비 오면 에너지 만들고 맑으면 냉방 돕는 전천후 유리창

비 오는 날과 맑은 날 모두 활용될 수 있는 전천후 에너지 장치의 개념도. 포스텍 제공

국내 연구팀이 다양한 기후 조건에서 사용할 수 있는 에너지 소자를 개발했다. 창문에 활용하면 비가 올 때 에너지를 수확하고 맑을 때는 실내 온도를 낮춰 에너지를 절약할 수 있다.

포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수팀이 마찰 대전 발전과 복사 냉각 기술을 결합한 에너지 소자를 개발하는 데 성공하고 연구결과를 2일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 공개했다고 19일 밝혔다.

태양광, 풍력 등 재생에너지를 활용한 소자는 날씨에 따라 일정한 성능을 내기 어려워 기후 상황이나 지리적 조건에 따라 에너지 생산량이 변동하는 것이 문제다. 연구팀은 비가 올 때와 맑을 때 모두 기능할 수 있는 투명한 에너지 소자를 설계했다. 

먼저 비가 올 때 빗방울과 소자가 접촉해 미끄러지면 액체-고체의 마찰 대전 원리로 에너지를 수확할 수 있도록 했다. 마찰 대전은 서로 다른 두 물질이 접촉 후 분리될 때 전하를 띠는 현상이다. 

맑은 날에는 자외선과 적외선 영역의 빛은 반사·흡수하고 가시광선 영역의 빛만 투과할 수 있도록 설계했다. 에너지 소비 없이도 물체가 열을 반사하거나 대기 중으로 방출하는 '복사 냉각'을 통해 실내 온도를 낮추는 냉방 효과를 일으켜 에너지를 절약하는 원리다.

연구팀이 개발한 소자는 물방울 하나가 떨어지는 것을 기준으로 1제곱미터당 248.28와트(W)의 전기에너지를 생산할 수 있는 것으로 나타났다. 일반 유리와 비교해 유리창 안쪽 온도를 평균 8.2℃, 최대 24.1℃까지 낮출 수 있었다. 또 가시광선 영역에서 80%의 투명도를 구현해 유리창뿐 아니라 다양한 곳에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

노준석 교수는 "기후와 지리적 조건의 제약이 많았던 청정에너지의 생산성 한계를 극복할 대안을 제시했다"며 "지속 가능한 에너지 소자로서 다양한 분야에 활용되기를 바란다"고 전했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1038/s41467-024-50872-2 

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]