'열전발전 성능 가늠자' 기준 소자 3종 개발
기업 연구개발용 '엔지니어링 데이터' 공개
세계 유일 파워 모듈 실증 평가 인프라 구축
한국전기연구원(KERI)이 중심이 된 정부출연연구기관·기업 연합팀이 열을 전기로 바꾸는 '열전발전' 산업화를 위한 디딤돌을 마련했다.
열전발전은 서로 다른 두 종류 금속이나 반도체 접점 사이에서 생기는 온도 차를 전기로 만드는 기술이다. 유용한 기술이지만 실용 연구 데이터가 부족하고 이론과 실제 효율 간 괴리가 커 산업 현장에 적용한 사례가 드물었다.
KERI 전기변환소재연구센터 박수동 박사팀은 산업통상자원부 지원을 받아 국내 기업이 열전발전 성능을 평가할 수 있도록 도와주는 기준 체계를 확립하고 관련 연구개발과 설계에 필요한 기초 데이터, 실증 인프라까지 마련하는 데 성공했다.
이번 연구는 한국기계연구원, 한국에너지기술연구원, 한국표준과학연구원, 서울대, 에코피아, 정관이 함께했다.
연구팀은 자체 개발한 인공지능(AI) 알고리즘을 통해 열전발전 성능의 가늠자 역할을 할 기준 반도체 물질과 소자를 개발했다.
AI에 전 세계 논문과 기술 브로셔 등 1만3000여개 출판물을 학습시켜 가장 많이 사용된 열전 반도체 조성을 파악하고 이들의 평균적인 성능과 규격을 도출했다. 다양한 온도와 제조 방식 등 대내외 환경 조건에 영향을 적게 받는 성질까지 분석해 산업적 척도가 될 열전발전 기준 소자 3종을 개발했다. 산업계는 3종 소자를 기준으로 자체 개발·보유한 열전발전 소자의 성능을 비교·평가할 수 있다.
연구팀은 나아가 기업이 열전발전 연구개발, 설계, 제조 과정에서 활용할 수 있는 '엔지니어링 데이터'를 만들어 수요기업에 공개했다.
데이터에는 △환경 특성(습기·진동·소금기 영향에 대한 특성) △전기적 특성(소자가 견딜 수 있는 전압 수준) △기계적 특성(강도·충격·압축 등을 견디는 정도) △소자 수명 예측 △열전 반도체 물성 정보 △계면 열전도도 측정 및 이론 정보 △성능 분석 평가 장비 정보 등이 담겨 있다.
기업이 개발한 킬로와트(㎾)급 열전발전 파워 모듈을 실증·평가하는 인프라도 구축했다. 산업 현장 조건과 유사하게 250~300℃ 고온 가스가 최대 14m/s로 뿜어져 나오도록 만들어 열전발전 모듈의 성능을 철저하게 검증하는 세계 유일 인프라다.
박수동 박사는 “열전발전 개발 과정에서 필요한 기준점, 데이터, 실증 인프라까지 원스톱으로 체계를 구축한 사례는 세계 최초이며 누구나 활용 가능하도록 공공성을 더했다”고 말했다.
이어 “그동안 멀게만 느껴졌던 친환경 열전발전 기술의 체감도를 높여 범국가적 에너지 절감 및 탄소중립 실현에 기여할 수 있도록 노력하겠다”고 덧붙였다.
창원=노동균 기자 defrost@etnews.com
