에너지 위기의 시대, 대한민국 중소기업이 혁신적인 해법을 제시하며 전 세계의 이목을 집중시키고 있다. ㈜제노랩(대표이사 이승권)은 건축물 내부의 자연적인 공기 흐름, 즉 ‘연돌 효과(Stack Effect, 이하 연돌 효과)’를 활용해 전기를 생산하는 XENO 발전기를 개발, 에너지와 건축산업의 새로운 패러다임을 예고하고 있다.

 

연돌효과 활용한 ‘XENO 발전기’... 에너지 산업의 패러다임 전환 예고

 

연돌효과를 활용한 XENO 발전기는 에너지 손실을 획기적으로 줄여 기존 발전기 대비 약 20% 이상 향상된 발전 효율을 자랑한다. 이는 등급이 높은 재료 구입 및 유지, 보수 비용 상승, 미미한 효율 상승이라는 기존 발전기의 한계를 극복한 혁신적인 성과이다. 특히, 최대부하 실험인 쇼트(합선) 시에도 발전기가 멈추거나 코일과 주변 전자부품에 발열과 화재가 없는 안전성은 XENO 발전기의 중요한 특징이다.

 

또한 XENO 발전기는 ‘기존 발전 시스템의 숙제‘ 였던 역기전력 문제를 전류를 양방향으로 흐르게 하여 힘의 방향을 상쇄시키는 독창적인 방식으로, 부하가 걸려도 입력 에너지 증가를 최소화하면서 발전 효율을 극대화하는 혁신적인 설계를 채택했다.

 

회전자 토오크 최소화, 회전 손실 최소화, 권선 발열 최소화, 와전류 손실 최소화 등 핵심 기술을 통해 XENO 발전기는 토크를 20% 수준으로 낮추고, 고전류·저전압 부하에서도 높은 발전 효율을 보인다. 산업용 발전기로 운용 시 연료를 20% 절감할 수 있으며, 풍력 발전기로 적용 시 저풍속은 물론 태풍 상황에서도 정격 출력이 가능하다. 자동차, 선박 등의 알터네이터에 적용할 경우 엔진 연비가 대폭 향상되는 효과도 기대할 수 있다. 

 

이승권 ㈜제노랩 대표는 “한국기계전기전자시험연구원 실험 결과, 기존 발전기의 Input 대비 Output(최대효율이 아닌 정격 효율)이 60%인데 반해 XENO 발전기는 94%라는 놀라운 효율을 입증했다”고 말했다.

 

제노랩, 환경 의존성, 안전성 논란 없는 새로운 에너지 솔루션 제시

 

지구 온난화로 인한 기후 변화의 위협과 화석 연료 고갈이라는 피할 수 없는 현실 앞에서, 인류는 지속 가능한 에너지 시스템으로의 전환이라는 절체절명의 과제에 직면해 있다. 태양광, 풍력, 수력, 원자력 등 기존의 신재생에너지원들은 탄소 배출 감소에 기여해 왔지만, 환경 의존성, 안전성 논란, 간헐적인 발전 효율 등의 숙제를 안고 있었다. 이러한 상황 속에서, ㈜제노랩이 건축물 내부의 자연적인 공기 흐름, 즉 ‘연돌 효과’를 혁신적으로 활용하여 전기를 생산하는 발전기를 개발했다. 

 

건물 속 숨겨진 에너지, 연돌 효과(Stack Effect)의 원리

온도 차로 인한 공기 밀도 변화, 수직 공기 흐름이 에너지원

 

▲ 연돌효과 원리  © 특허뉴스

연돌 효과(Stack Effect)는 온도 차이로 인해 발생하는 공기의 밀도차이에 의해 나타나는 자연적인 현상이다. 건물 내부에서 따뜻한 공기는 밀도가 낮아 위로 상승하고, 차가운 공기는 밀도가 높아 아래로 하강하는 대류 현상이 발생한다. 이러한 공기의 수직적인 이동은 건물 내부에 일정한 공기 흐름을 형성하며, 이는 잠재적인 에너지원이 된다.

