혹등고래와 풍력발전

거대한 몸집을 가진 혹등고래

"자연은 위대한 스승이다."라는 말은 르네상스 시대를 대표하는 과학자 레오나르도다빈치가 한 말이다. 과학과 공학에서 자연으로부터 영감을 얻거나 모방하여 풀리지 않던 문제들을 해결하려는 시도는 그 역사가 꽤 오래됐다. 자연모사공학이라고 불리는 이 학문은 다양한 성과를 통해 각광받고 있다. 차세대 청정에너지로 각광받는 풍력발전과 혹등고래 그 둘 사이에는 어떤 연관성이 있을까.

혹등고래는 몸길이가 11~16m에 몸무게는 30~40t이나 되는 거대한 고래이다. 혹등고래의 지느러미는 비행기 날개처럼 단면이 위로 볼록한 모양인데, 지느러미에는 혹처럼 생긴 돌기가 나 있다. 물속에서 생활하는 동물에게 있어 울퉁불퉁한 혹과 같은 돌기는 물의 저항을 최소화해야 할 바다생물에게는 상당히 불편해 보인다. 하지만 혹등고래는 매우 무겁고 큰 몸을 가졌지만 잠수를 하거나 방향을 바꿀 때 놀라울 정도로 민첩하고 빠르다. 혹등고래의 이러한 민첩한 몸돌림은 녀석에게 있는 지느러미의 울퉁불퉁한 돌기 덕분이다.

혹등고래의 지느러미에는 많은 혹(돌기)이 나 있다

혹등고래의 지느러미는 몸길이의 거의 3/1이나 되기 때문에, 물의 저항을 줄이는 것은 매우 중요하다. 이를 위해 혹등고래의 지느러미에는 많은 혹(돌기)이 있으며, 이 돌기들은 물을 교란시켜 소용돌이를 일으켜 지느러미에 물이 착 달라붙게 흐르도록 눌러주는 역할을 하게 된다. 그 결과 혹등고래는 물속에서 오래 떠 있을 수 있으며 느린 속도로 더욱 잘 이동해갈 수 있으며, 거대한 몸집을 날렵하게 움직일 수 있게 한다. 혹등고래는 가슴지느러미에 있는 돌기로 인해 방향을 틀 때마다 소용돌이를 발생시키며, 이로 인해 30톤이 넘는 무거운 무게에도 몸체가 가라앉지 않고 평형을 유지할 수 있다.

혹등고래의 지느러미 돌기를 모방한회전날개 ⓒdesigntoimprovelifeeducation

이러한 혹등고래의 지느러미를 본떠서 풍력발전에 적용하는 사례가 늘고 있다. 캐나다 '풍력에너지 연구소'는 풍력발전기의 회전날개에 혹등고래의 작은 혹과 같은 요철을 만들었다. 요철을 적용한 회전날개는 같은 속도의 바람에도 이전의 풍력발전기보다 더 많은 회전 속도를 낼 수 있었고 에너지 효율이 크게 개선되었다. 이외에도 선박의 키나 수력 터빈, 헬리콥터의 회전 날개를 만드는 데에도 혹등고래의 지느러미의 모양을 활용하여 연구되고 있다.