에너지 하베스팅, 버려지는 에너지를 재활용 할수 있는 기술
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에너지 하베스팅, 버려지는 에너지를 재활용 할수 있는 기술
  • 김정현 기자
  • 승인 2020.05.21 14:11
  • 댓글 0
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열전 냉장고(Ther-moelectric refrigerator)

인류에게 가장 큰 편의를 제공한 화석에너지, 지속적으로 사용할 경우 지구에 남아 있는 화석에너지의 고갈되는 부분과 화석에너지 사용으로 인해 발생되는 환경기후 오염 등 미래 에너지에 대한 고민이 많다.

이를 해결하기 위하여 많은 노력과 투자를 하고 있는데 그 중 사용하는 에너지중 버려지는 것을 다시 회수하여 사용하는 신개념 에너지 기술개발이 중요한 부분으로 떠오르고 있다.

에너지 하베스팅이라는 기술을 미디어를 통해 한번씩은 들어봤을 것이다.
에너지 하베스팅 기술이 앞서 이야기한 버려지는 에너지를 수집하여 전기로 바쒀 사용하는 기술로 현재 화석연료의 고갈로 인한 에너지 불균등화 문제와 화석연료사용으로 발생하는 환경문제 해결에 해결책을 제시하는 기술이다.

열전변환에 의한 에너지 하베스팅은 제벡 효과 (Seebeck Effect) 또는 펠티에 효과(Peltier Effect)를 이용해 재료 양단의 온도차에 의해 발생하는 전력을 이용한다. 제벡 효과란 N형과 P형으로 도핑 된 두 종류의 반도체 양 끝을 접합해 온도 차를 주어 온도가 높은 쪽의 에너지 준위가 높아지는 원리를 이용한다.

에너지 준위가 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 전하들이 이동하게 되면 양극에서 전기가 발생하게 되는데 제백 효과를 이용해 온도가 발생했을 때, 전기를 일으킬 수 있게 돼 에너지 하베스팅으로 이용 가능한 것이다.

펠티에 효과는 서로 다른 종류의 도체를 접합해 전류를 흐르게 할 때, 접합부에 줄열(Joule’s heat) 외에 발열 또는 흡열이 일어나는 현상이다. 한 쪽은 빠르고 한 쪽은 느린 것으로 하면 한 쪽은 뜨겁게 되고 한 쪽은 차갑게 되는데, 이 온도 차이로 에너지를 하베스팅 하게 된다.

에너지 하베스팅 기술의 특징은 주변 환경에서 에너지를 추출 해 내는 동안 오염물질의 배출이 없는 친환경 녹색 기술이라는 것이 장점이며 소량의 전력으로 구동될 수 있는 저전력 통신기기, 센서 네트워크, 체내 삽입형 기기, 모바일 기기 등이 주된 응용분야로 사용된다.

현재 에너지 하베스팅 기술의 활용성을 높게 평가하고 있는 선진국들은 그에 대한 기술개발에
박차를 가하고 있으며 해외 기업들은 열을 하베스팅해 전기에너지로 바꾸는 기술을 통해 제품을 출시하고 있다. 

BMW5 열선시트

대표적인 예로 독일의 자동차기업 BMW는 자사브랜드인 BMW5 시리즈에 열전소자를 이용하여 엔진에서 발생한 열을 하베스팅하여 전기에너지로 바꾸는 기능을 갖췄는데 바뀐 전기에너지는 차량 내 좌석을 따뜻하게 만드는 열시트에 재사용된다고 한다.

일본 기업 TDDI가 출시한 열전 냉장고(Ther-moelectric refrigerator)는 열전재료를 이용해 전기에너지를 줘서 온도 차이를 발생시키는 원리로 작동하고 있다. KAIST에서는 사람 몸에서 나오는 열을 활용해 전기를 발생하는 기술을 연구 중이며 겨울에 체온은 높은데 반해 외부온도는 낮아 둘 사이에 커다란 온도차이가 존재하게 되는 원리를 활용해 열전소자를 웨어러블 형태로 피부에 부착해 전기를 발생시킬 수 있는 기술을 연구개발 중 이라고 한다.

이 기술은 최근 유네스코가 지정한‘세계 10대 과학기술’로 선정된 바 있다.

하베스팅 에너지원들을 다양한 방법을 통해 전기 에너지로 변환할 수 있는 기술이 이미 존재하고 있지만 대부분의 발전 방법은 아직까지 변환효율이 높지 않다. 따라서 향후 에너지 변환효율을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 필수적이다.

하베스팅 기술은 버려지는 폐열의 회수뿐만 아니라 자연의 열에너지를 통한 발전에 활용할 수 있으며 나아가 인체열과 같은 미소 열에너지를 이용한 발전에도 적용할 수 있다.

버려지는 열에너지를 재활용하는 열전변환 하베스팅이 미래 에너지원으로 크게 작용할것을 예상하며 하베스팅 기술이 들어간 제품들이 많이 출시되면 자연적으로 환경에 대한 부담도 줄어들것으로 기대하고 있다. 


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