아주대-생기원 연구팀, 일교차 활용해 전기에너지 생산…‘에너지 하베스팅’ 고도화

물 공급 없이 작동, 재난 현장 등에서 전기 공급 가능

아주대 등 국내 연구진이 납과 밤의 일교차를 활용해 전기에너지를 생산하는 기술을 개발했다.

7일 아주대에 따르면 이번 연구는 공기 중 수분을 모아 전기에너지로 바꾸는 것이 핵심이다. 

아주대-생기원 공동연구팀의 윤태광 교수, 김동연 연구원, 윤기로 교수, 이용균 연구원, 이지현 연구원(뒷줄 왼쪽부터 시계 방향). 아주대 제공

아주대 윤태광 교수와 한국생산기술연구원 윤기로 교수 공동 연구팀은 오지나 물이 부족한 사막 등 극한 환경에서도 외부의 물 공급 없이 스스로 전력을 생산할 수 있는 신개념 에너지 시스템을 선보였다. 밤의 차가운 공기에서 수분을 흡수하고, 낮의 더운 공기에서 흡수한 수분을 방출하는 물질의 성질을 이용한 것이다.

‘에너지 하베스팅(Energy Harvesting)’으로 불리는 이 기술은 태양광, 진동, 열, 바람, 파도 등 자연 에너지나 일상에서 버려지는 에너지를 수집해 전기에너지로 재생산할 수 있다. 이 같은 내용의 공동 연구 성과는 국제 저명 학술지 ‘Composites Part B: Engineering’에 최근 게재됐다.

기존의 물 기반 에너지 하베스팅 기술은 ‘젖은 면과 마른 면의 전위차’를 활용해 전기를 생산하는데, 항상 외부에서 물을 공급해줘야 하는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 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. 

연구진은 사막, 해안, 내륙 등 실제 기후 환경을 모사한 실험을 통해 각 환경에서 자가 수분 생성 및 전기에너지 생산 기능이 안정적으로 작동함을 입증했다.

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 있다”고 설명했다.

수원=오상도 기자 sdoh@segye.com