떨어지는 빗방울도 전기로…전천후 에너지 해결사 나왔다

포스텍, 마찰대전 나노발전과 복사냉각기술 결합
유리 대비 에너지 생성과 실내 냉각 가능

포스텍은 다양한 기후 조건에서 에너지를 얻을 수 있는 '에너지 통합 장치'를 개발했다. 사진은 빗방물 마찰 대전 나노발전 및 복사 냉각 통합 장치 개념도. 포스텍 제공

노준석(왼쪽부터) 포스텍 교수, 이건, 강현정, 윤주영 통합과정생.

기후와 지리적 조건 등의 제약 없이 사용할 수 있는 '전전후 에너지 장치'가 개발됐다. 맑은 날과 비오는날 등 날씨에 따라 에너지 생성과 실내 냉각이 모두 가능해 효율적인 에너지 활용을 돕는다.

포스텍은 노준석 교수가 이건·강현정·운주영 통합과정생과 공동으로 마찰 대전 발전과 복사냉각 기술을 결합한 '에너지 통합장치'를 개발했다고 19일 밝혔다.

태양광과 풍력, 수력 등 재생에너지는 지구 자원을 고갈시키지 않는 지속가능한 청정 에너지이지만, 기후나 지리적 조건에 따라 에너지 생산량이 변동하는 한계가 있다. 마찰 대전은 서로 다른 두 물질이 접촉 후 분리될 때 전하를 띠게 되는 현상으로, 이 장치는 빗방울과 창문 간 액체·고체 마찰 대전 원리를 이용해 비가 올 때 에너지를 수확할 수 있다. 또한 자외선과 적외선 영역의 빛은 반사·흡수하고, 가시광 영역의 빛은 투과하도록 소자를 설계해 맑은 날에는 에너지 소비 없이 물체가 자체적으로 열을 반사하거나 대기 중으로 방출하는 '복사 냉각'을 통해 실내 온도를 낮춰 에너지를 절약할 수 있다.

연구팀은 소자의 열 방출과 투명도 특성을 진화 알고리즘을 이용해 최적화했다. 이 장치는 단일 액적(물방울) 1㎡당 248.28와트의 에너지를 수확했고, 에너지 변환 효율은 2.5%를 기록했다. 기존 유리와 비교할 대, 실내 온도를 최대 24.1도 낮추는 효과를 보였다.

노준석 포스텍 교수는 "기후와 지리적 조건의 제약이 많았던 청정에너지의 생산성 한계를 극복하는 기술로 활용될 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난 2일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr