[알아봅시다] '에너지 하베스팅'

버려지는 에너지 '수확'해 전기로 사용.. IoT 만나 탄력 배터리는 설치제약·용량 등 한계 약한 전력으로 구동 가능해 각광 정보수집 센서 기술 중요성 부각 웨어러블기기 에너지원 활용늘듯 기술대안 등장·기업 참여 촉진에 헬스케어·국방분야 등 확산 기대

사물인터넷(IoT)과 신재생에너지 시장이 열리면서 '에너지 하베스팅(energy harvesting)'이 핵심 경쟁력 중 하나로 부상하고 있습니다.

다소 생소한 듯한 이 용어는 빛과 진동, 열, 전자기 등 일상적으로 버려지거나 사용하지 않는 작은 에너지를 수확해 사용 가능한 전기 에너지로 변환해주는 기술입니다.

예를 들어 공장이나 자동차에서 버려지는 폐열을 회수해 에너지 효율을 높이는 것도 에너지 하베스팅의 한 분야입니다. 온도차가 발생하면 전류가 흐르는 열전 효과, 압력을 주면 전류가 흐르는 압전 효과, 빛 에너지로 전기가 발생하는 광전 효과 등이 모두 포함됩니다.

이 기술이 왜 주목을 받는지 그 이유는 IoT에서 답을 찾을 수 있습니다. IoT 시대가 도래하면서 전자기기들이 빛, 소리, 움직임 등의 정보를 수집할 수 있도록 하는 센서의 중요성이 커지는데, 이 센서들은 인체를 포함해 어디에나 설치해야 효과가 커집니다.

IoT 시대로 인해 수많은 센서에 필요한 전력을 어떻게 공급할지가 숙제인데, 가장 간단한 방법은 배터리를 쓰는 것이지만 설치의 제약이나 용량 등에 한계가 있습니다. 여기에서 나오는 대안이 바로 에너지 하베스팅입니다. 센서는 온도, 움직임, 빛 등 데이터를 수집하고 송신하는 간단한 기능을 구현하는 만큼 약한 전력으로 구동할 수 있기 때문입니다.

실제로 지난해 미국 라스베이거스에서 열린 CES 2015에서 독일의 엔오션(EnOcean)이 선보인 스마트홈 솔루션은 에너지 하베스팅 기술을 적용한 스위치와 센서를 기반으로 만들었습니다.

빛과 온도차 등 주변 에너지를 활용해 구동하는 센서가 조명과 난방, 채광 등의 정보를 수집하고 조절해 건물 관리가 편하고 에너지 절감 효과도 얻을 수 있습니다. 이 기술은 센서뿐 아니라 웨어러블 기기의 전원으로 활용할 수 있습니다. 예를 들어 현재 시중에 판매하는 스마트워치의 경우 1회 충전에 이틀도 버티기 어려운 면이 있어 배터리를 주기적으로 충전하고 교체해야 하지만, 에너지 하베스팅을 보조 전원으로 적용하면 배터리 수명을 좀 더 늘릴 수 있습니다.

2014년에는 운동에너지를 저장하는 휴대용 배터리 '앰피(AMPY)'가 미국 소셜 펀딩 사이트 킥스타터(Kickstarter)에 등면 측정 기능을 지닌 '바이올렛 스와로브스키 샤인(Violet Swarovski Shine)'을 전시했는데 이 제품은 빛을 받으면 충전이 가능해 배터리 교환이 필요 없다는 점에서 눈길을 끌었습니다.

이에 따라 앞으로는 사람의 움직임이나 열을 웨어러블 기기의 에너지원으로 활용하려는 시도가 증가할 것으로 보입니다. 열전과 압전 기술이 계속해서 등장하고, 적용 시도가 이어지면 에너지 하베스팅이 기존 배터리가 가지는 단점을 보완하는 대안으로 떠오를 가능성이 높습니다.

하지만 분명 아직 기술적 측면의 한계는 존재합니다. 에너지 하베스팅을 더 많은 분야에 적용하기 위해서는 출력 성능, 내구성을 높여야 하기 때문입니다. 열전소자의 경우 열전 성능 지수가 큰 나노소재 개발, 압전소자의 경우 고분자 압전재료·복합소재 개발 등으로 해법을 찾는 중입니다.

실제로 웨어러블 배터리에 적용 가능한 기술이 등장하기도 했습니다. 2014년 조병진 KAIST 교수 연구팀은 체온과 옷감 안팎의 온도차를 이용해 전기를 생산하는 플렉서블(Flexible) 열전 모듈을 개발했습니다. 체온에 접촉하는 부분과 외부 환경 간의 온도 차이가 크지 않아 아직 발생 전력이 미미하다는 단점이 존재하지만, 주변 기술까지 발달하면 웨어러블 에너지원으로 발전할 가능성도 있습니다. 이 시장은 전자·IT 산업의 발전과 함께 다양한 기술 대안이 등장하고 기업들의 참여가 촉진되면서 미래에는 스마트 의류, 헬스케어, 환경, 자동차, 국방 등의 분야로 확산 가능할 것으로 기대됩니다.

박정일기자 comja77@

자료 : LG경제연구원

< Copyrights ⓒ 디지털타임스 & dt.co.kr, 무단 전재 및 재배포 금지 >