한치환 지음

216페이지/ 신국판(152*224)

15,000원

초판 1쇄 발행 2019년 4월 30일

ISBN 979-11-7022-183-8 03400

분류: 자연과학, 공학, 경제전망

 

 

산업혁명 이후 빠르게 발전하며 달려온 우리의 눈앞에는 대기오염과 지구 온난화라는 큰 문제가 버티고 있다.

이 두 환경문제를 한꺼번에, 제대로 해결하면서 더욱 발전할 방법은 없을까?

 

전화기, 즉 전기화학기기가 그 완벽한 대안이다.

전기화학기기의 발전사와 현재 일어나고 있는 에너지 혁명을 상세하게 다루는 『전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가』를 통해 다시 청정한 공기를 누릴 미래를 만나보자.

 

 

출판사 리뷰

더 이상 환경을 파괴할 수는 없다

인간이 인류에게 편리한 물건을 만들수록 지구의 자연은 파괴되고 있다. 도로만 있으면 자동차를 타고 어디든 빠르게 달려갈 수 있게 되었지만 이 자동차에 사용되는 화석연료 때문에 대기는 계속 오염되고 있고 지구 온난화도 빠르게 진행되고 있다. 지구의 푸르름을 온전하게 누리며 살 수 없는 시대가 된 것이다. 편리하면서도 환경에 부정적인 영향을 미치지 않는 에너지를 개발하고 사용해야 할 때가 되었다.

최근 국내 연구진이 물에 빛을 쪼여 수소를 분해할 수 있는 광촉매의 효율을 엄청나게 높인 새로운 촉매를 개발했다. 이름하여 단원자 구리·이산화티타늄 촉매를 세계 최초로 개발한 것이다.

기존에는 수소를 분해할 때 값비싼 백금이나 이산화티타늄 광촉매를 사용했다고 한다. 비용이 많이 들 수밖에 없는 구조였다. 하지만 이번에 개발된 촉매는 값싼 구리와 티타늄을 사용해 원재료 비용이 거의 들지 않을 정도가 되었으며 이전에 사용하던 광촉매보다 1.5배 뛰어난 성능을 보인다. 성능과 저렴한 가격이라는 두 마리 토끼를 모두 잡은 셈이다.

아직 이 광촉매를 이용한 수소 생산 규모는 실험실에서 생산하는 수준에 그치지만 이후 다양한 산업에 적용하고 상용화가 되면 대기 오염과 지구 온난화를 일으키는 화석연료 자동차에서 수소차로의 전환이 더 빠르게 진행될 것이다.

 

전기화학기기, 환경 보호와 미래 발전이라는 두 마리 토끼를 모두 잡다

이러한 광촉매의 물 분해 현상은 혼다-후지시마 효과(Honda-Fusishina effect)라고도 부르는데, 1967년에 처음 증명된 이후 이후 염료감응 태양전지, 광전기화학전지, 인공 광합성 등의 기술로 응용되었다. 여기서 태양빛으로 전기를 생산할 수 있는 염료감응 태양전지와 수소와 산소를 생산할 수 있는 광전기화학전지가 이 책, 『전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가』의 주인공 전기화학기기(이하 전화기)이다. 이외에도 햇빛의 강도에 따라 색이 변해 투과율을 조절할 수 있는 전기변색 소자, 물을 분해하여 수소를 생산하는 수전해기, 하이브리드 자동차에 장착하면 순간적인 출력을 높여주는 슈퍼 캐퍼시터, 금속을 교체하면 전력을 생산할 수 있는 금속공기전지 등의 다양한 전화기가 있으며 지금도 계속해서 개발되고 있다.

화석에너지의 대체에너지로 크게 전기에너지와 최근 큰 발전을 이룬 수소에너지가 꼽힌다. 그런데 공교롭게도 전기자동차에 들어가는 전지와 수소자동차 안에 들어가는 연료전지가 모두 전화기에 속한다. 특히 전지는 전화기의 대표격이라고 할 수 있다. 결국 청정에너지를 만들어 대기오염 문제와 지구 온난화를 동시에 해결할 수 있는 대안이 바로 전화기인 셈이다. 전화기가 우리의 미래에서 얼마나 중요한 자리를 차지할지 가늠할 수 있는 대목이다.

