[고든 정의 TECH+] ‘상어 비늘’ 모방해 항공기 연료 효율 높인다

상어는 가장 놀라운 바다 생명체입니다. 수억 년 동안 기본 형태가 크게 바뀌지 않았는데도 여전히 해양 생태계의 먹이 사슬의 정점에 서서 바다를 지배하는 보기 드문 생물이기도 합니다. 상어의 성공은 커다란 입과 무시무시한 이빨만으로는 설명할 수 없습니다. 과학자들은 상어의 몸에서 수억 년 진화가 만든 여러 가지 놀라운 발명품들을 확인했습니다. 예를 들어 비늘 하나도 평범하지 않습니다.

상어의 비늘은 마치 방패처럼 생겼다고 해서 방패비늘(placoid scale)이라고 부르는데, 방패의 표면에는 한쪽 방향으로 갈비뼈 같은 돌기가 존재합니다. 이를 리블렛(riblet)이라고 하는데, 그냥 눈으로 봐서는 알 수 없고 현미경으로 확대해야 자세히 알 수 있는 크기입니다.

상어 비늘이 이런 복잡한 구조를 지닌 이유는 표면 마찰을 줄여 항력(움직이는 물체를 반대 방향으로 끌어당기는 힘)을 낮출 수 있기 때문입니다. 언뜻 생각하기에는 매끄러운 표면이 마찰이 더 적을 것 같지만, 그렇지 않은 이유는 리블렛이 만드는 작은 소용돌이에 있습니다. 10~100마이크로미터 크기의 리블렛이 만드는 작은 소용돌이는 마치 코팅제처럼 주변 물줄기와 상어 몸의 마찰을 줄여줍니다. 여기에 영감을 받은 과학자들은 상어 비늘과 비슷한 형태의 마찰 감소 시스템을 연구했습니다. 루프트한자 테크닉과 화학 및 코팅 전문 제조사인 BASF가 공동으로 개발한 항공기용 항력 감소 필름인 에어로샤크(AeroSHARK)도 그중 하나입니다.

에어로샤크는 높이 50마이크로미터의 홈을 이용해서 리블렛과 비슷한 효과를 낼 수 있는 필름입니다. 연구팀은 2019년부터 보잉 777 여객기의 표면에 500㎡의 에어로샤크 필름을 붙여 연료 절감 효과 및 실제 비행 상황에서 내구성을 검증했습니다.

그 결과 1.1%의 연료를 절감할 수 있는 것으로 나타났습니다. 미미한 효과 같지만, 대형 여객기가 한 번에 엄청난 연료를 소모할 뿐 아니라 여러 번 비행한다는 점을 생각하면 의미 있는 결과입니다. 거기에 에어로샤크 필름은 항공유와 달리 오랜 시간 사용할 수 있습니다. 스위스 국제 항공은 12대의 보잉 777-300ER에 에어로샤크를 도입할 계획인데, 연간 4800톤의 연료를 절감하고 1만5200톤의 온실가스 배출을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

어떤 항공기 표면에도 붙일 수 있는 항력 감소 필름인 만큼 경제성과 내구성이 검증된다면 앞으로 더 많은 여객기에 쓰일 것으로 기대됩니다. 수억 년 진화의 결정체인 상어가 친환경 항공기 보급에 얼마나 도움을 줄 수 있을지 궁금합니다.