일교차로 물 모으고 전기 만든다…습도 낮은 사막에서도 작동

아주대·생기원, 자립형 에너지 수확 시스템 구현

아주대와 한국생산기술연구원 연구진이 낮과 밤의 일교차를 활용해 공기 중 수분을 모으고 이를 전기에너지로 바꾸는 기술을 개발했다./아주대

국내 연구진이 낮과 밤의 일교차를 활용해 공기에서 수분을 모으고 이를 전기에너지로 바꾸는 기술을 개발했다. …

윤태광 아주대 교수와 윤기로 한국생산기술연구원(생기원) 수석연구원 공동 연구진은 극한 환경에서도 외부 물 공급 없이 스스로 전력을 생산할 수 있는 신개념 에너지 하베스팅(수확) 시스템을 개발했다고 7일 밝혔다. 이번 연구는 국제 학술지 ‘복합소재 파트 B: 엔지니어링(Composites Part B: Engineering)’에 지난 4월 게재됐다.

에너지 하베스팅 기술은 자연적인 에너지 또는 일상생활에서 버려지는 에너지를 수집해 전기에너지로 재생산하는 기술을 말한다. 기존의 물 기반 에너지 하베스팅 기술은 젖은 면과 마른 면의 에너지 차이를 활용해 전기를 생산했지만, 항상 외부에서 물을 공급해 줘야 하는 한계가 있었다.

연구진은 이러한 한계를 극복하기 위해 완전 자율형 시스템을 구현했다. 두 종류의 금속-유기 구조체(MOF)를 사용해 대기 중 수분을 스스로 모아 전기를 발생시키는 방식이다. 금속-유기 구조체는 금속과 유기물이 격자 모양으로 결합한 물질로, 내부에 수많은 미세 구멍이 있다.

금속-유기 구조체 두 가지 중 하나는 밤에 차가운 공기에서 수분을 흡수하고, 낮에는 수분을 방출한다. 방출된 수분은 또 다른 금속-유기 구조체가 성장한 섬유 표면에 응축되며, 이때 섬유가 비대칭적으로 젖으면서 전기에너지 차이가 발생하고 전기가 흐른다. 이 과정을 통해 최대 1㎤덩 2.6㎼(마이크로와트, 100만분의 1와트)를 달성했다.

연구진은 금속-유기 구조체가 습도가 낮은 환경에서도 뛰어난 수분 흡탈착 성능을 보여 다양한 환경에 적용할 수 있다고 밝혔다. 연구진은 사막, 해안, 내륙 등 실제 기후 환경을 모사한 실험에서 자가 수분 생성과 전기에너지 생산 기능이 안정적으로 작동하는 것을 확인했다.

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

참고 자료

Composites Part B: Engineering(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.112574

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