딘 카멘이 수백만 명의 저개발국 주민들에게 깨끗한 식수를 제공할 기계를 발명했다. 이 기계는 오염된 강물은 물론 화학 폐수나 화장실의 대소변조차 깨끗한 식수로 환골탈태시킨다.

남아프리카공화국 요하네스버그 외곽의 슬럼가 한편에 놓인 붉은색 컨테이너를 처음 봤을 때는 결코 수백만 명의 삶을 변화시킬만한 물건으로 여겨지지 않는다. 작은 미닫이문을 열면 계산대가 나타나는데 그 뒤편에 통조림과 화장지, 식용유, 구급용품 등의 상품이 진열돼 있다. 상점의 운영에 필요한 모든 전력은 지붕에 설치된 태양전지가 공급하며, 무선인터넷 서비스도 제공한다. 하지만 이곳이 특별한 이유는 따로 있다. 다름 아닌 외부에 마련된 2개의 수도꼭지다. 원하는 사람 누구나 이 수도꼭지를 통해 깨끗한 식수를 무료로 얻을 수 있다.

이 컨테이너는 코카콜라가 개발한 일종의 간이 잡화점 겸 초소형 마을회관이다. 전 세계 빈민촌 어디든 손쉽게 설치가 가능하다.

코카 콜라는 이를 ‘에코센터(EKOCENTER)’라는 간결하고 함축적인 명칭으로 부르지만 그 이면에는 혁신적 장비가 감춰져 있다. 에코센터 내에 설치된 미니냉장고 크기의 ‘슬링샷(Slingshot)’이 그 주인공. 에코센터의 수도꼭지에서 나오는 식수의 발원지다.

슬링샷의 개발자는 21세기의 에디슨으로 불리는 천재 발명가 딘 카멘. 세그웨이를 발명해 유명세를 떨친 그는 수백 건의 특허를 보유하고 있으며, 그동안 무수한 사람들의 삶의 질을 높여준 수십 종의 혁신적 발명품을 세상에 내놓았다. 또한 현재도 불에 탈 수 있는 것이라면 무엇이든 연료로 이용해 전기를 생산하는 스털링 엔진(stirling engin), 펜타곤 산하 방위고등연구계획국(DARPA)이 자금을 지원한 로봇 의수 등을 개발 중이다.

10년 이상의 노력 끝에 탄생한 슬링샷은 파급효과 측면에서 이런 그의 발명품 가운데서도 백미에 해당한다. 실제로 증기압축증류(VCD1)) 기술이 채용된 슬링샷 1대만 있으면 300여명이 부족함 없이 사용 가능한 연간 25만ℓ 이상의 물을 정제할 수 있다. 게다가 생활하수, 바닷물, 화학폐수에 이르기까지 오염 정도에 상관없이 완벽한 정제능력을 보장한다.

카멘의 데카 리서치는 뉴햄프셔주 맨체스터에 위치한 섬유공장 세 동을 리모델링해 사무실로 쓰고 있다.

지금 이 순간에도 매주 3만명의 사람들이 불결한 물과 비위생적 생활환경 때문에 질병에 걸려 사망한다는 사실을 감안할 때 깨끗한 물을 구할 수 없는 지역의 사람들에게 슬링샷이 가져다줄 효용성은 그야말로 지대하다.

이처럼 슬링샷의 잠재력이 100% 발휘되려면 일단은 슬링샷이 필요한 사람들에게 보내져야 한다. 카멘이 코카콜라와 손을 잡은 이유가 여기에 있다. 지구촌이 전례 없는 규모의 물 부족 현상을 겪고 있는 상황에서 어떤 기업보다 방대하고 촘촘한 유통망을 지닌 코카콜라는 슬링샷 보급에 가장 적합한 존재였던 것이다. 일견 물은 공기만큼 흔해 보인다. 그래서 우리는 많은 사람들이 깨끗한 물이 없어 고통당하고 있음을 쉽게 잊곤 한다. 그러나 세계보건기구(WHO)에 따르면 현재 약 10억명이 안전한 식수를 쉽게 확보할 수 없는 곳에 살고 있고, 그로 인해 1년 동안 수십만 명이 숨진다. 질병에 걸려서 고통 받은 사람들은 이보다 훨씬 많다.