 

실제, 건축물의 자연적인 공기 흐름, 즉 연돌 효과를 이용한 발전 기술은 에너지 업계의 오랜 숙원이었다. 일본 등 해외 기업을 비롯한 국내 대기업 등에서도 획기적인 에너지 생산 방식으로 인식하고 관련 연구 개발에 뛰어들었지만, 상용화엔 실패했다. 그 이유는 발전 과정에서 발생하는 발열로 인한 화재에 대한 위험성 문제 때문이었다. 이 때문에 전세계 메이저 건축물 관련 회사들은 이미 연돌 효과 발전 장치의 잠재력을 인지하고 있었지만, 발전기에서 발생하는 고열 때문에 실제 건물에 적용하진 못했다. 

 

하지만 ㈜제노랩이 이 난제를 해결하고 에너지 산업의 새로운 지평을 열어가고 있다. 제노랩은 연돌 효과 발전기의 핵심적인 걸림돌이었던 발열 문제를 혁신적인 코일 설계 시스템을 통해 발열을 획기적으로 낮추는 데 성공했다. 이는 기존의 시도들이 극복하지 못했던 화재 안전성을 확보하며, 연돌 효과 발전 기술의 상용화에 청신호를 켰다는 평가를 받고 있다.

 

안전은 건축물의 가장 중요한 요소이기 때문에, 아무리 효율적인 발전 방식이라 할지라도 화재 위험을 안고 있다면 현실적인 대안이 될 수 없기 때문.

 

▲ 기존 건축물에 연돌효과를 활용한 XENO 발전기를 설치해 RE100 빌딩시대를 기대할 수 있다.  © 특허뉴스

업계 관계자들은 제노랩의 기술 혁신이 에너지 산업에 가져올 파급력에 주목하고 있다. 화재 위험이라는 근본적인 문제를 해결함으로써, 연돌 효과 발전기는 RE100 빌딩 시대를 앞당기는 핵심 기술로 부상할 가능성이 커졌다. 건물 자체의 자연적인 힘을 활용하여 안전하고 지속 가능한 에너지를 생산할 수 있다면, 에너지 자립률을 높이고 탄소 배출량을 줄이는 데 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

 

출처=Gemini © 특허뉴스

건물 자체가 발전소, 연돌 효과 발전 기술의 혁신

외부 제약 없는 안정적인 에너지 생산, 저발열 안전 설계

 

㈜제노랩 연돌 효과 발전 기술은 건물 자체가 숨 쉬는 듯한 자연 현상을 에너지원으로 삼는다는 점에서 매우 혁신적이다. 외부 환경의 제약 없이 안정적인 에너지 생산이 가능하며, 특히 저발열 코일 설계로 화재 위험을 획기적으로 낮췄다는 점은 기존 에너지 발전 시스템의 안전성 문제를 근본적으로 해결한 성과로 평가받는다. 이는 곧 제로에너지 빌딩의 현실화를 성큼 앞당기는 핵심 기술로, 에너지 위기 시대의 지속 가능한 해법으로 기대를 모으고 있다.

 

신재생에너지의 딜레마, (주)제노랩이 해법을 제시하다

기존 에너지원의 문제점 극복, 건축물을 새로운 에너지 플랫폼으로

 

기존의 주요 신재생에너지원들은 각각 고유한 문제점을 안고 있다. 태양광 발전은 넓은 설치 면적과 일조량에 따른 발전 효율 변동성, 폐패널 처리 문제 등이 문제로 지적받아 왔고, 풍력 발전은 소음 발생, 주변 환경 파괴, 바람의 세기에 따른 불안정한 발전량 등이 한계로 작용한다. 수력 발전도 댐 건설로 인한 생태계 파괴, 지형적 제약 등이 문제점으로 거론되어왔고, 원자력 발전은 높은 건설 비용, 방사능 유출 위험, 핵폐기물 처리 문제 등 안전성과 환경 문제에서 자유롭지 못하다.

 

이처럼 기존 신재생에너지원들이 가진 근본적인 한계를 극복하기 위해, ㈜제노랩은 건축물이라는 새로운 에너지 발전 플랫폼에 주목했다. 건물 내부에서 자연적으로 발생하는 연돌 효과는 외부 환경의 변동성에 크게 영향을 받지 않으며, 특히 도심 지역의 고층 건물에서는 상당한 규모의 공기 흐름이 발생한다. ㈜제노랩은 이러한 잠재적인 에너지를 포착하여 지속 가능하고 안전한 에너지 생산 시스템을 구축하는 데 성공했다.

