전선에서 버려지는 자기장으로 전기 생산

국내 연구진이 버려지는 자기장을 이용해 전기에너지를 생산하는 세계 최고 성능의 소재와 에너지 발전기를 개발하는데 성공했다.

재료연구소(KIMS) 분말세라믹연구본부 황건태 박사 연구팀이 한국해양대 이삼녕 교수 연구팀, 영남대 류정호 교수 연구팀과 공동 연구를 통해, 집, 공장, 송배전선로, 지하도 등에 흔히 설치된 전선에서 발생하는 미세 자기장를 이용해 전기에너지로 변환하는 자기-기계-마찰전기 변환소재와 이를 이용한 에너지 발전기를 세계 최초로 개발했다고 7일 재료연구소가 밝혔다.

연구팀은 특별히 설계된 자석 구조체를 활용해 미세 자기장을 기계에너지로 변환시켰고, 이를 다시 마찰전기 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켰다.

자기-기계-마찰전기 변환에서 생성되는 전기에너지의 크기는 마찰대전물질의 표면적 크기에 비례하게 되는데, 연구팀은 미세한 소금 나노분말을 음속에 가까운 속도로 마찰대전물질에 분사해 함몰시킨 후 물을 이용해 소금을 융해함으로써, 친환경적으로 복잡한 형태의 대면적 나노구조체를 마찰대전체 표면에 형성해 정격출력에너지를 수 밀리와트(mW)급으로 향상시킬 수 있었다.

기존의 자기장을 활용한 에너지 발전소자는 코일을 이용해 유도전기를 발생시키는 방식을 사용했다. 하지만 이러한 방식은 부피가 크고 에너지 변환 효율이 떨어지는 문제점이 있어 실제 사용에 제한적이었다. 이에 비해 연구팀은 신개념의 자기장 구동형 마찰전기 대전체를 도입해 부피는 작지만 우수한 출력을 가지는 자기-기계-마찰전기 발전기를 개발했다.

연구책임자인 재료연구소 황건태 선임연구원은 "본 기술을 이용하면 매우 저렴한 비용으로 미세한 자기장을 전기에너지로 변환하는 소형 발전기를 제작할 수 있다.

"고 말했다.

연구팀은 관련 연구결과를 에너지 분야의 세계 최고 학술지인 영국왕실화학회의 '에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스지'에 게재했고 관련 원천특허를 출원하는 한편, 실용화를 위한 후속 연구를 진행 중에 있다.

한편, 에너지 하베스팅 기술이 접목된 IoT센서는 송배전 관련 시설의 실시간 모니터링 및 유지보수에 있어 필수적인 요소로 발전할 것으로 기대된다. 송배전 선로 시설의 노후화와 뜻하지 않은 사고로 과전류가 흐르거나 전선이 끊어질 경우 화재 및 정전 등이 발생해 사회·산업·경제적 측면에서 큰 손실을 초래할 수 있다.

자기장을 이용해 전기에너지를 생성하고 IoT 센서에 전원을 공급하게 된다면 송배전 선로의 사고 예방에 큰 도움을 줄 수 있다. 이는 공간적 제약이 적어 송배전 선로에 보다 광범위하게 설치될 수 있는 장점을 가진다.

연구책임자인 재료연구소 황건태 선임연구원은 "이 기술을 국가기간 시설인 송배전 선로에 적극적으로 활용할 경우 이상 징후를 실시간으로 파악해 화재 및 정전 등의 대형사고를 사전에 방지할 수 있을 것"이라고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자