지금도 정수장치는 얼마든지 있지만 저개발국에 지원하기에는 여러 문제를 안고 있다. 예컨대 휴대성이 떨어지는 것은 물론, 고장이 났을 때 부품을 구하기도 쉽지 않다. 그중에서도 최대 아킬레스건은 특정 오염물질만 제거할 수 있다는 부분이다. 제거되지 않은 나머지 오염물질에 사람들이 중독되는 상황을 막을 수 없다.

카멘은 작금의 물 부족 위기를 ‘골리앗’이라 부른다. 골리앗에 맞서 싸우는 ‘다윗’은 바로 자기 자신이다. “저는 성경 속 이야기를 현실에서 재현하고자 합니다. 다윗이 골리앗을 쓰러뜨렸던 것과 동일한 무릿매질(slingshot, 슬링샷)이 제게도 있습니다.”

카멘이 설립한 데카 리서치는 미국 뉴햄프셔주 맨체스터의 옛 섬유공장 건물을 본사로 사용하고 있다. 그의 사무실에 들어서자 카드보드지로 만든 다스 베이더 실물모형이 눈에 들어왔다. 원형으로 배치된 회전의자들 한복판에는 아인슈타인이 앉아있는 것처럼 그림을 그린 나무의자가 있었고, 한쪽 벽에는 헬리콥터 사진들이 걸려 있었다. 그는 다년간의 비행경력을 지닌 헬리콥터 조종사로서 가끔씩 자신의 헬리콥터를 타고 출근을 하기도 한다고 귀띔했다. 간단한 수인사를 나누고 필자가 내뱉은 첫 질문은 “왜 물 문제에 관심을 갖게 됐나요?”였다. 그는 부와 명성을 얻기 전의 인생 스토리를 빠른 속도로 풀어냈다.

올해로 63세가 된 카멘은 뉴욕주 롱아일랜드에서 어린 시절을 보냈고, 1976년 자신의 첫 회사인 오토시린지의 설립을 위해 대학을 중퇴했다. 당시 그는 의대에 다녔던 친형에게 들은 문제, 즉 당뇨병 환자들은 빈번히 통원치료를 받아야해 삶의 능률을 높이기 어렵다는 현실을 해결하려 했다.

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1 코카콜라는 2013년 8월 남아공의 하이델버그에 제1호 ‘에코센터’를 설치했다. 컨테이너 외부에 부착된 수도꼭지를 통해 카멘의 ‘슬링샷’이 만들어낸 깨끗한 물이 무상 제공된다. 2 포춘이 주최한 친환경 컨퍼런스 ‘브레인스톰 그린 2013’에 참석한 딘 카멘이 슬링샷의 가치를 설명하고 있다.

결국 카멘은 환자의 몸에 착용하는 세계 최초의 휴대형 인슐린 펌프를 발명했고, 이 제품이 대히트를 치면서 회사를 매각해 백만장자의 반열에 올랐다. 그의 나이 30세 때의 일이었다. 이후 맨체스터로 이주한 카멘은 자신의 성(姓)과 이름 앞글자를 딴 데카(DEKA)를 설립했다. 세그웨이를 포함한 일부 발명품을 제외하면 지금껏 데카에서 개발한 제품들은 삶의 질을 높일 수 있는 혁신적 의료기기라는 공통점을 가진다.

이와 관련해 20여년 전 카멘은 의료기기 제조기업 백스터 인터내셔널로부터 복막투석장치의 단점을 개선해달라는 제안을 받게 된다. 복막투석은 환자의 복강에 생리식염수를 채운 뒤 실제 복막으로 혈액 속 노폐물을 걸러내는 기술로 혈액을 인체 밖으로 꺼내서 필터를 통해 걸러내는 혈액투석보다 고통이 덜하다. 반면 기계의 크기가 크고, 소음도 심했다.

카멘은 기대를 저버리지 않고 침대 옆 탁자에 올려놓을 수 있을 만큼 작고, 투석 중 잠을 잘수도 있을 만큼 조용한 ‘홈초이스(HomeChoice)’를 개발했다. 그런데 홈초이스는 작동을 위해 다량의 깨끗한 물, 구체적으로 환자 1명당 하루 10ℓ이상의 물이 필요했다. 때문에 비용 대비 효율성이 떨어졌다.

“본능적으로 이런 생각이 들었죠. 환자들이 투석에 필요한 물을 직접 저렴하게 만들어 쓸 수 있는 의료용 정수기가 있으면 좋겠다고요.”

기초연구를 수행한 후 그는 필터여과 방식에 의존하고 있었던 기존의 정수시스템이 자신이 바라는 바에 맞지 않음을 깨달았다. 그래서 증류법으로 눈을 돌렸다. 카멘에게 증류법이 지닌 단순성은 더 없는 매력 포인트였다.

 

“햇빛은 대소변에서조차 수분을 증발시켜 깨끗한 물을 얻게 해줍니다. 크립토스포리디움2)이나 지아디아 같은 미생물들은 전혀 들어있지 않아요. 심지어 화학폐기물 구덩이에서도 비소(As), 6가 크롬(Cr6+) 등의 유해물질을 남겨두고 순수한 물만 추출할 수 있죠.”

많은 기술혁신은 얼핏 보기에 서로 관련 없는 아이디어들의 연관성을 밝혀냄으로써 현실화됐다. 카멘의 천재성도 이 연관성을 규명하고, 다른 사람들이 보지 못한 잠재력을 인식하는데서 드러난다. 하지만 증발을 통한 물의 순환이라는 지구의 오묘한 시스템을 가정용 전자기기에 구겨 넣는 일이 쉬울 리 만무하다. 카멘의 증류 장치가 제대로 작동하려면 매시간 다량의 물을 끓여야 했고, 그러려면 일반적인 미국 가정에서 사용하는 것보다 많은 에너지가 필요했다. 이에 카멘과 그의 연구팀은 다른 기초과학 원리를 동원했다.

물이 기화되려면 온도가 높아져야하고, 그 과정에서 에너지 흡수가 일어난다. 그리고 수증기가 응축돼 물이 될 때 이 에너지가 방출된다. 이러한 에너지의 순환을 기계장치 내에서 재현할 수 있다면 획기적인 공정 효율 향상이 가능해진다는 게 연구팀의 판단이었다.

이윽고 연구팀은 기화됐다가 압축된 고온의 물에 차가운 물을 접촉시키는 역류식 열교환기를 설계했다. 그러면 서로 열을 교환하면서 증기는 응축돼 물이 되고, 차가운 물은 기화된다. 이렇게 처음 한 번 물을 끓일 에너지와 압축기 및 펌프를 가동시킬 에너지만 있으면 깨끗한 물을 생산하는 고효율 정수기의 기본 설계가 완성됐다.

“당시 저희는 이렇게 말하며 흥분했죠. ‘미생물과 유기체, 무기체, 화학물질 등 온갖 유해물질이 함유된 물을 가지고 순수한 물을 생산하는 기계를 만들 수 있겠는걸. 이걸 집에다 설치하면 어떤 물을 가지고도 미국 약전(藥典) 표준에 부합하는 물을 얻을 수 있어. 그것도 헤어드라이기 수준의 전력 만으로 하루 1,000ℓ나 되는 깨끗한 물을 정수할 수 있다고!’라고요.”

정수기 프로젝트가 계획대로 진행되면서 카멘은 자연스럽게 재해 구호에 더 많은 관심을 가지게 됐다. 지진이나 쓰나미가 덮친 곳은 모든 수원지가 하수나 화학물질로 오염되기 때문에 깨끗한 물 만큼 구호단체들에게 가장 시급한 것도 없다는 게 그의 생각이었다. 그리고 여기서 더 나아가 자신의 정수기를 특정 마을이나 도시의 물 부족 해소에 활용할 수도 있겠다는 데 생각이 미쳤다.

“물을 찾는 것이 하루의 지상 과제인 사람들이 지구상에 10억명이나 됩니다. 안전한 물을 찾아 엄청난 거리를 이동하는 사람들도 부지기수죠. 이들 중 매년 수십만 명이 더러운 물 때문에 목숨을 잃고 있어요. 그중 상당수가 어린이들이구요.”