 

(주)제노랩 연돌 효과 발전기의 핵심 기술

고효율 설계, 저발열 안전 코일, 스마트 제어 시스템 융합

 

▲ (주)제노랩 이승권 대표이사  © 특허뉴스

㈜제노랩의 연돌 효과 발전기는 이러한 건물 내부의 공기 흐름을 효율적으로 포착하여 기계적인 에너지로 변환하고, 이를 통해 전기를 생산하는 혁신적인 발전기다. 이번에 개발된 연돌 효과 발전기는 첫째, 특수 설계된 공기 흡입 및 배출 구조이다. 건물 내부의 연돌 효과를 극대화하기 위해 최적화된 공기 흡입구와 배출구를 설계하여 공기의 흐름을 효율적으로 유도한다. 둘째, 고효율 터빈 및 발전 시스템으로, 유입된 공기의 운동 에너지를 최대한 전기에너지로 변환하기 위해 특수 제작된 고효율 터빈과 발전 시스템을 적용한다. 셋째, 저발열 안전 코일 설계로, 발전 과정에서 열 발생을 최소화하는 독자적인 기술을 통해 화재 위험을 원천적으로 줄였다. 이는 에너지 효율을 높이는 동시에 안전성을 확보하는 핵심 기술이다. 넷째, 스마트 제어 시스템 적용으로 건물 내부의 온도, 기압, 공기 흐름 등의 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석하여 발전 시스템을 최적의 상태로 제어하는 스마트 제어 기술을 적용한다. 

 

이승권 대표는 “이러한 핵심 기술들의 융합을 통해 ㈜제노랩의 연돌 효과 발전기는 안정적이고 지속 가능한 에너지 생산을 가능하게 하며, 특히 안전성 측면에서 기존 에너지 발전 시스템의 한계를 극복했다는 점에서 큰 의미를 갖는다.”고 강조했다. 

 

제로에너지 빌딩 시대의 핵심 동력

건물 에너지 자립 실현, 탄소 배출 감축, 경제적 이점까지

 

제로에너지 빌딩은 건물 운영에 필요한 에너지를 자체적으로 생산하여 에너지 소비를 최소화하는 건축물을 의미한다. 이를 위해서는 고단열 설계, 고효율 설비, 그리고 신재생에너지 발전 시스템의 통합이 필수적이다. ㈜제노랩의 연돌 효과 발전기는 건물 내부에 설치되어 외부 환경의 영향을 최소화하면서 안정적인 에너지 생산을 가능하게 함으로써, 제로에너지 빌딩 구현의 핵심적인 역할을 수행할 것으로 보인다. 

 

▲ 출처=freepik  © 특허뉴스

연돌 효과 발전기가 제로에너지 빌딩 현실화에 기여하는 주요 측면은 먼저, 건물 내 유휴 공간 활용이다. 건물 내부의 샤프트, 계단실, 아트리움 등 활용되지 않는 공간에 발전 시스템을 설치하여 토지 이용 효율성을 극대화하고 추가적인 건설 비용을 절감할 수 있다. 또한 안정적인 에너지 공급이 가능하다. 외부 환경 변화에 민감한 태양광이나 풍력과 달리, 건물 내부의 연돌 효과는 비교적 안정적인 에너지원을 제공하여 건물 운영에 필요한 기본적인 전력을 지속적으로 공급할 수 있고, 발전된 잉여 전기는 재판매할 수 있다. 특히, 에너지 자립률을 향상 시킨다. 건물 자체적으로 에너지를 생산함으로써 외부 에너지 의존도를 낮추고 에너지 자립률을 획기적으로 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 탄소배출권 판매 등 장점도 뒤따른다. 무엇보다, 화석 연료 사용을 줄이고 친환경적인 에너지 생산을 통해 건물의 탄소 배출량을 획기적으로 감축하여 지속 가능한 도시 환경 조성에 기여 할 수 있다.

