금오공대, 테슬라 터빈 기반 고출력 전력 생성 메커니즘 개발

산업 압축공기·미세입자 주목...외부 전원 없이 고출력 구현
고전압 활용 음이온 방출로 미세먼지 제거 효과 확인

정지훈 금오공대 기계공학부 교수(왼쪽 사진)와 제1저자 서동원 석사과정./사진제공=금오공대

국립금오공과대학교는 최근 정지훈 기계공학부 교수 연구팀이 이상민 중앙대학교 교수와 함께 테슬라 터빈(Tesla turbine)에서 영감을 얻은 입자 정전기 효과 기반 고출력 전력 발생 메커니즘을 개발했다고 9일 밝혔다.

정 교수팀은 산업 현장에서 광범위하게 사용되지만 대부분 버려지는 압축공기와 그 속 미세입자에 주목했다. 테슬라 터빈의 점성력(Viscous force) 원리를 활용해 외부 전원 없이 로터가 초고속으로 회전하는 구조를 설계하고, 압축공기 내 입자들이 벽면과 충돌하며 발생하는 입자 정전기 효과(Particulate Static Effect)를 통해 전기 에너지로 변환하는 메커니즘을 구현했다.

해당 장치는 외부 전원 없이도 최대 800V의 전압과 2.5A의 전류를 생성했다. 이를 통해 1000개의 LED 전구를 동시에 점등하고, 상용 온습도계를 구동할 수 있었다.

또한 생성된 고전압을 이용해 음이온을 방출함으로써 공기 중 미세먼지를 효과적으로 제거하고, 대조군 대비 2배 더 많은 습기를 포집하는 결과도 확인했다.

제1저자 서동원 석사과정은 "산업 현장에서 버려지는 압축공기를 테슬라 터빈과 결합하는 아이디어로 입자 정전기 효과를 유용한 에너지원으로 탈바꿈했다"며 "산업 현장의 다양한 유해 요소를 억제하는 해결책으로도 유의미한 성과"라고 설명했다.

정 교수는 "이번 연구 메커니즘은 단순한 에너지 생성 원리를 넘어 산업용 정화 시스템이나 자가 구동형 센서 등 다양한 응용 기술로 확장될 수 있다"며 "앞으로도 사회에 기여할 수 있는 연구를 이어갈 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 에너지·재료 분야 국제 학술지 'Advanced Energy Materials'에 게재됐다.

권태혁 기자 taehkd@mt.co.kr