일상에서 에너지를 수확하다! 에너지 하베스팅

생활 속에서 버려지는 에너지를 전기로 사용한다!
더 이상 전기 코드도, 충전기도 필요 없다!
우리의 몸도 에너지가 될 수 있다!

중요한 순간에 스마트폰 배터리 양이 줄어들어서 초조하고 불안했던 경험 있으시죠?

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노트북 한번 가지고 다닐 때마다 전원 장치 때문에 무겁고 번거롭다고 생각하셨죠? 이제 이런 불안함과 불편함에서 해방시켜줄 새로운 혁신 기술이 등장했습니다! 바로 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)인데요, 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지들을 모아(수확 Harvest) 전력으로 재활용하는 기술을 말합니다. 그렇다면 에너지 하베스팅은 어떻게 가능할까요? 그 종류들을 한번 알아봤습니다.

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■ 신체 에너지 하베스팅

신체 중에 발생하는 체온, 정전기, 운동에너지 등을 이용하는 방법으로 몸에서 발생되는 온도와 외부 기계와의 온도차를 이용해 압전에너지 기술로 발전시켜 에너지를 공급 받는다.

(※ 압전에너지 기술: 무게, 움직임, 진동 등에서 발생하는 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 기술)

☞ 시계, 휴대폰, 만보기, 액세서리 등을 활용한 첨단 웨어러블 기기를 통해 일상생활에서의 작은 움직임, 걷기 등이 모두 에너지로 바뀔 수 있습니다. 앉았다 일어나는 동작만으로 에너지를 만들 수 있다고 하니 정말 대단하죠?

■ 진동(충격)에너지 하베스팅

대형회전기나 구조물의 진동, 충격 에너지를 압전에너지 기술을 응용하여 전기에너지로 변환한다.

☞ 자전거 바퀴를 돌려서 에너지를 만든다고 생각하면 이해가 쉬운데요, 일반인들이 자전거를 통해 하루에 약 2kwh 정도의 전기를 생산하면 약 300원 정도의 가치가 발생한다고 합니다. 아직은 미미한 수준이지만, 압전에너지 기술이 빠르게 발전하고 있고, 응용 범위도 다양해서 앞으로 실용 에너지로 전망이 밝습니다.

■ 열에너지 하베스팅

화력 발전소 연료연소 후 배열, 복수기 냉각수의 온배수 등에서 배출하는 막대한 양의 잔열과 자연온도와의 온도차를 이용한 열전대 발전방식을 통해 전기에너지를 발생시킨다.

☞ 쉽게 말해, 산업현장 곳곳에서 발생되는 잔열들을 모아서 전기에너지로 변환하는 방법인데요,
산업현장뿐 아니라, 그 양은 미미하지만 우리 인체에서 발생하는 열에서도 열에너지 하베스팅이 가능합니다.

■ 중력 에너지 하베스팅

도로에 설치된 과속방지턱, 통행료 납부 톨게이트, 횡단보도 일시 정지선에 공기 압력 펌프를 설치해 자동차의 중력을 이용해 압축공기 발전을 실시한다.

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<뉴에너지 테크놀로지 사가 개발한 중력 에너지 하베스팅 활용 ‘motion power’
자동차가 과속방지턱을 지나갈 때 생기는 압력을 활용해 에너지를 만들어 냅니다.
/ 이미지 출처 : solarfeeds.com>

■ 위치에너지 하베스팅

수력발전소의 방수구 및 화력발전소의 냉각수 방수로에는 소량의 위치에너지와 운동에너지가 버려지고 있다. 소형 수차를 이용해 배출 에너지를 전기에너지로 회수할 수 있다.

■ 광에너지 하베스팅

태양광 에너지는 아직 일부만 사용 중이며, 광전자소자의 대량 생산과 효율이 향상되면 향후 에너지 하베스팅의 대표적인 에너지로 사용될 전망이다.

