광안대교의 밤을 밝히는 경관조명, 오징어 채낚기 어선의 휘황찬란한 집어등, 친환경 양식용 특수조명, 전투함이나 특수선 등의 선박조명….
에너지 절감 효과가 뛰어나고 수명이 길어 반영구적으로 사용할 수 있는 LED 조명의 해양분야 응용이 활발하게 추진되고 있다. LED 소자(사진 위)를 이용한 오징어 집어등이 상용화되면 부산 앞바다를 밝히던 오징어 집어등의 환한 불빛(사진 아래)도 추억의 장면이 될 것이다.-채낚기 어선, 해양조명, 집어등, LED, 고효율, 집중조명, 플랑크톤, 오징어 유인, 친환경 조명, 적조조명, 에너지 절감
해양도시이자 국내 최고의 조선기자재 업체들이 밀집한 부산의 지역적 특성과 장점을 살린 해양조명기술 개발과 육성에 대한 지역 학계의 관심이 높다. 조명기술은 국내 대형업체나 다국적 업체들이 장악하고 있지만 이는 육상조명에 한정된 것이고 해양조명은 부산지역을 중심으로 신기술 개발로 연구개발을 선도할 수 있다.
특히 차세대 조명으로 각광받고 있는 LED(Light Emitting Diode·발광 다이오드) 조명을 해양분야에 응용하기 위한 연구가 지역 학계를 중심으로 활발하게 이뤄지고 있다.
LED는 고효율, 에너지 절감의 특성에다 형광등과는 달리 RoHS(유럽 유해물질 제한지침) 물질을 포함하고 있지 않아 친환경적이다. 특히 LED 조명을 적조방제나 양식기술에 응용한다면 파급효과가 커 성장잠재력이 무궁무진하다 할 수 있다.
오징어 집어등 LED 대체 눈앞
LED 조명은 파장에 따라 식물 재배나 해양 분야에 적용할 수 있다. 농작물의 광합성을 도와 성장을 빠르게 하거나 신선도를 오래 유지하게 할 수 있다.
이미 일본에서는 야채를 재배하는 하우스에서 성장을 촉진시키는 파장 450~475㎚의 조명을 사용하고 있다. 또 505~535㎚의 조명을 냉장고에 쓰면 보관하는 야채의 신선도를 더 오래 유지할 수 있다.
또 해양 동식물의 선호 파장을 이용해 높은 어획고를 올리게 하는 등으로 활용이 가능하다. 600~620㎚의 파장은 양식 해조류의 성장을 촉진시키고 특히 480~490㎚는 오징어가 선호하는 청색 파장으로 오징어 채낚기 어선의 집어등용으로 LED 조명을 사용하기 위한 연구가 한창 진행 중이다.
국내에서는 국립수산과학원 동해수산연구소에서 지난해부터 연구를 진행, 기존 집어등보다 에너지 효율이 배 이상 높은 LED 집어등의 초기모델을 개발해 가시적 성과를 내고 있다.
현재 오징어 채낚기 어선은 전체 유류비의 60~65%를 집어등 발전용으로 쓰고 있다. 또 집어등에 쓰이는 메탈 할라이드 램프는 오징어를 유인하는 청색광의 비율이 10%에도 못미친다. 따라서 청색 LED를 집어등으로 사용하면 조도를 1/10로 낮춰도 기존 집어등과 같은 효과를 얻을 수 있다.
또 LED는 지향성이 높아 기존 집어등에 비해 수중 방향으로 빛을 집중, 공중으로 낭비하는 빛을 줄여 더 효율적으로 운용할 수 있다. 앞으로 메탈 할라이드 램프가 LED로 대체되면 부산에서도 볼 수 있을 정도로 동해 바다를 환하게 밝히던 오징어잡이 배의 불빛도 추억의 장면이 될 것이다.
LED 조명 연구의 권위자인 일본 카가와대학 오카모토 교수의 연구에 의하면 같은 오징어 어획량을 얻는데 LED램프의 에너지 소모량은 1/30로 감소했다.
오카모토 교수는 5년 내 1/100 수준으로 감축이 가능할 것으로 보고 있다. 수산 선진국인 일본의 경우 수년 전부터 LED 집어등 개발에 착수, 올해 상용화될 것으로 알려지고 있다.
적조방제·양식어류 성장촉진에도 활용
LED를 이용해 적조방제나 양식장에 활용하는 방법도 연구되고 있다. LED 자외선조명을 이용한 적조제거는 현재의 기술로 당장이라도 활용이 가능하다. 적조를 일으키는 플랑크톤은 대부분 표층에서 수심 7m 사이에 존재한다. 이 플랑크톤을 자외선의 살상력으로 제거할 수 있는 것이다.
배 밑에 LED 램프를 격자 구조로 장착해 적조발생 해역을 운항하면 손쉽게 적조생물을 제거할 수 있다. 현재 유일한 적조 대책인 황토살포는 2차오염 논란을 불러일으켜 지난해 전북도에서는 이 방법을 폐기한 바 있다.
LED를 이용한 조명으로 물고기도 키울 수 있다. 바닷가 육상에 설치한 양식장에서 성장을 촉진하는 파장의 LED조명을 24시간 비추면 에너지를 대폭 절감하면서 양식이 가능하다. 현재 양식장을 공장화해 청정관리 기술을 상용화하는 방안이 추진되고 있다.