『전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가』는 이처럼 더 밝은 미래를 만들고 준비하는 데 도움을 주는 책이다. 미래를 예측하는 일은 어렵지만 『전화기는 어떻게 세상을 바꾸는가』가 이야기하는 바를 따르다 보면 미래의 우리가 어떻게 살아갈지 조금이나마 예상할 수 있을 것이다. 그리고 그 미래는 환경 보호와 발전이라는 두 마리 토끼를 모두 잡은 미래일 것이다.

 

 

저자 소개

지은이: 한치환

한치환은 고려대학교 화학과를 졸업한 후 동대학원에서 석사, 박사 학위를 취득하였다. 프랑스 보르도 1대학에서 박사후 과정을 하였고 2003년부터 한국에너지기술연구원에서 책임연구원으로 근무하고 있다.

한국에너지기술연구원에서 수여하는 우수 기술상, 우수 논문상, 우수 직원상을 수상하였고, 2018년에는 미국 캘리포니아 애너하임에서 개최된 ‘테크커넥트 월드 2018(TechConnect World 2018)’행사에서 이노베이션 어워드(Innovation Award)를 수상하였다.

과학기술연합대학원 대학교(UST)의 전임교수로 전기화학기기에 대한 강의를 하고 있으며, 한국전기화학회 광전기화학분과 회장을 맡고 있다. 리튬이온전지, 염료감응 태양전지, 전기변색유리 등 다양한 전기화학기기를 연구하였고 최근 햇빛을 받으면 자동으로 색이 변하는 스마트 유리를 개발하여 기업과 공동으로 상용화를 추진 중에 있다.

 

 

책 속에서

이산화탄소 배출을 줄이려면 전기자동차나 연료전지 자동차가 활성화되어야 합니다. 그런데 공교롭게도 전기자동차의 핵심인 전지(배터리)와 연료전지 자동차의 핵심인 연료전지 모두 전기화학기기(전화기)입니다. 이외에도 수많은 전기화학기기, 예를 들어 태양빛으로 전기를 생산할 수 있는 염료감응 태양전지, 햇빛의 강도에 따라 색이 변해 투과율을 조절할 수 있는 전기변색 소자, 물을 분해하여 수소를 생산하는 수전해기, 하이브리드 자동차에 장착하면 순간적인 출력을 높여주는 슈퍼 캐퍼시터, 금속을 교체하면 전력을 생산할 수 있는 금속공기전지 등이 미래 청정에너지와 관련이 있습니다. 대기오염 문제와 지구 온난화를 동시에 해결할 수 있는 대안이 바로 전화기(전기화학기기)인 것입니다.

–

제레미 리프킨은 저서 『3차 산업혁명』에서 3차 산업혁명의 핵심을 다음의 다섯 가지로 요약했습니다.

 

⑴ 재생 가능 에너지로 전환한다.

⑵ 건물에 재생 가능 에너지를 도입하여 에너지 생산과 소비를 효율적으로 한다(미니 발전소).

⑶ 수소 저장 기술, 전력 저장 기술을 보급하여 불규칙적으로 생산되는 에너지를 보존한다.

⑷ 인터넷 기술을 활용하여 각 대륙 간 동력 그리드를 인터넷과 동일한 원리로 작동하는 에너지 공유 인터그리드로 전환한다.

⑸ 교통수단을 전기자동차 및 연료전지 차량으로 교체하고 양방향 스마트 동력 그리드 상에서 전기를 사고팔 수 있게 한다.

 

즉 이 책에서 다루는 전기화학기기 및 재생에너지와 스마트 그리드가 3차 산업혁명의 핵심이라는 말입니다.

–

재생에너지경제는 석유경제와 크게 다른 점이 있습니다. 석유경제가 한 곳에서 집중적으로 원유를 정제하여 필요한 곳에 분배하는 대량생산체계라면 재생에너지경제는 여러 곳에서 분산해서 생산하고 분산 소비하는 분산에너지체계입니다. 에너지를 생산하는 주체도 정부나 대기업에서 개인으로 바뀝니다. 그런데 자기가 생산한 에너지만 소비하라는 법은 없습니다. 태양빛이 좋아서 소비량보다 많은 전기를 생산할 경우 필요한 다른 가구에 보내 사용하게 할 수 있습니다. 말하자면 에너지를 거래하는 것이지요. 거래를 하려면 신용 있는 화폐가 필요합니다.