 

▲ XENO 발전기 시제품 실험결과, 입/출 풍속이 일정하게 유지되면서 높은 전기 생산 효율을 확인했다.  © 특허뉴스

에너지 위기 극복의 새로운 대안... 도시 에너지 시스템의 혁신을 꿈꾸다

고층 빌딩 밀집 지역 에너지 자립, 탄소 배출량 감소 기대

 

㈜제노랩의 연돌 효과 발전기는 단순히 건물의 에너지 효율을 높이는 것을 넘어, 도시 전체의 에너지 시스템을 혁신할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 특히 고층 빌딩이 밀집된 도심 지역에서 이 기술이 널리 적용된다면, 도시 에너지 자립률 향상과 탄소 배출량 감소에 상당한 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

 

글로벌 에너지 위기는 더 이상 간과할 수 없는 현실이다. 화석 연료의 고갈과 환경 오염 심화는 인류의 지속 가능한 발전을 위협하는 심각한 문제로 대두되고 있다. 이러한 상황에서 ㈜제노랩의 연돌 효과 발전 기술은 안전하고 지속 가능한 에너지 생산의 새로운 가능성을 제시하며 에너지 위기 극복의 중요한 대안으로 떠오르고 있다.

 

이승권 대표는 "연돌 효과 발전기는 건물이라는 기존의 인프라를 활용하여 친환경 에너지를 생산하는 혁신적인 기술"이라며, "우리의 기술이 에너지 위기 시대에 인류의 지속 가능한 발전에 기여할 수 있기를 희망한다"고 밝혔다.

 

㈜제노랩은 연돌 효과 발전 기술을 통해 ▲지속 가능한 도시 에너지 생태계 구축 ▲에너지 안보 강화 ▲새로운 산업 및 시장 창출 ▲글로벌 에너지 문제 해결 등 위기에 빠진 환경과 에너지 문제에 패권 기술로써 비전을 제시하고 있다.

 

㈜제노랩은 지속 가능한 도시 에너지 생태계 구축으로 건물 에너지 자립률을 높이고 도시 전체의 탄소 배출량을 감축하여 친환경적인 도시 환경 조성을 목표로, 외부 에너지 의존도를 낮추고 안정적인 자체 에너지 생산 시스템을 구축하여 국가 에너지 안보 강화에 기여할 계획이다. 

 

특히, 연돌 효과 발전 기술 관련 산업 생태계를 조성하고 새로운 비즈니스 모델을 창출하여 경제 성장은 물론, 혁신적인 기술을 전 세계에 보급하여 지구촌 에너지 문제 해결에 동참해 글로벌 에너지 문제 해결에 앞장선다는 목표다.

 

지속적인 연구 개발과 협력으로 미래를 열다

다양한 건축물 맞춤 솔루션 제공, 제로에너지 빌딩 시대 선도

 

㈜제노랩은 앞으로도 지속적인 연구 개발을 통해 연돌 효과 발전 기술의 효율성과 적용 범위를 확대하고, 다양한 건축물 및 도시 환경에 최적화된 솔루션을 제공할 계획이다. 또한, 관련 산업과의 협력을 강화하고 적극적인 시장 개척을 통해 제로에너지 빌딩 시대를 선도하는 기업으로 성장을 예고했다.

 

굴뚝에서 금맥을 캐는 혁신적인 아이디어와 끊임없는 연구 개발 노력으로 탄생한 ㈜제노랩의 연돌 효과 발전 기술이 만들어갈 지속 가능한 에너지 미래가 주목된다. 이는 환경 문제와 에너지 고갈이라는 글로벌 도전 과제에 대한 ㈜제노랩의 깊은 고민과 지속 가능한 에너지 생산을 향한 끊임없는 연구 개발 노력이 결실을 맺은 결과이다.

 

미래 산업을 선도할 ‘XENO 발전기’의 무한한 가능성

전동 휠체어, 국방, 풍력 발전, 전기 자전거 등 적용 기대

 

뿐만 아니라, ㈜제노랩의 혁신적인 기술은 2026년 68.4억 달러의 수요가 예측되는 전 세계 전동 휠체어 시장에도 적용할 계획이다. 고효율 모터와 급속 배터리 충전기 적용을 통해 기존 전동 휠체어 대비 20% 향상된 출력과 90% 이상 단축된 충전 시간을 제공하여 사용자의 편의성을 극대화할 것으로 기대된다. 또한, 국방부 전차용 송풍기 조립체 개조 개발 사업에 참여하여 RPM 35% 이상 향상, 송풍량 25% 이상 증가, 경량화 10% 이상이라는 괄목할 만한 성능 향상을 목표로 하고 있다.

