장마는 전기 만들 때? 빗방울 충돌로 전기 만든다

중국 연구진, 빗방울 발전 장치 개발
“흥미롭지만 실용적이지 않다” 평가도

중국 다롄공대와 칭화대 연구진이 빗방울을 이용해 직접 전기를 생산하는 장치를 선보였다./뉴스1

한동안 주춤하던 장마가 다시 시작됐다. 중부지방에는 시간당 30㎜ 안팎의 강한 비가 한동안 내릴 것으로 보인다. 하늘에서 쏟아지는 빗방울을 에너지원으로 이용할 수는 없을까. 조금은 장난기 섞인 아이디어를 실천에 옮긴 과학자들이 있다.

중국 다롄 공대 연구진은 최근 빗방울을 이용해 전기를 생산하는 소형 발전기를 개발했다고 발표했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘미 화학회 응용재료와 인터페이스’에 지난 6월 18일 게재됐다.

연구진이 ‘초소수성 자기전기 발전기(MSMEG)’라고 이름을 붙인 이 발전 장치는 통조림 크기의 통에 발수 필름이 달린 코일이 붙어 있는 형태다. 빗방울이 발수 필름에 닿으면 필름이 순간적으로 변형되면서 코일이 용기 내부의 자석을 향해 움직이게 만들었다. 코일이 움직이면서 미세한 전기를 만드는 장치다.

연구진이 50㎝ 높이에서 빗방울을 떨어뜨리는 실험을 한 결과, MSMEG는 약 13.02㎃의 전력을 생성했다. 작은 LED(발광다이오드) 조명이나 선풍기 팬을 돌릴 수 있는 수준이다. 물을 밀어내는 소수성 필름을 사용했기 때문에 비가 계속 오더라도 장비는 작동에 문제가 없다고 연구팀은 밝혔다.

중국 칭화대 연구팀도 비슷한 시도를 한 적이 있다. 칭화대의 종리 교수가 작년 6월 국제 학술지 ‘아이에너지(iEnergy)’에 게재한 논문을 보면 빗방울이 떨어지는 순간 발생하는 마찰전기(Tribo-electricity)를 모으는 장치가 나온다.

연구진은 ‘물방울 기반 마찰전기 나노발전기(D-TENG)’라는 이름을 붙인 이 장치는 빗방울이 패널 표면에 떨어지는 순간 발생하는 마찰전기를 저장한다. 기존에도 이런 장치가 있었지만, 워낙 효율이 떨어져서 유의미한 발전이 불가능했다. 연구진은 전기를 생산할 수 있는 최적의 패널 두께를 연구해 낮은 효율이라는 단점을 극복하고 있다고 밝혔다.

다만 이렇게 하늘에서 떨어지는 빗방울을 직접 활용해 전기를 생산하는 방식은 빗방울을 모아서 전기를 만드는 수력 발전에 비해 효율이 떨어져 실제 활용되기는 어려울 것으로 보인다. 영국 셰필드대의 데이비드 스톤 교수는 “빗방울에서 전기를 직접 생산하는 장치는 흥미롭지만 실용적이지는 않다”며 “비에서 에너지를 추출하는 가장 좋은 방법은 댐에 물을 저장한 뒤 수력 발전을 이용하는 것”이라고 말했다.

참고 자료

ACS Applied Materials & Interfaces(2024), DOI : https://doi.org/10.1021/acsami.4c05359

iEnergy(2023), DOI : https://doi.org/10.23919/IEN.2023.0015

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