안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
열기관은 뜨거운 곳에서 열을 받아 일부를 일로 바꾸고 나머지를 차가운 쪽으로 버리는 구조로 돌아가요. 여기서 버리는 과정이 선택이 아니라 필수예요. 엔진이 한 번 돌고 나서 처음 상태로 돌아오려면 작동 유체도 원래 상태로 되돌아와야 하는데, 받은 열을 전부 일로 바꿔버리면 유체에 쌓인 무질서도가 처리되지 않아 다음 사이클을 시작할 수가 없어요. 그 짐을 덜어내는 유일한 방법이 저온부로 열을 흘려보내는 거고요.
그래서 이론적으로 가능한 최대 효율은 고온부와 저온부의 절대온도 차이로 결정돼요. 600도짜리 열원과 상온 배기를 쓰면 아무리 완벽하게 만들어도 60% 남짓이 천장이에요. 자동차 엔진이 30% 안팎에 머무는 것도 연소 온도를 무한정 올릴 수 없고 배기를 대기 온도 아래로 버릴 수도 없어서예요.
물리적으로 100%가 되려면 저온부가 절대영도여야 하는데, 그 조건을 만드는 데 드는 일이 얻는 일보다 훨씬 커요. 마찰이나 열손실을 아무리 줄여도 이 벽은 그대로 남아요 :)