 

 

차례

들어가며 · 7

 

1장 | 에너지 혁명

1. 재생에너지와 스마트 그리드 · 18
2. 분산에너지와 제로에너지 하우스 · 29
3. 재생에너지와 원격조정·자율주행 시스템 · 43
4. 블록체인과 신재생에너지 · 48
5. 생체 보조 로봇과 바이오배터리 · 56
6. 화석에너지를 대체할 인공 광합성 · 62
7. 인공지능과 에너지 전환 · 71

2장 | 전화기

1. 최초의 전지: 볼타전지 · 80
2. 건전지: 세고 오래가는 알칼라인 망간전지 · 89
3. 최초의 충전 가능한 전지: 납축전지 · 94
4. 리튬전지: 왜 리튬인가? · 99
5. 휴대전화를 휴대전화답게: 리튬이온전지 · 105
6. 전기자동차용 리튬이온전지 · 114
7. 염료감응 태양전지: 광전기화학형 태양전지 · 126
8. 창문에서 전기를 생산하는 염료감응 태양전지 모듈 · 134
9. 똑똑한 유리창: 스마트 윈도 · 139
10. 수소로 전기를 생산하는 연료전지 · 145
11. 수소와 산소를 생산할 수 있는 광전기화학전지 · 155
12. 에너지 밀도가 월등히 높은 금속공기전지 · 160
13. 대규모 전력 저장을 가능케 하는 레독스흐름전지 · 167
14. 출력 특성이 좋은 슈퍼 캐퍼시터 · 175

 

마치며 · 181

후기 · 187

 

부록 | 이공계 전공 학생을 위한 기본 개념

1. 전도체의 일함수 · 192
2. 산화환원반응과 산화제, 환원제 · 196
3. 표준수소전극과 기준전극 · 199
4. 산과 염기 · 202
5. 전기와 자기 및 유도전류 · 206
6. 반도체 물질의 밴드이론 · 211

 

제프리 베네트 지음, 이유경 옮김

248 페이지/ 신국판(152*224)

15,000원

초판 1쇄 발행 2019년 5월 17일

ISBN 979-11-7022-177-7 03400

분류: 과학 일반, 물리학

 

 

2019년 4월 10일, 인류 역사 최초로 블랙홀을 촬영한 사진이 공개되었다.

드디어 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 궁극적으로 증명된 것이다.

그렇다면 이제는 블랙홀을 여행할 차례다.

여행을 떠나기 전, 상대성 이론이 무엇인지부터 알아보자.

『상대성 이론이란 무엇인가』는 우리가 블랙홀을 여행할 때 겪을 놀라운 현상들을 생생하게 보여주며 아인슈타인의 상대성 이론을 재미있게 소개한다.

 

 

출판사 리뷰

블랙홀 관측 성공으로 104년 만에 ‘일반 상대성 이론’이 입증되다

2019년 4월 10일, 아침부터 실시간 검색어에 ‘블랙홀’이 올라와 밤 늦게까지 사라지지 않았다. 이날 밤에 세계 최초로 블랙홀의 모습이 공개된다는 뉴스 때문이었다.

오후 10시, 드디어 블랙홀의 증거와 모습이 사진으로 공개되었다. 블랙홀의 강한 중력으로 왜곡된 주변 천체의 빛이 블랙홀을 붉게 휘감고 있는 사진이 포털 사이트의 1면을 장식했다. 촬영된 블랙홀은 거대은하 M87의 중심부에 있는 블랙홀로 지구로부터 5500만 광년 떨어져 있으며 무게는 태양 질량의 65억 배에 달한다고 한다. 예전부터 말로만 듣고 상상도로만 보았던 블랙홀의 진짜 모습을 드디어 볼 수 있게 된 것이다.

104년 전, 블랙홀을 관측할 수 없을 뿐만 아니라 블랙홀의 존재조차 확실하지 않을 시절, 아인슈타인은 중력에 의해서 시공간이 휜다는 일반 상대성 이론을 발표하였다. 그리고 104년 만에 그의 이론이 완벽하게 맞았음이 입증되었다.

