“초스마트 사회에서는 ‘에너지 하베스팅’이 뜬다”

[에너지데일리 변국영 기자] 열, 빛, 운동, 바람, 진동, 전자기 등 주변에서 버려지는 에너지를 모아 전기를 얻는 기술인 ‘에너지 하베스팅’이 초스마트 사회에서 다양하게 활용되는 스마트 기기, 프로세서, 네트워크, 모바일 기기 등의 전력원으로 활용될 가능성이 높아지고 있다는 전망이 나와 주목된다.

한국에너지공단 이슈브리핑 자료에 따르면 버려지는 폐열, 힘이나 압력, 진동 에너지 등을 활용해 전력을 생산하는 다양한 기술 개발이 활발히 이뤄지고 있다. 공장에서 방출되는 폐열 증기를 활용해 온실가스를 감축하거나 사람의 걸음이나 이동 시 발생하는 압력과 진동을 이용해 전력을 생산하는 것이다. 또 잉여 전파를 수집해 전기를 생산하거나 신체 에너지를 전기로 전환하는 등의 기술과 제품들이 계속해서 등장하고 있다.

‘에너지 하베스팅’은 모바일이나 웨어러블 기기 등의 전력원에서 향후 4차 산업혁명의 주요 요소인 사물인터넷 전원으로 더욱 주목을 받을 것으로 전망되고 있다. 세계 에너지 하베스팅 시장은 연평균 28% 성장률을 보이며 2022년에는 약 50억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되고 있다. 사물인터넷의 확산과 지구 온난화 방지를 위한 탄소 배출 제한, 웨어러블 모바일 기기 증가 등이 에너지 하베스팅 시장 확대를 촉진하고 있다는 분석이다.

화력발전소의 경우 연료 연소 후 폐열, 냉각수의 온배수 등 잔열을 배출하는 시스템에서 온도차를 이용해 전기에너지를 추출하고 있다. 열전소자를 이용한 발전방식은 약 10%의 에너지 변환 효율을 가지며 발전부품의 수명이 길고 높은 신뢰도를 가진다.

압전소자를 이용해 사람들이 걸어 다닐 때 바닥의 충격, 구조물의 진동, 자전거 폐달 회전 등에서 발생하는 진동 및 충격에너지를 전력으로 변환한다. 비교적 간단한 응용 사례로 신발에 압전소자를 삽입해 사람이 걸을 때 발생하는 지면과의 충돌에너지를 활용해 전기를 만드는 것이다.

신체에서 발생하는 체온, 정전기, 운동에너지 등을 이용해 특수한 섬유로 전기를 생성하거나 보행 시 체중의 변화를 이용해 발전하는 방식이 있다. 수집한 전기를 사람들이 일상적으로 사용하는 모바일 기기, 헬스케어 기기, 인공장기 등 저전력 전자기기의 에너지원으로 활용이 가능하다는 것이다.

해외에서는 온도차에 의해 열이 이동할 때 발생하는 에너지를 전기로 변환하고 있다. 영국의 보다폰사는 움직일 때마다 몸에서 발생하는 열이 반바지로 전달돼 휴대폰을 충전 시킬 수 있는 ‘파워포켓’을 선보였다.

주위에 버려지는 힘이나 압력, 진동 에너지를 활용하며 도로, 신발, 자동차 타이어 등 다양한 분야에 적용하고 있다. 네덜란드 로테르담의 클럽에는 전기를 생산하는 에너지 플로어를 바닥에 설치해 춤을 추면서 전기를 생산하고 이를 클럽의 LED 전력원으로 사용하고 있다.

영국의 드레이슨 테크놀로지와 임페리얼 칼리지는 ‘프리볼트’라 불리는 공간속의 무선전파를 모아 전력을 생산하는 전자기파 수확 기술을 개발했다. 와이파이 장치, 휴대전화를 동작시키는 다양한 전자파 대역에서 에너지를 흡수한다. 미국 워싱턴대 연구진도 유사한 기술을 이용해 5m 거리에 있는 카메라를 충전했다.

전문가들은 “기존 전력원인 배터리와의 가격 경쟁 우위를 통한 경제성과 효율성 확보 및 표준 시스템과 기술 규약이 마련돼야 하는 선결 과제가 존재하고 있다”며 “고효율 소재 기술 및 설계 기술 등에 대한 융합 연구 및 원천기술 확보가 중요하며 이를 위한 산업계 및 정책기관의 과감한 투자 전략이 필요하다”고 전망하고 있다.