KAIST, 배터리·전기 필요없는 CO₂ 실시간 모니터링 '성공'

미세 진동수확을 통한 자가발전 무선 CO₂ 모니터링 시스템 개념 및 구성

우리 연구진이 외부 전력 없이 이산화탄소(CO₂) 농도를 실시간 측정하고 무선 전송할 수 있는 시스템을 개발, 새로운 환경 모니터링 가능성을 열었다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 권경하 전기 및 전자공학부 교수팀이 류한준 중앙대 교수팀과 공동연구로, 주변 미세 진동 에너지를 수확해 CO₂ 농도를 주기적으로 측정할 수 있는 자가발전형 무선 모니터링 시스템을 개발했다고 9일 밝혔다.

지구온난화 주요 원인인 CO₂ 배출은 산업계의 지속가능성 평가 지표로 자리 잡고 있으며, 유럽연합(EU)은 이미 공장 배출량 규제를 도입한 상태다. 이런 규제 흐름에 따라, 효율적이고 지속 가능한 CO₂ 모니터링 시스템은 환경 관리와 산업 공정 제어 필수 요소로 주목받고 있다.

그러나 기존 CO₂ 모니터링 시스템은 대부분 배터리나 유선 전원에 의존해 설치·유지보수에 제약이 따른다. 연구팀은 이 문제를 해결하고자, 외부 전력 없이 작동 가능한 자가발전 무선 CO₂ 모니터링 시스템을 개발했다.

이번 시스템 핵심은 산업 장비나 배관에서 발생하는 진동(20~4000㎛ 진폭, 0~300헤르츠 주파수 범위)을 전기로 바꾸는 '관성 구동 마찰전기 나노발전기(TENG)'다. 이를 통해 배터리 없이도 CO₂ 농도를 주기적으로 측정하고 무선으로 전송할 수 있다.

연구팀은 4단 적층 구조 TENG에 탄성 스프링을 결합해 미세 진동을 증폭시키고 공진 현상을 유도, 13㎐, 0.56g 가속도 조건에서 0.5㎽ 전력을 안정적으로 생산하는 데 성공했다. 생산 전력은 CO₂ 센서와 저전력 블루투스 통신 시스템을 구동하는 데 사용됐다.

권경하 교수는 “효율적인 환경 모니터링을 위해서는 전원 제약 없이 지속적으로 작동 가능한 시스템이 필수”라며, “주기적으로 CO₂ 농도를 측정하고 무선으로 전송할 수 있는 자가발전 시스템을 구현했다”고 설명했다.

이어 “이 기술은 향후 다양한 센서를 통합한 자가발전형 환경 모니터링 플랫폼 기반 기술로 활용될 수 있을 것”이라고 덧붙였다.

이번 연구 결과는 장규림 KAIST 석사과정 학생과 다니엘 마나예 티루네 중앙대 석사과정 학생이 공동 제 1저자로, 국제 저명 학술지 나노 에너지에 1일자로 게재됐다.

이번 연구는 사우디 아람코-KAIST CO₂ 관리 센터 지원을 받아 수행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com