아인슈타인이 옳았다!

 

복잡한 수식과 공식 없이 쉽고 재미있게 만나는 상대성 이론

수포자(수학을 포기한 사람) 혹은 과포자(과학을 포기한 사람)라서 ‘상대성 이론’이라는 단어에 지레 겁먹고 책을 멀리하고 싶어진다면 그러지 않기를 바란다. 『상대성 이론이란 무엇인가』는 ‘쉽게’ 썼다며 온갖 수식과 공식이 꽉꽉 들어차 있는 다른 과학 이론서들과 다르다. 정말로 쉽게 쓰여진 이 책에는 수식도 공식도 없으며(소수의 수학을 포기하지 않은 독자들을 위해 아주 가끔 등장하긴 하지만 빼고 읽어도 내용을 이해하는 데는 아무 문제가 없다) 내용이 조금이라도 어려워진다 싶으면 친절하게 그림을 등장시켜 우주로 탈출하려 하는 우리의 영혼을 블랙홀이 빛을 잡아당기듯 단단히 붙잡아준다.

‘시간과 공간은 하나이며 시공간은 중력에 의해 휘어진다’는 영 이해 못할 일반 상대성 이론의 개념도, 세상에서 가장 유명한 공식 E=MC²이 나오는 특수 상대성 이론도 『상대성 이론이란 무엇인가』를 읽으면 완벽하게 이해할 수 있다. 특히 특수 상대성 이론은

1. 자연의 법칙은 누구에게나 똑같다.
2. 빛의 속도도 누구에게나 똑같다.

이 두 가지 원칙만 받아들이면 아주 쉽게 이해할 수 있다.

이 책은 관측 성공으로 다시 주목 받고 있는 블랙홀을 두고 우리가 만약 블랙홀을 여행한다면 어떨지를 화두로 던지며 이야기를 풀어나간다. 사람들 대부분은 태양이 갑자기 블랙홀이 되면 그 블랙홀이 순식간에 지구와 태양계의 다른 행성들을 빨아들여 없애버릴 것이라고 생각한다. 하지만 『상대성 이론이란 무엇인가』의 저자이자 천체물리학자인 제프리 베네트는 ‘블랙홀은 빨아들이지 않는다’고 말한다. 태양이 블랙홀이 되어도 지구는 여전히 그 블랙홀을 중심으로 공전한다는 것이다. 강력한 중력 때문에 빛조차 블랙홀에서 빠져나올 수 없다는데 어째서 지구가 무사한 걸까?

『상대성 이론이란 무엇인가』를 읽어 보면 그 이유를 알 수 있다. 궁금하지 않은가?

 

 

저자 소개

지은이: 제프리 베네트 | Jeffrey Bennett

제프리 베네트는 미국물리학회가 수여하는 과학커뮤니케이션상의 2013년 수상자로 캘리포니아대학교 샌디에이고 캠퍼스에서 생물물리학 학사학위를 받고 볼더 소재 콜로라도대학교에서 천체물리학 석사 및 박사 학위를 받았다. 그는 천문학, 천체생물학, 수학, 통계학의 베스트셀러 교재를 쓰는 주요 저자이며 일반 대중과 어린이들을 위해 많은 책을 쓰고 상을 받았다.

 

옮긴이: 이유경

이유경은 부산대학교 영어영문학과를 졸업하고 시사영어사 학습자료부와 번역회사에서 근무했다. 옮긴 책으로는 『50년간의 세계일주』, 『두뇌와의 대화』, 『여자 경제독립 백서』, 『브로커, 업자, 변호사 그리고 스파이』, 『내 몸이 새로 태어나는 시간 휴식』, 『황금법칙』, 『아프지 않은 마음이 어디 있으랴』, 『돈의 대폭락』, 『감정의 자유』, 『울트라라이트 스타트업』, 『위대한 탐정 셜록 홈즈』, 『피벗하라』, 『왕좌의 게임으로 배우는 비즈니스』 등이 있다.

