환경과 에너지 효율성에 대한 사회적 관심이 증가하면서 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 전력으로 재활용하는 ‘에너지 하베스팅’이 각광받고 있다. 인간의 체온, 공장 폐열 등 온도 변화로 전기를 생성하는 열전발전, 걸음이나 차량의 진동 등을 활용하는 압전 발전 등 다양한 분야에서 상용화를 위한 연구개발이 한창이다.
미국 조지아공과대학 연구진은 날씨 변화에 주목했다. 압전, 열전 등 기존 기술과 달리 자연 현상에서 전기 에너지를 만들어내는 ‘스마트 윈도’를 개발했다. 바람과 빗방울 등이 유리창에 닿는 것만으로 전력 발전이 이뤄지는 기술이다.
연구진은 두 개의 물질이 접촉할 때 생성되는 마찰전기를 활용했다. 유리판 상부에 있는 두 개 층에 나노 크기 마찰전기 제너레이터를 내장했다.
가장 바깥층은 비에서 정전기를 수확한다. 구름에서 떨어지는 빗방울 내부에는 물과 공기 간 접촉으로 양전하가 생성된다. 유리에는 폴리디메틸실록산이라 불리는 음전하를 띤 실리콘 물질이 나노 크기 피라미드로 코팅돼 있다. 물방울과 코팅 층이 만날 때 전류가 발생하는 것이다.
두 번째 층은 바람에서 에너지를 만들어낸다. 나노크기 스프링 코일로 분리된 두 개 플라스틱으로 구성된 층이다. 바람이 창문을 밀면 이 스프링은 압출하고, 전하를 띤 플라스틱 플레이트가 서로 근접하면서 전류를 생산하는 방식이다.
실험결과 1㎡당 130㎽까지 전력을 생산하는 것으로 확인됐다. 소형 전자기기에 전력을 일부 공급할 수 있는 수준이다. 상용화를 위해 유리 시인성과 에너지 발전 효율성 개선, 효율적인 에너지 저장방안 등이 추가로 연구되고 있다.
연구진은 가정이나 사무실 등 일상영역 다양한 분야에 차세대 전력원으로 활용될 것으로 기대했다.
박정은기자 jepark@etnews.com
