 말이다.
 


참고 자료

[1] Enel, https://www.enelgreenpower.com/.
[2] “Aging infrastructure a major roadblock to Japan’s future,” Nikkei, February 10, 2022, https://asia.nikkei.com/Spotlight/Datawatch/Aging-infrastructure-a-major-roadblock-to-Japan-s-future.
[3] “Electric Vehicles,” International Energy Agency, https://www.iea.org/energy-system/transport/electric-vehicles.
[4] “Outlook for electric mobility,” International Energy Agency, https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2024/outlook-for-electric-mobility.
[5] Nicolas de Loisy, “Transportation and the Belt and Road Initiative,” Supply Chain Management Outsource Ltd., June 15, 2019.
[6] “World Main Highway and Primary Road Network,” The Geography of Transport Systems, https://transportgeography.org/contents/chapter5/road-transportation/world-road-network/.
[6] Zeeshan Hyder, “All about Solar Roadways: the promise versus the reality,” Solar Reviews, https://www.solarreviews.com/blog/all-about-solar-roadways.


 저자 소개 

데이비드 팸브로우(David Fambrough)는 Mouser Electronics의 테크니컬 라이터이다. 로스트 인 스페이스, 스타 트렉, 제임스 본드가 새로운 혁신이나 새로운 디자인을 이룩하도록 영감을 불어넣는 데에 큰 역할을 했다고 믿고 있다