Energy Return (에너지 리턴)

Energy Return (에너지 리턴) 은 러닝화 미드솔이 착지 시 압축으로 저장한 탄성 에너지의 반환 비율 (%). Resilience 와 동의어. 표준 측정 = ASTM F1976 (drop rebound test) / ASTM D2632 (ball rebound). Hysteresis Loss = 100% − Energy Return — 열·소리로 손실되는 부분. 폼별 수치 — PEBA (Nike ZoomX · Adidas Lightstrike Pro · Saucony PWRRUN PB) 80 – 89%, TPU (Adidas Boost) 70 – 76%, EVA 60 – 66%. 슈퍼슈즈 metabolic 절감의 물리 기반 — 단 energy return % 와 running economy 개선이 1 : 1 비례하지 않음 (rocker geometry + carbon plate 상호작용 필수). Fresh vs 800 km 사용 후 열화 존재 — 특히 EVA 계열. Nike Vaporfly 4% 는 PEBA (ZoomX) 에너지 리턴 + carbon plate + rocker 3 요소 시너지로 4 – 6% metabolic saving.

정의 — 물리 원리

개념

Energy Return = 착지 시 미드솔이 압축으로 저장한 탄성 에너지 중 발에 돌려주는 비율.

단계	물리
착지	발이 신발에 힘 → 미드솔 폼 압축 (compression)
저장	폼의 미세 셀 구조에 탄성 strain energy 저장
이지 (toe-off)	폼이 원래 형태로 반환 (rebound) — 저장 에너지의 일부 반환
손실	나머지 에너지는 열·소음 (hysteresis loss) 으로 소산

수식

Energy Return (%) = (반환 에너지 / 압축 흡수 에너지) × 100

Hysteresis Loss (%) = 100% − Energy Return (%)

이상적 시나리오

시나리오	특징
Energy Return 100%	완전 탄성 — 스프링 이상적 · 물리적 불가능
Energy Return 87% (ZoomX)	매우 우수 — 슈퍼슈즈 표준
Energy Return 60% (EVA)	전통 표준 — 데일리 trainer
Energy Return 0%	완전 소성 — 진흙처럼 · 러닝화로 불가능

측정 표준

ASTM F1976 (Standard Test Method for Impact Attenuation of Athletic Shoe Cushioning Systems)

항목	내용
대상	신발 미드솔 · cushioning system
방법	Impact test — plunger drop 후 rebound 측정
Drop height	표준화 (통상 50 mm)
측정값	Rebound height ÷ Drop height × 100 = Energy Return %

ASTM D2632 (Standard Test Method for Rubber Property—Resilience by Vertical Rebound)

항목	내용
대상	폼 sample 자체
방법	Plunger drop from vertical rod 후 rebound
Drop height	100 등분 → rebound height 로 resilience%

대체 방법 — Ball Rebound Test

표준 무게 볼 (강철 볼) 을 sample 에 낙하 → 반환 높이로 resilience 계산.

폼 소재별 Energy Return

표준 수치

폼 유형	예시	Energy Return (%)	상대 metabolic 효과
PEBA ([[term/peba	Pebax]])	Nike ZoomX, Adidas Lightstrike Pro, Saucony PWRRUN PB, Asics FF Turbo	80 – 89%
TPU (열가소성 폴리우레탄)	Adidas Boost, Puma Nitro	70 – 76%	↑↑ (Boost 발표 2013 76%)
TPEE	Some Mizuno, New Balance	70 – 78%	↑↑
EVA (전통)	대부분 데일리 trainer 미드솔	60 – 66%	↑ (전통 표준)
일반 rubber 미드솔	저가 신발	40 – 55%	낮음
CMEVA (compression-molded EVA)	개선 EVA	65 – 72%	↑ 중간

PEBA (Pebax) 의 지배력

“Pebax (PEBA - polyether block amide) is characterized by low hysteresis energy return, making it uniquely suitable for performance applications.” — SPARK FoamTech

PEBA 는 저 hysteresis · 빠른 elastic recovery 로 슈퍼슈즈의 물리 기반. Nike ZoomX (2017 Vaporfly 4%) 이후 거의 모든 브랜드 racing 신발이 PEBA 채택.

브랜드별 PEBA 폼

브랜드	PEBA 폼 이름	사용 신발
Nike	ZoomX	Vaporfly · Alphafly · Streakfly
Adidas	Lightstrike Pro	Adizero Adios Pro
Saucony	PWRRUN PB	Endorphin Pro · Elite
Asics	FF Turbo / FF Turbo+	MetaSpeed Sky/Edge
Hoka	ProfLy X	Rocket X 3
New Balance	FuelCell (Nitrogen infused)	SC Elite
Puma	NitroFoam Elite	Deviate Nitro Elite
Brooks	DNA Flash	Hyperion Elite

Energy Return ≠ 자동 Running Economy 개선

상관관계의 한계

Energy return % 가 높다고 자동으로 running economy 가 개선되지 않음. 이유:

이유	설명
반환 타이밍	폼이 반환하는 시점이 push-off 와 동기화 되어야 유용 — 늦으면 에너지 낭비
Carbon plate 시너지	Carbon plate 가 폼 전체 stiffness 확보 → PEBA 반환을 효율적으로 전달
Rocker geometry	Forward rolling 유도로 반환 에너지를 propulsion 으로 전환
Stack height	두꺼운 stack (30 – 40 mm) 이 충분한 압축·반환 가능
본인 pace·form	빠른 pace 일수록 폼 압축 · 반환 사이클이 촉진됨

슈퍼슈즈 = 3 요소 시너지

슈퍼슈즈 의 4 – 6% metabolic saving 은 단일 폼이 아닌 시스템:

PEBA foam (energy return 80 – 89%)
Carbon plate (stiffness + energy transfer)
Rocker geometry (forward propulsion)

셋 중 하나만으로는 효과 제한. 3 요소의 시너지가 실제 economy 개선의 물리 기반.