이들에게 카멘의 정수기가 있다면 오염된 강물은 물론 빨랫물, 화장실의 대소변조차 맑고 깨끗한 식수로 환골탈태시킬 수 있다. 카멘은 곧바로 정수기의 대량 생산과 보급 방안을 찾아 나섰다.

그가 처음 접촉한 곳은 글로벌 구호단체였다. 그러나 데카 리서치의 사업개발부문 책임자인 짐 스코트는 구호단체 가운데 이만한 역량을 지닌 곳이 없다는 결론에 도달했다. 카멘과 오랜 인연이 있던 다국적 의료•제약기업들도 사정은 다르지 않았다. 선진국 중심의 보급망을 구축하고 있을 뿐 정작 카멘의 정수기가 절실히 필요한 100여 개국에는 인프라가 없었다.

카멘은 실망했지만 포기하지 않고 발상의 전환을 꾀했다.

“여행 경험이 많은 사람들은 코카콜라야 말로 전 세계 어디에서든 구입할 수 있는 유일한 물건이라 말합니다. 에베레스트산 정상에도 코카콜라 판매점이 있다는 농담이 있을 정도죠. 그래서 전 코카콜라에 도움을 청하기로 결심했습니다.”

2005년 카멘의 다소 독특한 발상을 접한 코카콜라의 첫 반응은 시답잖았다.

“제안은 감사합니다만 저희와 함께 다른 프로젝트부터 함께 해보면 어떨까요?”

당시 코카콜라의 당면과제 중 하나는 소다수 판매장치(soda fountain)를 개선하는 것이었고, 카멘은 코카콜라의 전 연구소장이던 닐랭 파텔과 팀을 이뤄 휴대형 인슐린 펌프의 정밀성에 기반한 독립형 음료수 디스펜서 ‘프리스타일(Freestyle)’을 탄생시켰다.

2009년 프리스타일의 양산이 시작됐을 즈음, 카멘은 코카콜라가 다음 번엔 슬링샷의 제작과 보급을 지원하겠다고 구두 약속한 사실을 떠올렸다. 다만 한 가지 악재는 그동안 코카콜라의 최고경영자 겸 회장이 무타르 켄트로 바뀌었다는 것. 다시 한번 굽실거리며 지원을 요청해야할지 모른다고 생각했지만 막상 켄트를 만나보니 큰 그림을 볼 줄 아는 사람임을 느꼈다.

“켄트 회장이 이렇게 말하더군요. ‘우리가 물을 만들 수 있다면 세상에 만들지 못할 것이 무엇이겠습니까.’”

켄트 회장은 깨끗한 물의 공급이 개발도상국 시장 공략의 주춧돌이 될 수 있다고 여겼다. 세상에서 가장 빈곤한 사람들이지만 그들에게 신기술과 서비스, 기회를 주고 빈곤에서 탈출시키면 유력한 고객이 될 수 있다고 본 것이다. 이 발상에서 시작돼 잉태된 개념이 바로 에코센터였다.

이윽고 지난 2011년 코카콜라와 데카 리서치는 아프리카 가나의 시골학교 5곳에 15대의 슬링샷을 설치, 6개월간 현장 테스트를 수행했다. 코카콜라의 에코센터 프로그램 총괄책임자인 더크 헨드릭센에 의하면 코카콜라는 에코센터를 이용해 직접적 이익을 챙길 생각이 없다.

“에코센터는 현지 사업자, 특히 저희가 직접 선별해 교육한 여성들이 운영하는 독립 사업체를 표방합니다. 저희가 원하는 것은 매출증대가 아니라 이미지 제고입니다.”

2013년 가을, 코카콜라와 협력사들은 오는 2015년 말까지 최대 2,000대의 슬링샷 또는 에코센터를 아프리카, 아시아, 라틴아메리카 등지의 낙후된 마을에 설치할 계획임을 천명했다. 계획이 차질 없이 진행되면 코카콜라는 연간 5억ℓ의 깨끗한 물을 공급하게 된다. 이는 다른 말로 50만명에 이르는 사람들의 삶을 완전히 뒤바꿔놓게 됨을 뜻한다.

