미국 연구진이 식물의 굴광성과 종이접기 기술에서 영감을 받아 곡면에 적용 가능한 유연하고 심미적인 차세대 태양광 패널 '헬리오스킨'을 개발했다.
미국 코넬대학교 연구진이 복잡한 형태를 감싸거나 변형되어 햇빛을 더욱 효율적으로 흡수할 수 있고, 심미적으로도 매력적인 태양광 패널을 개발하였다. 이들은 ‘헬리오스킨(HelioSkin)’이라 불리는 혁신적인 소재를 고안하였으며, 이는 가볍고 유연한 특성을 지니고 있어 복잡한 구조물에도 손쉽게 적용될 수 있다. 기존의 평평하고 비유연한 태양광 패널의 한계를 극복할 수 있는 이 소재는 태양광 기술의 대중적 확산에 기여할 가능성이 있다고 연구진은 전했다.
자연에서 영감을 받다!
연구팀은 식물의 굴광성(héliotropisme), 즉 햇빛의 방향을 따라 움직이는 성질에서 착안하여 이 혁신적인 소재를 개발하였다. 대표적인 굴광성 식물인 애기장대(Arabidopsis thaliana)는 광합성 효율이 높은 것으로 알려져 있으며, 이를 모티프로 삼아 헬리오스킨은 태양의 위치에 따라 태양광을 최대한 흡수할 수 있도록 조정되는 ‘태양광 외피’로 설계되었다.
코넬대 건축·예술·도시계획대학의 제니 세빈(Jenny Sabin) 교수는 “자연은 회복력이 강하고 생물학은 장기적인 관점에서 지속 가능성을 보여준다”라며, 굴광성이 지속 가능하고 회복력 있는 건축을 통합하는 데 중요한 통찰을 제공한"라고 설명했다.
그는 “우리의 목표는 에너지를 수동적으로 생성하는 데 그치지 않고, 도시 및 도심 외곽 환경을 변화시키는 것”이라며, “지속 가능성이란 단지 효율성과 기능성만이 아니라, 사람들에게 혁신적인 태양광 솔루션을 받아들이도록 영감을 주는 것이기도 하다”라고 덧붙였다.
연구진은 굴광성 외에도 종이접기 기술인 오리가미(Origami)와 키리가미(Kirigami)에서 영감을 받아 헬리오스킨의 설계에 적용하였다. 이는 소재의 유연성을 높이고, 곡면에 더욱 자연스럽게 부착될 수 있도록 하기 위한 전략이다. 코넬대 물리학과 이타이 코헨(Itai Cohen) 교수는 “평면 패널 대신, 다양한 형태에 적응할 수 있도록 소재를 독특한 패턴으로 절단한다”라고 설명했다. 이는 기존의 딱딱하고 제한적인 패널과 달리, 다양한 건축적 요구에 맞춰 유연하게 적용될 수 있는 장점을 가진다.
또한 이들은 기능성뿐 아니라 시각적인 임팩트를 통해 태양광 기술의 확산을 꾀하고 있다. 헬리오스킨은 컴퓨터 기반 설계, 디지털 제조, 3D 프린팅 기술을 활용하여 제작되었으며, 2D 인쇄 및 3D 모델링을 결합함으로써 비용을 절감하고 다양한 구조에 맞춘 맞춤형 적용이 가능하도록 했다.
상용화 계획은? "이미 시장분석 끝냈다"
이 프로젝트는 미국 국립과학재단(NSF)의 Convergence Accelerator 프로그램으로부터 지난해 약 62만 유로(약 9억 원)의 1차 연구자금을 지원받았으며, 현재는 3년간 진행될 파일럿 프로젝트를 위해 약 470만 유로(약 70억 원)의 추가 자금을 신청한 상태이다. 연구팀은 도시공원이나 정원에 사용할 수 있는 소형 태양광 덮개로 시작하여, 궁극적으로는 경기장, 마천루, 개폐식 지붕 등으로 응용 범위를 확대할 계획이다.
상용화 전략과 관련하여, 연구팀은 이미 철저한 시장분석을 마쳤으며, 헬리오스킨의 원가, 와트당 가격, 출력 용량이 기존 태양광 솔루션에 비해 경쟁력이 있다는 결론을 내렸다. 현재 E Ink, Rainier Industries, SunFlex 등 다수의 기업과 협업하고 있으며, 향후 다양한 산업 분야에서 실질적인 적용이 가능할 것으로 보인다.
유연한 차세대 태양광 솔루션인 헬리오스킨이 비평면 구조물에서도 효과적인 에너지 생산을 가능하게 할 수 있을지 그 귀추가 주목된다.
에코저널리스트 쿠 ecopresso23@gmail.com
Copyright © 에코프레소