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에너지 하베스팅, 新산업 도약 발판 마련

 

자연에서 버려진 에너지를 유용한 전기 에너지로 변환하는 '에너지 하베스팅'이 뜨고 있다.

사무실 조명, 자동차가 주행할 때, 횡단보도를 건널 때 등 우리 주변에는 수많은 빛과 진동, 열이 발생한다. 하지만 주변에서 발생하는 생활 에너지는 최종적으로 열이나 소리, 진동으로 전환돼 허공으로 사라지기 마련. 이렇게 버려지는 바람·빛·진동·열·전자기 등의 에너지를 '수확'해 새로운 동력원으로 사용하는 기술이 바로 '에너지 하베스팅'이다.

최근 사물인터넷·웨어러블기기·전자기술 등의 발전으로 기존 대형 전자기기가 소형화되고 있다. 소형 전자기기를 구동하는 에너지도 감소함에 따라 작은 규모의 소형발전에 대한 관심이 증가하고 있다.

에너지 하베스팅 기술은 소형전자기기의 전원공급 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 방법으로 제시되고 있다. 이는 무한한 에너지원을 이용해 2차 충전 에너지로 사용 가능할 뿐만 아니라 배터리 자체를 대체해 무선 센서 시스템에 전력을 공급함으로써 오랜 시간 동안 센서 시스템을 작동시킬 수 있다.

하베스팅 기기는 배터리 교체·관리에 들어가는 비용과 노력을 절감할 수 있어 새로운 전력원으로 주목받고 있다. 무제한·친환경적·반영구적이라는 점에서 새로운 개념의 에너지원으로 부상하고 있다.

자연으로부터 에너지를 얻을 수 있는 에너지 하베스팅 방식으로 태양광으로부터 에너지를 얻는 태양 전지, 온도 차이로부터 전기에너지를 얻는 열전 에너지 하베스팅, 진동 등의 기계 에너지로부터 전기에너지를 얻는 압전·정전·마찰 에너지 하베스팅, 그리고 전자기파로부터 에너지를 얻는 전자파 에너지 하베스팅 등의 방식이 있다.

◆ 표준연, 에너지 하베스팅 연구 교류회 첫 단추…"압전 하베스팅 표준 세운다"

"여러 에너지 하베스팅 기술 중 풍력·태양전지 등의 에너지 활용도가 가장 높습니다. 성능과 효율을 비교할 수 있는 표준도 확립됐죠. 하지만 최근 급부상하고 있는 '압전 에너지 하베스팅'에 대한 연구 결과를 비교할 수 있는 표준은 아직 없습니다. 압전 에너지 소자 실용화에 걸림돌이 되고 있죠."(김미소 표준연 삶의질측정표준본부 공학박사)

최근 풍력·태양전지 등의 에너지 하베스팅 기술은 여러 분야에서 활용되고 있으며 기술 표준이 확립됐다. 

하지만 압전 에너지 하베스팅의 경우 성능과 효율을 비교할 수 있는 평가 표준이 없어 압전 소자 실용화가 늦어질 수 있다는 것이 김 박사의 설명이다.

뿐만 아니라 압전 에너지 하베스팅에 대해 국내에서 학교·연구소를 중심으로 관련 연구가 진행되고 있으나 압전 소재개발·소자설계·회로개발 등의 연구가 개별적으로 진행되고 있어 압전 소자의 연구·개발로 인한 실용화를 더욱 늦추고 있는 판국이다.

김미소 박사는 올해 3월 압전 에너지 하베스팅의 실질적 상용화 가능기술로 발전시키기 위해 산·학·연 유일 자발적 협의체인 '에너지 하베스팅 교류회'를 설립했다.

지난 3월부터 매달 연구 현황 공유와 발전 방향을 논의해온 협의체가 지난달 19일 한국표준과학연구원(원장 신용현) 안전계측동 세미나실서 '제3차 에너지 하베스팅-센서 통합 시스템 연구교류회 워크숍'을 개최했다.

이번 워크숍은 압전 에너지 하베스팅의 소재 개발·설계·회로·센서·시스템 등에 대한 전문지식과 이를 기반으로 한 시스템 개발에 대한 연구 과제 도출을 위해선 통합적인 정보교류를 위한 목적으로 진행됐다.

교류회에서 에너지 하베스팅 융합 연구와 통합 원천기술 확보 방안 도출에 대한 다양한 의견도 나왔다.

김미소 박사는 "압전 소자에 대해서 비교할 수 있는 성능 지표가 없어 전력·전압 등 전기적인 특성을 연구자들이 서로 다르게 연구하고 있다"며 "측정 방법과 과정 자체를 표준화하는 것이 가장 시급하다"고 역설했다.

국내외 기술·시장을 분석하며 윤병동 서울대 기계항공공학부 교수는 "에너지 하베스팅은 기존 제조업에 융합해 국가 차원에서 제조업 경쟁력을 제고시킬 수 있다"며 "조선·중공업 등을 끌어올릴 수 있는 것은 하드웨어와 소프트웨어에 에너지 하베스팅이 융합하는 것"이라고 말했다.

남산 고려대 신소재공학부 교수는 "교류회는 재료·소자·소재·에너지 등의 여러 전문가가 모여 각자 담당하는 분야와 아이디어를 공유하는 자발적 소통의 장"이라며 "세상에서 빛을 바라는 기술이 되려면 기본 밑바탕이 튼실해야 한다. 네트워킹과 협업을 통해 밑바탕을 튼실히 다져가자"고 강조했다.

박성민 기자 sungmin8497@hellodd.com

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