이와 관련 카멘에게 코카콜라와의 파트너십은 더 큰 목표를 향해 나아가기 위한 첫 단계일 뿐이다.

“개발도상국 주민의 50%가 수인성 병원균에 감염돼 고통 받고 있습니다. 모든 사람들이 깨끗한 물을 사용할 수 있다면 전 세계 병원의 입원환자수가 절반으로 줄어들 겁니다.”

카멘도 슬링샷이 전 세계의 물 부족 문제를 해결할 궁극적 해법이 아닐 수 있음을 인정한다. 하지만 그렇게 만들기 위해 슬링샷의 보급에 노력하지 않을 이유도 없다는 게 그의 확고한 의지다. 그 일환으로 현재 그는 자신이 설계한 ‘스털링 엔진’과 슬링샷을 패키지로 보급하는 방안을 고려하고 있다.

현재 나이지리아 국민의 58%가 오염된 강과 저수지의 물을 마신다. 슬링샷은 이 물도 깨끗한 음용수로 바꿔줄 수 있다.

그의 스털링 엔진은 쓰레기와 나뭇잎을 포함해 불에 타는 물질이면 무엇이든 연료로 사용해 전기를 생산할 수 있다. 방글라데시에 설치한 파일럿 장치의 경우 6개월간 쇠똥만으로 발전을 하기도 했다.

“스털링 엔진이 있다면 슬링샷은 에코센터의 태양전지가 없어도, 아니 전기가 전혀 들어오지 않는 곳에서도 깨끗한 물을 생산할 수 있습니다. 깨끗한 물이 없는 곳은 대개 전력 인프라도 취약하기 때문에 슬링샷의 효용성이 엄청나게 향상되는 겁니다.”

카멘은 이를 위해 에코센터의 태양전지를 납품하는 미국의 에너지기업 NRG에너지와 협력관계를 구축하고, 세부적인 추진방향을 논의 중이다. 물론 이 또한 그의 꿈을 이루기 위해 거쳐 가는 과정일 뿐이겠지만 말이다.

PROFILE - 딘 카멘
학력: 대학교 중퇴
직장: 데카 리서치 & 디벨로프먼트 www.dekaresearch.com
발명품: 세그웨이, 로봇의수(DEKA Arm), 전지형 휠체어(iBOT) 등 수십 종
관심분야: 비영리단체 퍼스트 (FIRST3))를 설립, 학생 대상 로봇경진대회를 후원하고 있다. 작년의 경우 전 세계 35만명이 2만8,800대의 로봇을 출품했다.

HOW IT WORKS: 슬링샷 정수기

 

슬링샷은 최초로 물을 끓일 에너지와 압축기 및 펌프의 작동에 필요한 에너지만으로 가동된다. 이후부터의 비등과 냉각에 투입되는 에너지는 최초 물을 끓인 에너지를 영속적으로 회수해 충당한다. 덕분에 가정용 전원이나 태양전지로도 충분한 에너지 공급이 가능하다.

ONE 
오염된 강이나 우물처럼 더러운 물과 슬링샷을 호스로 연결하면, 펌프가 그 물을 비등 체임버로 주입한다. 체임버 속 물은 100℃에서 기화되고, 모든 오염물질과 분리된 고온의 수증기가 별도의 호스를 통해 압축기로 공급된다.

TWO 
압축기가 수증기를 압축, 압력을 높임으로써 수증기의 온도가 약 10℃ 더 높아진다. 이렇게 압력이 높아진 수증기는 끓는점도 높아지기 때문에 100℃ 이상의 온도에서 응축돼 물이 된다.

THREE 
역류식 열교환기가 과열된 물과 새로 유입된 더러운 물을 접촉시킨다. 그러면 더러운 물은 가열돼 기화되고, 과열된 물은 미지근해지면서 음용수로 공급된다. 이 과정이 무한 반복돼 최소한의 에너지로 깨끗한 물이 생산된다.

21초 

매 21초마다 물과 관련된 질병으로 어린이 1명이 숨지고 있다.