에코 롱롱

우리 친구들, 에너지 숨바꼭질 미션을 하면서 다양한 신재생에너지 물건들을 직접 만져보았는데요. 건전지나 전기코드가 없이 태양, 바람, 물, 우리 친구들의 운동에너지 등으로 사용할 수 있다는 것을 알게 되었어요. 누르고, 흔들면서 에너지를 만드는 재미도 있었죠. 이번 에코이야기는 물통을 흔들어 에너지를 만든 실험을 소개하려고 해요^^

최근 다양한 모바일 기기와 착용형(웨어러블) 소자, 무선 센서 네트워크 등이 발전하면서 이러한 기기에 배터리 보다 주변에 버려지는 에너지를 이용해 에너지를 공급하는 에너지 수확장치 연구가 활발히 진행되고 있는데요. 에너지 수확장치는 사람이나 기계, 바람, 파도 등의 운동에너지, 빛에너지, 열에너지 등 주변에서 버려지는 에너지를 전기에너지로 변환해 전기를 생산, 공급하는 장치랍니다.

이러한 상황에 발맞춰 우리나라의 한 연구팀이 플라스틱 물병의 물이 출렁일 때 발생하는 물과 물병 표면 사이의 마찰을 이용해 전기에너지를 생산하는 발전기를 개발했다고 해요. 물이 들어있는 플라스틱 물병에 간단한 전극을 붙이고 물을 넣어 흔들면 에너지가 생산되는 마찰대전 방식의 에너지 수확장치를 개발한 것이에요.

▲ 플라스틱 물병을 흔들어서 발전하는 원리(출처:연합뉴스)

우리가 누르거나 밝거나 흔드는 운동에너지를 이용하는 에너지 수확장치는 장소, 조건에 따라 에너지 변환효율이 영향을 많이 받는 빛에너지나 열에너지와 달리 환경 조건에 관계없이 에너지를 지속적으로 공급할 수 있어 주목받고 있는데요. 운동에너지를 이용하는 에너지 수확장치로는 압력을 전기로 변환하는 압전방식과 고분자 필름 및 금속 표면의 마찰 정전기를 이용하는 마찰대전 방식이 많이 연구되고 있는 실정이랍니다.

하지만 압전방식은 특수한 유전체 및 공정이 필요해 비용이 비싼 단점이 있고 마찰대전 방식은 값이 싸고 공정도 간단하지만 마찰 마모로 인한 내구성 문제와 특정 방향 운동에서만 전기가 생산돼 효율을 높이기 어려운 문제가 있다고 해요. 반면에 이 장치는 불소계 고분자(PTFE)로 된 원통의 아래, 윗면을 알루미늄판으로 된 전극으로 막고 속에 물을 넣어 물이 흔들릴 때 전기가 생산되게 함으로써 내구성 문제와 운동 방향에 따라 발전효율이 떨어지는 문제를 동시에 극복했답니다. 그래서 물과 용기 표면의 마찰을 이용하기 때문에 기존 고체 표면 간 마찰을 이용하는 장치보다 내구성이 훨씬 우수하고 물이 흔들리는 모든 방향의 운동에서 전기가 생산돼 발전 효율도 높다고 해요.  

▲ 물을 이용한 에너지 수확장치 소자를 이용한 발광다이오드(LED) 구동 및 축전기 충전 실험(출처:연합뉴스)

위 실험을 통해 지름5.5㎝, 길이12㎝로 제작한 발전기를 초당5번 흔드는 운동으로 전압22V, 1.45㎂의 전류가 생산돼10개의 LED를 동시에 작동하고 축전기를 충전할 수 있는 것으로 확인되었다고 해요.

이 장치는 매우 간단한 제작방법과 저렴한 비용으로 만들 수 있고, 낙후지역이나 저개발국 등 직접적인 전력 수급이 어려운 지역에'적정기술'로 적용하면 전력문제 해소에 기여할 수도 있어서 앞으로 더욱 기대가 되는 장치예요. 에너지도 만들고 재미도 있는 에너지 물병을 우리도 하루 빨리 만나서 흔들어 보고 싶네요^^

참조:

「'물병 흔들면 전지 생산' 수력 나노발전기 개발」『연합뉴스』2016. 1. 18.