관련 통계자료 다운로드 열전소재 기술의 현재와 미래 열전소재(또는 열전 에너지변환 소재)는 열에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 열에너지로 직접 변환하는 데 사용하는 소재다. 열을 전기에너지로 바꾸는 열전발전과 전기에너지를 열에너지로 변환해 이용하는 열전냉각의 설비와 부품을 만들 때 주로 사용된다.
열전소재 연구는 1960년대 한시적으로 매우 활발했으나 낮은 열전지수의 한계로 이후 1990년대까지 위축돼 왔다. 지난 1992년 열전소재의 나노구조 제어를 통해 열전지수의 한계를 극복할 수 있다는 개념이 제시된 뒤부터 다시 연구가 활발해지고 있다.
미국은 현재 미 항공우주국(NASA)을 비롯해 버클리대, 매사추세츠공대(MIT) 등 유수 대학에서 나노구조를 이용한 고효율 열전소자 연구가 한창이다. 산업계는 GM과 BMW 등을 중심으로 연비 향상이나 고온에서도 안정된 열전소재와 모듈 개발에 집중하고 있다. 국내는 최근 비철소재 및 전기전자, 자동차 관련 기업 등에서 관련 연구개발에 관심을 갖기 시작했다.
열전소재에 대한 관심과 연구 열기가 뜨거운 것은 녹색성장 및 저탄소화라는 현 시대적 요구에 가장 잘 부응할 수 있는 소재이자 기술이기 때문이다.
열전소재를 이용한 열전냉각은 냉매인 프레온을 사용하지 않는 친환경 냉각기술로, 이산화탄소를 배출하지 않고 무소음에 정밀 온도 제어가 가능한 첨단 냉각방식이다.
특히 열전발전은 다양한 대형 산업시설과 소각장 등에서 발생하는 폐·배열을 에너지원으로 이용하는 새로운 발전기술이다. 직류(DC)로의 직접 발전, 발전용량의 다양화(㎼∼㎿), 소형 독립전원, 무보수 장수명, 고신뢰성 등의 장점에다 24시간 연속 발전이 가능하다는 특성을 갖췄다.
단적으로 자동차는 엔진의 최대 에너지 효율이 35∼40% 정도여서 나머지는 대부분 폐열로 버린다. 여기에 열전발전시스템을 적용해 폐열을 활용하면 15∼20%의 연비 향상이 가능해진다. 향후 자동차를 포함해 IT제품의 전원, 산업 폐열을 이용한 중소형 발전분야에서 열전발전 수요의 급격한 증가가 예상되는 이유다.
하국현 재료연구소 분말기술연구그룹 책임연구원은 “열전소재 개발을 통한 열전변환시스템의 효율 개선은 열전냉각 및 발전 분야의 급격한 수요 증가를 촉발할 것”이라며 “에너지 확보와 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 유력한 소재기술”이라고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.co.kr