 

▲ XENO 발전기 적용분야/전기를 사용하는 대부분의 산업군에 적용이 가능해 파급효과가 클 것으로 기대된다  © 특허뉴스

이 외에도 소수력발전기, 고속도로 중앙분리대용 풍력발전기 설치, 자가발전 전기자전거 개발 등 다양한 분야에서 (주)제노랩의 혁신적인 기술이 활용될 잠재력을 보여주고 있다.

XENO 발전기는 전기 오토바이, 케이블 없는 가로등, 전기차, 선박, 항공우주, 로봇, 방산 분야, 가전, 드론 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 국토교통부 사업에서 전력 공급선이 필요 없는 터널등, 가로등, 가로표시등 설치 공사에 선정되기도 했다. 

 

에너지 자립 섬 마이크로 발전소, 스마트 시티 마이크로 발전소, 에너지 제로 빌딩과 아파트, 스마트팜 등 다양한 분야에 적용되어 미세먼지 없는 쾌적한 무정전 도시, 전기요금 제로 아파트 등을 현실화하는 데 기여할 것으로 기대된다. 또한 뛰어난 내구성과 효율성, 낮은 유지보수 및 에너지 소비량, 그리고 가격 경쟁력을 바탕으로 전기차, 가전, 산업기계, 드론, 항공, 선박 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다.

 

RE100 실현과 에너지 자립형 건물 시대 개척

기존 건물 활용, 에너지 효율 극대화, 탄소 배출권 확보 기회

 

㈜제노랩에서 개발한 저발열, 고효율 발전기는 다가오는 RE100 시대에 가장 필요한 기술로 주목받고 있다. 

RE100 캠페인은 기업이 필요한 전력량의 100%를 재생에너지로 사용하겠다는 자발적인 글로벌 이니셔티브로, Google, Apple, BMW 등 전 세계 유수의 기업들이 참여하고 있으며, 국내에서도 SK, 삼성, 현대, LG 등 주요 그룹들이 RE100 가입을 선언하며 재생에너지 사용 확대를 요구받고 있는 상황이다.

 

▲ 연돌효과를 활용한 XENO 발전기 적용으로 도심 빌딩의 RE100을 현실화하고, 도시 전체의 전기 자급화가 가능해질 것으로 기대된다.  © 특허뉴스

이승권 대표는 “㈜제노랩의 연돌 효과 활용 발전기 기술은 예측 불가능한 외부 환경에 의존하는 기존 풍력 발전기의 한계를 극복하고, 건축물 내부의 안정적인 연돌 효과를 활용하여 고효율의 안전한 전력을 제공한다.”며, “건물 내 유휴 공간을 활용하여 신축 및 기존 건물에 용이하게 설치 가능하며, 국내 공기업 및 대기업 등에서 개발 의뢰가 진행 중”이라고 밝혔다. 현재 ㈜제노랩은 국내 고층 건물 약 23만 4천여 동이라는 막대한 잠재 시장을 확보하고 있으며, 중동, 중국, 일본 등 해외 시장 진출 또한 준비 중이다.

 

㈜제노랩의 기술은 RE100 실생활화 및 에너지 제로 빌딩 구현에 핵심적인 역할을 수행할 것으로 기대된다. 기존 건물 및 신축 건물에 연돌 효과 시스템 도입을 통해 자체 에너지 효율을 극대화하고, 남는 에너지를 판매하여 에너지 수익형 건물 구현 및 에너지 제로 빌딩 시대를 앞당길 수 있다. 기업들은 RE100 달성을 현실화하고, 탄소 배출권 확보를 통해 경쟁력도 강화할 수 있다.

 

이처럼 연돌 효과를 활용한 ㈜제노랩 XENO 발전기는 지난해 제19회 대한민국 유망특허기술대상 시상식에서 에너지 부문 대상을 수상하며, ㈜제노랩의 기술력을 한번 더 인정받았다. 굴뚝에서 피어나는 희망, ㈜제노랩의 연돌 효과 발전 혁신 기술이 상용화되고 확산되어 지속 가능한 미래 에너지 사회를 향한 담대한 여정을 이끌어갈 것으로 전망된다. 

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