양파껍질도 에너지원이 될 수 있다고?(에너지 하베스팅)

우리들이 분리배출한 재활용품인  플라스틱, 고철, 유리, 종이 등이 다시 재가공되어 사용하게 되는데 이러한 재활용 가능한 것들이 에너지 측면에서도 쓰임이 많다는 사실 알고 계신가요? 우리가 생활하면서 끊임없이 만들어지고 또 버려지는

에너지 양이 생각보다 많다고 하는데요 사람의 체온, 와이파이에 쓰이고 남은 잔여 전자기파, 머리카락에서 얻는 마찰 전기등 다양한 활동에서 버려지고 있는 에너지들이 있습니다. 이런 친환경 에너지 기술은 우리들의 일상생활에서 발생하는데 이런 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 ' 에너지 하베스팅 '으로 발전하였습니다.

오늘은 에너지 하베스팅 중에서도 압력을 이용하여 전기를 생산시키는 ' 압소 전자'에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

양파껍질의 전기에너지

에너지 하베스팅(Energy Harvesting)이란?

 

주변에서 버려지는 에너지를 수집해 전기 에너지를 생산하는 기술을 의미합니다. 우리 주변에서 자연적으로 존재

하는 청정에너지를 비롯해 일상에서 버려지는 작은 에너지를 모아 활용하기 때문에 신재생 에너지 원천 기술로

크게 주목받고 있습니다. 특히 공급이 매우 안정적이며 보안성과 지속 가능성을 유지할 수 있으며 화석연료를 사용

하지 않아 친환경적이라는 것이 ' 에너지 하베스팅'의 큰 장점이기도 합니다.

에너지 하베스팅의 종류에는 신체 에너지 하베스팅, 열에너지 하베스팅, 전자파 에너지 하베스팅, 진동 에너지

하베스팅 등이 있는데 이중에서도 진동 에너지 하베스팅은 비교적 발전 효율이 높고 응용범위도 매우 넓어  향후

실용 에너지로 전망이 매우 밝다고 합니다. 

 

실질적으로 이용되는 에너지 하베스팅의 사례

 

에너지 하베스팅의 활용은 지금도 다 야한 곳에서 확인할 수 있는데 2001년 국제 전자제품 박람회에서는 버튼을 누르는

운동에너지를 전력으로 바꿔 건전지가 필요 없는 TV 리모컨을 선보였으며 브라질 리우데자네이루의 빈민가 축구장에는

아이들이 축구장을 뛰어다닐 때 발생하는 진동 에너지를 6개의 LED조명 전력으로 전환하여 사용하고 있습니다. 시간당

200 kwh의 전력을 생산하고 있다고 합니다. 이렇게 진동과 압력 등을 통해 전기 에너지를 얻으려면 압전소자가

필요한데 그럼 압전소자란? 무엇일까요?

 

압력으로 전기를 생산하는 압전소자

압전소자는 압력을 가하면 전기를 발생 생산하는 성질을 가진 것을 말하며 대표적인 것으로는 수정, 전기석, 로셸염

등이 있으며 피에조 전기소자라고도 한다. 근래에 개발된 타이타늄산 바륨, 인산이 수소 암모늄, 타 타르산 에틸렌 다이아민 등의 인공 결정도 압전성이 뛰어나다고 합니다. 압전소자를 이용하면 일상생활에서 잡거나 누르고 걸을 때마다 전기

에너지를 만들 수 있습니다. 압전소자를 물리적인 힘으로 누르면 양전하와 음전하로 나뉘는 ' 유전분극 ' 이 발생하고

이러한 전하밀도의 변화로 인해 전기가 흐르는 ' 압전효과 ' 가  발생합니다. 기존의 태양전지, 풍력, 연료 전지 등과

같은 신재생·친환경 에너지와 달리 주변에 존재하는 미세 진동이나 인체 활동 중 미세한 움직임으로부터 발생하는 소모성

기계적 에너지를 전기 에너지로 무한히 추출할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

▣ 친환경 압소 전자인 양파껍질

- 유해성 물질이 아닌 천연 소재를 이용한 압전소자

- 약한 바람이나 작은 힘에도 반응하는 민감한 압전소자 

 

2017년 11월 포스텍에서 화학처리가 필요하지 않은 양파껍질을 이용해 높은 전력 효율을 만드는 나노 압전소자를 개발하여 기존의 화학물질을 이용한 압전소자의 문제점을 해결했습니다. 유해성 물질이 아닌 천연소재를 사용하여 생분해성, 생체적 합성이나 물질합성 측면에서도 발전 가능성이 상당히 크다고 합니다. 흔한 양파껍질이 친환경 압전소자가 될 수 있었던 이유는 양파껍질에 들어있는 셀룰로스라는 섬유질 때문입니다. 유리판을 쌓은 모양으로 되어있는 셀룰로스

섬유질의 층 내부에는 같은 수의 양전하와 음전하가 고르게 배열되어 있어 이러한 양파 껍질에 물리적 힘이 가해지면 나란히 배열되어 있던 양전하와 음전하가 이동하면서 그때 전기가 발생하는 것입니다. 양파 껍질은 심지어 나뭇잎을 움직이는 바람이나 작은 힘에도 전기를 생산할 수 있을 만큼 민감하고 효과적인 압전소자라 더욱 각광받고 있습니다.

 

▣ 압전소자의 미래

- 신체나 기기에 부착하여 몸을 움직일 때마다 전기 에너지를 생산

- 도로에 적용하여 자동차나 사람이 지나갈 때마다 전기 에너지를 생산

 

양파껍질처럼  아주 민감한 반응에도 전기를 생산할 수 있는 압전소자 기술을 신체나 기기에 부착한다면 사람들이 걸어 다닐 때 발바닥에서 발생하는 압력이나 기침과 같은 사람의 일상적인 움직임으로 우리에게 필요한 전기에너지를 만들어 줄 수 있을 것입니다. 또 도로에 압전소자를 적용하여 자동차나 사람이 지나가면서 누르는 압력으로 전기를 생산하고 주위 시설에 생산된 전기를 공급할 수 있을 것이라 예상할 수 있습니다. 압전소자를 포함하여 앞으로 계속 발전시킬 수 있는 버려지는 에너지를 또 다른 에너지로 발전시켜 에너지 하베스팅은 더욱 편리한 생활을 가져다주는 것뿐만 아니라 화석연료로 인한 환경오염 문제도 해결해 줄 수 있을 것으로 보입니다.

 

우리 주변에 그냥 버려지는 쓰레기를 분리해서 수거하면 재활용으로 사용할 수 있듯이 일상에서 버려지거나 일회성으로

소비되는 생활에너지도 조금만 더 신경 써서 특별한 기술력이 더해진다면 환경에 이로운 새로운 친환경 에너지로 재생산

될 수 있으리라 봅니다.