 

 

책 속에서

기존의 상식에 따르면 우리는 두 사건이 동시에 일어났는가 아니면 한 사건이 다른 사건보다 먼저 일어났는가에 대해 모든 사람이 의견이 같아야만 한다고 생각한다. 예를 들어 당신이 사과 나무 두 그루에서 각각 사과 한 개씩(하나는 빨간 사과, 하나는 녹색 사과)이 땅에 동시에 떨어지는 것을 본다면 당신은 다른 사람들도 모두 두 사과가 동시에 땅에 떨어졌다고 생각할 것으로 기대한다(두 나무에서 오는 빛의 이동 시간의 차이를 감안했다고 가정할 경우). 마찬가지로 녹색 사과가 빨간 사과보다 먼저 땅에 떨어지는 것을 봤는데 어떤 사람이 빨간 사과가 먼저 땅에 떨어졌다고 말한다면 당신은 매우 놀랄 것이다. 자, 그럼, 이제 놀랄 준비를 하시라.

–

이들 아이디어를 명확히 이해하기 위해 당신의 블랙홀 여행을 다시 한 번 생각해보자. 빛의 속도에 가까운 속도를 내기 위해, 그리고 지구로 돌아오기 위해 당신은 엄청나게 가속을 했다. 이 가속은 극도로 강한 중력과 같고, 일반 상대성 이론에 따르면 가속하는 기간 동안 당신의 시계는 지구의 시계보다 훨씬 더 느리게 간다. 그래서 지구에 돌아왔을 때 당신은 지구 사람들보다 나이가 적게 들어 있다.

좋은 소식도 있다. 앞에서 우리는 거의 즉각적인 가속을 하는 것으로 가정했다. 그러다 보니 당신에게 얼마만큼의 시간 지연이 일어나는가를 계산하기는 쉬웠지만(특수 상대성 이론의 간단한 공식을 사용할 수 있었다) 가속의 힘 때문에 당신이 죽는다는 단점이 있었다. 우리는 당신에게 이제 더 안전한 여행을 제공할 수 있다.

 

 

추천사

“『상대성 이론이란 무엇인가』는 잘 썼고 매우 읽기 쉬운 책으로 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론을 훌륭하게 소개한다. 제프리 베네트는 상대성이라는 주제를 과장하여 허풍 떨거나 극적으로 만들지 않고 과학적 사실에 충실하면서도 분명하고 흥미롭게 썼다.”

알베르토 니콜리스(Alberto Nicolis)_ 컬럼비아대학교 물리학과 교수

 

“10여 년 전, 제프리 베네트와 그의 동료들이 쓴 『우주적 관점(Cosmic Perspectives)』이 출간된 이래로 나는 상대성 이론에 관한 탁월한 내용 덕분에 이 책을 자주 이용하고 있다. 그런데 우리가 시간과 공간을 과학적으로 혹은 개인적으로 바라볼 때 상대성 이론이 왜 중요한지를 이야기하는, 사려 깊은 견해와 풍부한 그림을 곁들인 상대성 이론만을 위한 새로운 책이 나오다니! 정말 멋진 일이다.”

데이비드 J. 헬팬드(David J. Helfand)_ 미국천문학회 회장, 캐나다 퀘스트대학교 총장 겸 부총장

 

“나는 상대성 이론을 소개한 책을 많이 읽었지만 이 책만큼 명료하고 계속 읽게 만드는 힘이 있는 책은 보지 못했다. 특수 상대성 이론과 일반 상대성 이론의 근본적으로는 단순하면서도 일상의 상식을 깨는 아이디어들을 이해하고 싶은 모든 이에게 『상대성 이론이란 무엇인가』를 추천한다. 누구나 이해하기 쉽고 또 흥미롭다.”

세스 쇼스탁(Seth Shostak)_ 외계 지적생명체 탐사(SETI) 연구소 선임 천문학자

 

 

차례

프롤로그  · 9

 

Ⅰ: 시작

1. 블랙홀 여행· 15

Ⅱ: 아인슈타인의 특수 상대성 이론

2. 달리는 빛· 45
3. 시간과 공간을 다시 정의하다· 69
4. 새로운 상식· 99

 

Ⅲ: 아인슈타인의 일반 상대성 이론

5. 뉴턴의 불합리성· 125
6. 중력을 다시 정의하다· 151

 

Ⅳ: 상대성이 지니는 의미

7. 블랙홀· 187
8. 팽창하는 우주· 221

 

에필로그: 당신이 우주에 남긴 흔적  · 243

 

감사의 말  · 247