물방울의 움직임으로 전력 만든다

천홍구 고려대 바이오의공학부 교수 연구팀은 물이 표면에서 미끄러질 때 전력을 생산하는 장치를 개발했다. 왼쪽은 물방울에 전기를 가하면 표면장력이 변화며 물방울이 미끄러지는 현상, 오른쪽은 이를 역이용해 전력을 생산하는 장치다. 고려대 제공

물방울에 전기를 가하면 표면에서 미끄러지는 현상을 역이용해 전력을 생산하는 표면수력발전 기술이 개발됐다.

천홍구 고려대 바이오의공학부 교수 연구팀은 전기를 운동에너지로 변환하는 장치로 전력 발전이 가능한 것에 착안해 전기를 가하면 표면에서 물방울이 미끄러지는 현상을 역이용한 표면수력발전 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

전기를 운동에너지로 변환하는 장치는 반대로 운동에너지를 전기로 바꾸는 발전도 가능하다. 전기차에서 제동에 쓰는 에너지를 이용해 발전하는 회생제동이 대표적이다. 전기차 모터는 전기를 가하면 움직인다. 반대로 모터에 힘을 가하며 속도를 줄이는 과정에서는 모터가 발전기로 작용해 배터리를 충전시킬 수 있다.

연구팀은 물방울과 같은 유체에 전기를 가하면 표면장력이 바뀌며 표면에 달라붙은 유체를 흘러내리게 할 수 있는 전기습윤현상(EWOD)에 주목했다. 표면 밑 전극에서 전기를 가하면 물방울이 움직이는 것을 반대로 응용하면 물방울이 표면을 타고 흐를 때 전극에서 전력을 만드는 것도 가능하다는 것이다. 이를 토대로 발전회로를 만든 결과 물방울 하나가 흘러내리는 것으로 발광다이오드(LED) 하나를 점등시킬 수 있는 것으로 나타났다.

연구팀은 표면수력발전기술을 역이용하면 무인 잠수정의 야간 전력생산에도 이를 활용할 수 있다고 소개했다. 고려대 제공

연구팀은 이를 표면수력발전이라 이름짓고 다양한 곳에 활용할 수 있다고 설명했다. 예를 들어 태양광 패널 위에 표면수력발전 장치를 쌓아올려 비가 올 때는 태양광 대신 빗물로 발전하는 것도 가능하다. 연구팀은 태양광 발전이 필요해 낮에 바다 위에 떠올라야 하는 무인잠수정이 파도에 의한 물의 움직임을 이용해 밤에 발전하는 것도 가능하다고 소개했다.

천 교수는 “표면수력발전 설비는 3차원으로 쌓아올리는 것이 가능해 빗물과 강물, 파도를 이용한 발전 단위면적당 효율 증대가 가능하다”며 “터빈과 같은 기계적 움직임이 없고 소음이 나지 않아 친환경 수력발전 외에도 다양한 응용이 가능하다”고 말했다. 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스’에 7일 발표됐다.

[조승한 기자 shinjsh@donga.com]