해양대 장지호(나노데이터시스템학부) 교수는 "LED 조명의 적조방제나 양식기술 활용은 해외에서는 연구가 이뤄지지 않고 있는 영역"이라며 "부산을 중심으로 연구가 제대로 이뤄진다면 우리나라가 세계적으로 선도적인 기술을 보유하게 될 것"이라고 말했다.
해양환경에 맞는 해양조명
다국적 조명회사 위주로 연구개발 투자가 활발한 육상조명은 소품종 다량생산으로 표준화돼 있다. 반면 해양조명은 연구개발력이 부족한 국내 소형업체 위주로 다품종 소량생산 체제로 표준화가 늦은 실정이다. 해양산업 분야의 조명은 작업등·등대·부표·경관조명 등 항만관리와 선내등·집어등 등 선박용, 수산양식용 조명, 밸러스트수 처리와 환경오염 방제 등 해양환경용에 이르기까지 폭넓은 분야에 적용되고 있다. 겉보기로는 해양조명과 육상조명의 기술적 차이는 크지 않아 보인다. 하지만 해양은 육상과는 다른 환경 요인이 작용한다.
특히 해양이라는 환경의 특수성으로 바닷물에 지속적으로 노출되기 때문에 염분에 견디는 내염성과 뛰어난 방수성이 요구된다. 또 수중 집어등의 경우 높은 압력에 견디는 내수압성도 갖춰야 한다.
현재 해양조명으로의 응용을 위한 연구개발이 활발하게 이뤄지고 있는 LED 조명은 수심 150~200m 정도까지의 내수압·방수기술이 이미 확보돼 있다. LED는 높은 내구성과 소형·경량, 저소비전력 등의 장점으로 육상보다 해양에서의 응용에 더 적합하다.
LED 조명의 보급에는 경제성이 큰 걸림돌로 작용하고 있다. 현재 LED 조명은 1×1㎝ 정도의 칩 여러개가 패키지 형태로 장착돼 하나의 조명기구를 구성한다. 때문에 노트북 백라이트 등의 용도가 아닌 일반 실내 조명으로 사용하려면 가격이 기존 조명에 비해 5배 정도 비싼 실정이다.
하지만 해양조명 분야는 기존 조명장치와 LED의 가격차가 크게 줄어든다. 현재 LED를 해양분야에 상용화하기 위한 기술적 토대는 모두 갖춰져 있는 상태다. 장지호 교수는 "기존에 사용되고 있는 해양조명 장치의 가격이 높기 때문에 LED 조명제품이 경쟁력을 가질 수 있다"며 "상용화의 시너지효과를 거두기 위해 육상과 해양조명 연구자들의 공동연구센터 설립이 필요하다"고 밝혔다.
# 전자와 정공 결합 빛 형태로 에너지 방출
- 전력 소모량 백열·형광등보다 50~80% 절약 다양한 디자인·컬러에 안전성도 높아
발광다이오드(LED)는1923년 반도체에 전압을 가할 때 발생하는 발광 현상을 관측하면서 처음으로 세상에 알려졌다. 기본적으로 p형 반도체와 n형 반도체의 접합으로 이뤄져 있다.
전압을 가하면 전자와 정공(전자에 대응하는 양의 전하를 띤 입자)의 결합으로 반도체가 에너지를 빛의 형태로 방출하는 일종의 광전자 소자이다.
발견 이후 기술적인 문제로 실제 제품은 1960년대 말부터 만들어지기 시작했다. LED는 빛을 내는 물질에 따라 무기와 유기로 구분하지만 기본 발광원리는 똑같다. 최초의 LED는 무기LED였고 유기LED의 개발 역사는 20년 정도밖에 되지 않는다.
LED 조명은 기존 광원에 비해 에너지 절감 효과가 뛰어나고 거의 반영구적으로 사용할 수 있다. 작은 크기의 개별 소자를 조합해 다양한 디자인을 연출할 수 있고 수명이 길어 유지보수비를 절감할 수 있다.
또 파손됐을 때의 안전성도 높으며 훨씬 다양한 컬러를 연출할 수 있다. 백열등의 수명이 1000~1500시간, 형광등이 7500~1만2000시간인데 반해 LED는 2만~10만시간에 달한다. 또 에너지도 백열등이나 형광등에 비해 50~80% 적게 소모한다.
특히 유가 폭등으로 에너지 절감이 화두로 등장하면서 전력 소모량을 대폭 줄일 수 있는 LED 및 응용 제품에 대해 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 지식경제부에서는 2015년까지 30%의 기존조명을 LED로 대체하기 위한 'LED조명 15/30 보급 프로젝트'를 추진하고 있다.
국내 조명의 30%만 LED로 바꿔도 연간 원전 2개 분량의 에너지 절감효과가 있다. 해양대 장지호 교수는 "국내 해양산업이 GDP의 15%, 에너지비용의 20%를 소모하고 있는 실정"이라며 "우선적으로 해양조명만 LED로 대체하더라도 엄청난 에너지 절감효과를 거둘 수 있을 것"이라고 밝혔다.
http://www.mylumi.co.kr/news/578
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