아주대-생기원, 일교차로 물 모아 전기 생산 ‘에너지 하베스팅’ 기술 개발

물 공급 없이 작동, 재난 현장에 전기 공급 가능

아주대-생기원 공동연구팀(뒷줄 왼쪽부터 시계 방향으로 아주대 윤태광 교수, KAIST 김동연 연구원, 생기원 윤기로 박사, 아주대 이용균 연구원, 한양대 이지현 연구원). 아주대 제공

낮과 밤의 일교차를 활용해 공기 중 수분을 모아 전기에너지로 바꾸는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

아주대 윤태광 교수와 한국생산기술연구원(생기원) 윤기로 교수 공동 연구팀은 오지나 물이 부족한 사막 등 극한 환경에서도 외부 물 공급 없이 스스로 전력을 생산할 수 있는 신개념 에너지 하베스팅 시스템을 선보였다.

에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 자연적인 에너지(태양광, 진동, 열, 바람, 파도 등) 또는 일상생활에서 버려지는 에너지를 수집해 전기에너지로 재생산하는 기술이다.

공동 연구팀의 성과는 국제 저명 학술지 ‘Composites Part B: Engineering (JCR 상위 1%)’에 ‘Sustainable electrical energy harvesting via atmospheric water collection using dual-MOF systems’라는 제목으로 실렸다.

기존의 물 기반 에너지 하베스팅 기술은 ‘젖은 면과 마른 면의 전위차’를 활용해 전기를 생산하는데, 항상 외부에서 물을 공급해줘야 하는 한계가 있다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 식물의 증산작용과 모세관 현상에서 착안, 두 종류의 금속-유기 구조체(MOF)인 UiO-66-NH2와 Ni3(HITP)2를 결합했다. 이를 통해 대기 중 수분을 스스로 모아 전기를 발생시키는 완전 자율형 시스템을 구현했다.

UiO-66-NH2는 밤의 차가운 공기에서 수분을 흡수하고, 낮의 더운 공기에서 흡수한 수분을 방출한다.

UiO-66-NH2는 일반적인 환경은 물론 저습 환경에서도 뛰어난 수분 흡탈착 성능을 보여 다양한 환경에 적용할 가능성을 열었다. 연구진은 사막, 해안, 내륙 등 실제 기후 환경을 모사한 실험을 통해 각 환경에서 자가 수분 생성 및 전기에너지 생산 기능이 안정적으로 작동함을 입증했다.

아주대 윤태광 교수는 “이번 연구는 외부 전력이나 물 공급 없이도 작동 가능한 자립형 에너지 하베스팅 시스템의 실현 가능성을 보여준다”며, “향후 재난 현장이나 에너지 접근성이 낮은 지역에서 새로운 대안이 될 수 있길 기대한다”라고 밝혔다.

생기원 윤기로 박사는 “이번 시스템은 극한 기후나 인프라가 부족한 지역에서도 손쉽게 전기를 얻을 수 있는 기술적 기반을 마련한 것”이라며, “탄소중립 사회를 향한 지속 가능한 에너지 기술의 실질적 기여로 이어지길 바란다”라고 전했다.

안승순 기자