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<광에너지 / 이미지출처 : 위키미디어>

■ 전자파에너지 하베스팅

공기 중에 있는 방송전파, 이동통신기기 전파 등 수많은 전자파 에너지를 수확해 단시간 사용 무선 소세력 전자기기의 훌륭한 독립 에너지원으로 활용이 가능하다.

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이처럼 생활 곳곳에 숨겨져 있거나 소모되고 있는 에너지들이 앞으로 우리에게 꼭 필요한 에너지로 바뀔 수 있다고 하니 정말 혁신적인 기술이죠!

이미 세계 곳곳에서는 에너지 하베스팅 기술이 빠르게 개발되고 적용되고 있는데요, 필립스는 2001국제전자제품 박람회에서 스위치를 누르는 운동에너지를 전력에너지로 바꿔 건전지가 필요 없는 TV리모콘을 선보였고, 이스라엘에서는 에너지 하베스팅 기술을 도로와 철도, 공항활주로에 적용해 도로를 통과할 때마다 발생하는 에너지로 신호등, 철도차단기, 가로등에 전력을 공급하고 있습니다. 미국은 압전발전기를 군화에 부착해 군인들이 걸을 때 발생하는 진동을 이용해 무전기 배터리를 충전하는 기술을 개발했고, 캐나다에서는 사람 다리에서 에너지를 생산하는 파워워크엠 기기를 개발했습니다.

또 최근에는 영국의 에너지 회사 페이브젠(Pavegen)이 브라질 리우데자네이루의 빈민가에 운동에너지를 전력으로 바꿔서 불을 밝히는 축구장을 건설했는데요, 낮 동안 뛰어 노는 아이들의 운동에너지를 모아서 축구장에 설치된 6개의 LED등에 불이 들어오게 했습니다. 덕분에 어두웠던 빈민가가 환하게 밝혀지고 있다고 하네요.

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<낮에 아이들이 뛰어놀 때 생기는 압력 에너지를 모아 축구장의 붉을 밝혔습니다.
/ 이미지 출처 : 페이브젠 공식 홈페이지(http://pavegen.com)>

에너지 하베스팅은 지난 2월 26일 한국과학기술기획평가원(KISTEP)에서 ‘미래 우리 사회의 불평등 해소에 기여할 수 있는 10대 유망기술’ 중 하나로 선정됐는데요, 2020년에는 전세계 시장 규모가 43억7000만달러(한화 약 4조7294억원)까지 성장할 것으로 전망되고 있습니다.

이런 상상!

어쩌면 2020년에는 거리 곳곳에서 배터리 충전을 위해 걷거나 뛰는 사람들이 많아지지 않을까요?
혹은 열심히 운동해서 에너지를 기부하는 좋은 사람들도 나타나지 않을까요?

거리에 거미줄처럼 늘어져 있던 많은 전기선들이 사라져서 파란 하늘을 더 많이 볼 수 있지는 않을까요? 과연 어떤 행복한 상상을 하시나요?

 

김미현 작가

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방송작가/자유기고가

5 thoughts on “일상에서 에너지를 수확하다! 에너지 하베스팅

  1. 운동에너지를 전기에너지로
    바꾸는데
    달리는 자동차 바뀌의 에너지를
    전기로충전해서 쓰면 에너지 효율이
    높지 않을까요
    혹시 실제 적용되는지가 궁금하네요

  2. 초등 5학년 학생들입니다. 현재 과학 ‘산출물’로 무엇을 만들까 고민하던 중, 신재생 에너지 분야와 에너지 하비스트 중, 오늘 때마침 비오는 거리를 우산을 쓰고 걸으며..에너지 보존의 법칙, 압전에너지, 운동에너지를 빛에너지로, 나착에 의한 마찰 에너지나 빛에너지로 변환시키거나 화학반응을….그러다 에스케이이노베이션에서는 어떤 것들을 현재하고 계신지 친구들과 한 번 방문 투어 하며, 과학자의 꿈을 더욱 더 다지고 싶다는 생각을 하거 되었습니다.

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