경년 열화

폼은 사용에 따라 energy return 감소. Fresh vs 800 km 이후:

폼	Fresh	800 km 이후	감소율
PEBA (ZoomX)	87%	약 75 – 80%	~10%
TPU (Boost)	76%	약 68 – 72%	~8%
EVA	65%	약 45 – 55%	~20%

열화 원인

원인	메커니즘
폼 셀 구조 손상	반복 압축 → micro-fracture · 셀 붕괴
분자 chain scission	UV·산화·습기로 폴리머 chain 손상
압축 영구변형 (compression set)	원래 두께로 복원 X — 부피 감소
화학적 열화	열·습기로 폴리머 열화 (특히 EVA)

함의

시나리오	권장
Race 신발	통상 300 – 500 km 후 교체 — energy return 저하 방지
Daily trainer	통상 500 – 800 km 후 교체
PEBA racing 신발	Race 만 사용 (일반 훈련 X) — 열화 최소화
EVA daily trainer	800 km 후 대체 — 열화 뚜렷

학술 근거 — Nike Vaporfly Study

Hoogkamer et al. (2018) — Vaporfly 4% 검증

결과	값
Metabolic saving (vs Adidas Adios Boost 2)	평균 4%
개인 편차	1.6% – 6.3%
원인 분해	ZoomX (PEBA) energy return + curved carbon plate + rocker

후속 연구

Barnes & Kilding (2019): Alphafly 는 Vaporfly 대비 추가 개선
Various 2020 – 2024: 3 요소 (PEBA + Carbon + Rocker) 시너지 확인

폼 소재의 무게 vs Energy Return

폼	밀도 (g/cm³)	Energy Return	무게 대비 효율
PEBA	0.10 – 0.15 (초경량)	80 – 89%	매우 우수
TPU (Boost)	0.20 – 0.25	70 – 76%	우수
EVA	0.15 – 0.20	60 – 66%	중간
Rubber	0.30 – 0.45	40 – 55%	낮음

PEBA 의 초경량 + 고 energy return 이 조합 — 슈퍼슈즈의 결정적 이점. 두꺼운 stack (40 mm) 을 저중량으로 유지 가능.

자주 하는 오해

“Energy return % 가 높으면 무조건 빠름” — Energy return 은 필요 조건일 뿐. Carbon plate + rocker 없으면 효과 제한 — 시스템 문제.
“PEBA = 마법의 폼” — 우수하지만 절대 X. 반환 타이밍·push-off 와 동기화·본인 form 이 함께.
“EVA 는 나쁨” — EVA 는 daily trainer 표준. Race 아닌 훈련용으로는 내구성·비용 우수.
“신발 새 것 = 항상 최고 energy return” — 사실. 단 race 신발은 300 – 500 km 후 교체 로 최고 상태 유지 필요.
“측정값 = 실 러닝 성능” — Lab 측정 (ASTM) 은 표준화된 조건. 실 러닝에서는 pace · form · 무게 · 개인 편차로 다름.
“Boost 는 사라짐” — Boost 는 여전히 Adidas daily trainer 에 사용 (Ultra Boost 등). Racing 만 Lightstrike Pro 로 전환.
“Energy return 100% 는 가능” — 물리적 불가능 (열역학 2법칙). 이상 스프링도 100% 불가.

참고문헌

ASTM International. F1976 — Standard Test Method for Impact Attenuation of Athletic Shoe Cushioning Systems and Materials. astm.org — 표준 측정
ASTM International. D2632 — Standard Test Method for Rubber Property—Resilience by Vertical Rebound. astm.org
Hoogkamer et al. (2018). A Comparison of the Energetic Cost of Running in Marathon Racing Shoes. Sports Medicine — Vaporfly 4% 검증
Barnes & Kilding (2019). A Randomized Crossover Study Investigating the Running Economy of Highly-Trained Male and Female Distance Runners in Marathon Racing Shoes. Sports Medicine
SPARK FoamTech. Pebax Arkema — A material that turns chemistry into the language of feel. sparkfoamtech.com — PEBA 물성
RunRepeat. Energy return in running shoes explained. runrepeat.com/guides/energy-return-in-running-shoes — 폼별 수치
RunRepeat. The ultimate guide to running shoe foams. runrepeat.com/guides/running-shoe-foams-guide
Marathon Handbook. New Study Shows The Performance Difference Between Fresh And Well-Used Midsoles. marathonhandbook.com/midsole-foams — 경년 열화
Doctors of Running. Footwear Science — An Evidenced Based Review of PEBAX and Carbon Fiber Shoes. doctorsofrunning.com — 학술 review
PMC. Nanocomposite Foams with Balanced Mechanical Properties and Energy Return from EVA and CNT. pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9968182