‘달리는 車 하중으로 전기 생산’?…친환경 장치 개발 성공

풍력, 수력, 태양광….

전기를 만드는 방법은 다양하다. 이 중에서 최근 새롭게 주목받는 분야가 바로 달리는 도로용 압전 발전이다. 달리는 자동차의 하중으로 이용해 전기를 만드는 것이 도로용 압전 발전이다.

도로 위를 달리는 차량은 상당량의 에너지를 노면의 진동과 변형, 열에너지로 소비한다. 그동안 이런 에너지는 차량 밖에서 소비돼 버려지는 에너지로 간주됐지만, 최근 이를 전기에너지로 전환하는 기술 연구가 활발해지고 있다.

이런 가운데, 한국과학기술연구원(KIST) 강종윤 전자재료연구단장팀이 유연한 고분자인 '이소불화비닐(Poly Vinyldienfluoride·PVDF)'을 이용해 도로용 압전 발전장치를 제작했다고 9일 밝혔다.

학계는 이 기술 개발이 의미가 있는 것으로 평가한다.

압전 발전은 높은 에너지 변환 효율 특성으로 인해 주목받고 있는 분야지만, 그동안 주로 소량의 에너지를 생산하는 저전력 응용분야에만 부분적으로 활용돼왔다. 특히 결정적인 약점이 있었다. 높은 전기 생산을 위해 압전 소재 제작에 납이 사용되는데, 납은 환경오염을 일으키고 건강을 해치는 유해한 물질로 압전 발전 응용분야의 제한요소로 작용해왔다.

그러나 연구팀이 개발한 압전 발전장치는 납을 포함하지 않는 유연 압전 폴리머 소재인 '이소불화비닐'(PVDF)을 사용해 친환경 소재 장치를 구현했다. 도로용 압전장치 상용화에 걸림돌로 지적받아 온 환경 문제가 해결된 것이다.

또 이번 기술은 낮은 전기 생산 능력을 보이던 압전 폴리머 소재의 한계를 극복해 대용량 발전을 실현했다.

이번에 개발한 압전 발전장치에서 측정된 최대 전력량은 620.2㎽(30*30㎠ 크기)로, 기존 납 계열 세라믹을 기반으로 한 도로용 압전 발전장치와 비교해 5.3 배 높은 출력을 기록했다. 중부내륙고속도로 여주 시험도로에 실제 적용해 테스트를 마쳤으며, 1,000만 번 이상 충격에도 전기 생산 성능이 떨어지지 않아 우수한 내구성을 가진 것으로 확인됐다.

이번 연구의 공동교신저자 중 한 명인 김상태 KIST 박사는 "버려지는 에너지를 전기 에너지로 수확하는 '에너지 하베스팅'(energy harvesting) 기술의 상용화를 앞당길 수 있다는 측면에서 연구의 의미가 크다"고 밝혔다.

또 다른 교신저자인 강종윤 단장은 "도로뿐 아니라 다양한 환경에서도 발전에 있어 핵심적인 기능을 수행할 수 있으리라 기대한다"고 말했다.

연구 결과는 지난달 27일 국제 학술지 '어플라이드 에너지'(Applied Energy) 온라인판에 실렸으며 관련 기술은 국내 특허 및 미국 특허로 등록됐다.