기상 예측 정확도와 상관없이 모든 기후 조건에서 사용할 수 있는 청정에너지 소자가 개발됐다.
포스텍(POSTECH)은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수, 기계공학과 통합과정 이건·강현정·윤주영 씨 연구팀이 마찰 대전 발전과 복사 냉각 기술을 결합해 전천후 에너지 통합 장치를 제작하는 데 성공했다고 19일 밝혔다.
태양광·풍력·수력과 같은 재생에너지는 지구의 자원을 고갈시키지 않는 지속 가능한 자원이다. 이같은 청정에너지는 기후 상황이나 지리적 조건에 따라 생산량이 변동하기 때문에 이를 활용한 에너지 소자들을 일정하게 사용할 수 없다는 문제가 있다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 마찰 대전 나노 발전 기술과 복사 냉각 기술을 결합한 에너지 통합 장치를 개발했다. '마찰 대전'은 서로 다른 두 물질이 접촉 후 분리될 때 전하를 띠게 되는 현상이다. 빗방울과 창문 간 액체-고체 마찰 대전 원리를 이용, 우천 시 에너지를 수확할 수 있다.
그리고, 이 장치는 자외선과 적외선 영역의 빛은 반사·흡수하며 가시광 영역의 빛은 투과하도록 설계되었다. 그 결과, 맑은 날에는 에너지 소비 없이도 물체가 자체적으로 열을 반사하거나 대기 중으로 방출하는 '복사 냉각' 기술로 실내 온도를 낮추고 에너지를 절약할 수 있다. 또 진화 알고리즘을 이용해 이러한 열 방출 및 투명도의 특성을 최적화했다.
연구팀이 개발한 만능 소자는 단일 액적(물방울) 1제곱미터(㎡)당 248.28W(와트)의 에너지를 수확하는 데 성공했고, 에너지 변환 효율은 2.5%를 기록했다. 기존 유리와 비교했을 때, 실내 온도를 최대 24.1℃ 낮추는 효과를 보였다. 일반적인 유리처럼 투명하게 보이지만, 기후에 따라 에너지 생성과 실내 냉각이 모두 가능해 다양한 조건에서 에너지를 효율적으로 활용할 수 있는 장치를 개발한 것이다.
노준석 교수는 “기후와 지리적 조건의 제약이 많았던 청정에너지의 생산성 한계를 극복할 대안을 제시했다”라며, “지속 가능한 에너지 소자로서 다양한 산업 분야에서 활용되기를 바란다”고 말했다.
포스코홀딩스 N.EX.T IMPACT 메타표면 기반 평면광학기술 연구소, 한국연구재단 중견연구사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구성과는 최근 과학 분야 국제 학술지 중 하나인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.
포항=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
