천둥 번개를 활용하는 방법, 번개 발전소에서 전기를 만들 수 있을까?

천둥 번개는 구름과 구름, 구름과 대지 사이에서 일어나는 방전 현상이라고 한다. 방전은 구름 속에서 물방울과 작은 얼음들이 부딪치며 마찰을 일으키고, 이 마찰로 얼음이 물에게 전자를 빼앗긴 채 상승하면서 전하가 분리되어 있는 뇌운이 만들어지는 과정에서 시작된다.

 

번개와 천둥

 

천둥과 번개

 

뇌운의 위쪽은 양전하를, 아래쪽은 음전하를 띠게 되고, 이 두 부분이 서로 다른 극성으로 대전되어 있기 때문에, 전기장이 형성된다. 이 전기장의 세기가 대기의 부도체적인 특성을 능가하게 되면, 뇌운에서 지표면으로 방출되는 현상이 발생하게 되는데, 이것이 바로 번개입니다.

 

번개는 뇌방전 동안에 발생하는 매우 밝은 불빛을 가리키는 것이고, 천둥은 번개로 인해 방전통로의 온도가 매우 높아지고 주변 공기가 급속히 팽창하면서 충격파음이 발생하는 것을 말한다.

다시 말하자면 번개의 방전에서 가장 밝게 빛나는 부분이 복귀 뇌격이고, 소리가 천둥인 것이다.

 

 

▶ 천둥 번개가 얼마나 강한지 알 수 있을까요?

천둥 번개의 강도는 보통 전압이나 전류로 측정할 수 있다. 번개의 전압은 수백만 볼트에서 수십억 볼트에 이르며, 전류는 수천 암페어에서 수십만 암페어에 이를 정도로 매우 강력한 현상이다.

 

번개의 전력은 약 10억 와트로, 일반 가정의 전력 사용량보다 훨씬 크고, 천둥의 강도는 소리의 크기로 나타낼 수 있다. 소리의 크기는 데시벨(dB)이라는 단위로 측정하는데, 천둥의 데시벨은 평균적으로 120dB 정도이며, 가까이서 들으면 140dB까지 올라갈 수 있다. 이는 비행기 엔진이나 총소리와 비슷한 수준으로 사람에게는 매우 위험할 정도로 안전에 주의해야 한다.

 

▶ 천둥 번개를 활용하는 방법이 있을까?

 

천둥 번개는 대기 중의 전기 에너지를 방출하는 현상으로, 매우 강력하고 위험하지만, 천둥 번개를 활용하는 방법도 있다고 해요 예를 들어, 천둥 번개가 발생할 때 나오는 전자기파를 이용하여 대기 중의 오존 농도나 낙뢰의 위치를 측정할 수 있습니다.

 

또한, 천둥 번개가 발생할 때 나오는 음파를 이용하여 지진이나 화산 폭발 등의 자연재해를 감지하거나 예측할 수 있다고 합니다. 더 나아가, 천둥 번개가 발생할 때 나오는 열에너지를 이용하여 인공적으로 낙뢰를 유도하고 전기로 변환하는 연구도 진행되고 있습니다.

 

이렇게 보면 천둥 번개는 인류에게 유익한 에너지원이 될 수도 있지만, 아직은 천둥 번개의 활용 방법이 완벽하게 개발되지 않았으므로, 천둥 번개가 칠 때는 ‘30·30 규칙’을 기억하고 안전한 곳으로 대피해야 합니다.

 

30·30 규칙이란 천둥 번개가 칠 때 안전하게 행동하는 방법입니다. 번개를 본 이후에 30초 내에 천둥소리가 들릴 경우 신속하게 안전한 장소로 대피하고, 마지막 천둥소리가 들리고 30분 더 기다렸다가 움직이는 것입니다.

이 규칙은 번개와 천둥의 속도 차이를 이용한 것으로, 번개가 치고 30초 이내에 천둥이 들렸다면 매우 가까운 곳에서 번개가 발생했다는 뜻이고, 반대로 마지막 천둥소리가 들리고 30분이 지나야 다시 안전하다고 판단할 수 있습니다. 이 규칙을 기억하고 실천하면 낙뢰 피해를 예방할 수 있습니다.

 

 

▶ 번개를 전기에너지로 사용한다면

 

매우 흥미로운 이야기 일 수 도 있겠지만 번개는 엄청난 전기에너지를 가지고 있어서 그것을 저장하고 활용하기는 쉽지 않다고 합니다. 번개는 순식간에 사라지는 현상이고, 언제 어디서 발생할지 예측하기 어렵고, 또한 번개를 붙잡아서 전기로 변환하는 기술도 아직 완성되지 않았습니다. 그래서 현재의 기술로는 번개를 발전소로 사용하는 것은 불가능에 가깝습니다.

 

하지만 많은 과학자들은 번개의 막강한 에너지를 활용하기 위해 노력하고 있다고 해요 예를 들어, 울산과학기술원 (UNIST)의 백정민 교수팀은 번개의 원리를 이용해 전기를 생산하는 '마찰 전기발전기’를 개발했습니다.

 

이 발전기는 수증기 분자와 얼음처럼 서로 마찰시킬 수 있는 신소재로 구성되어 있고, 마찰 시 발생하는 전하를 외부 회로로 이동시켜 전력을 만들 수 있습니다.

 

현재는 스마트폰이나 스마트워치의 배터리를 충전하는 정도의 전력을 생산할 수 있지만, 앞으로 더 개선된다면 전기자동차나 다른 전자기기에도 적용될 수 있을 것입니다.

 

따라서 번개를 전기에너지로 사용할 수 있는 가능성은 있으나, 아직은 많은 연구와 개발이 필요한 분야입니다.

자연현상을 활용하여 지속가능하고 친환경적인 에너지원으로 만들기 위한 노력이 계속되었으면 좋겠습니다.

 

끝.