에너지 하베스팅, 미래를 위한 기술

일상적인 생활에서 우리는 재생에너지를 만들 수 있는 에너지원을 지나치고 있다. 전기로 변환 될 양이 적다고 무시되는 것들을 다시 모을 수 있으면 많이 모일까? 이런 의문점에서 시작된 에너지 하베스팅은 말 그대로 에너지를 ‘harvest(수확하다)’라는 뜻이다. 티끌모아 태산이라고 공중에 떠있는 에너지들을 모아 낭비되지 않도록 하는 기술이다. 열에너지, 진동에너지, 소리 등 흔히 우리가 교과서에서 배웠던 에너지원이지만 모순적으로도 말이 안 되는, 그런 에너지들을 다시 전기에너지로 변환하는 것이 이 기술의 핵심역할이다. 대표적으로 신발 깔창 발전기를 예를 들면, 발바닥이 깔창에 압력, 즉 조깅을 할 때, 이 압력으로 인해 전환에는 에너지가 무시할 수 없을 만큼 만들어진다. 이 에너지가 배터리에 축적이 되고 나중에는 핸드폰이 충전될 만큼 에너지가 모아진다.

 

에너지 하베스팅이라는 분야는 다양한 기술에 적용 될 수 있다. 사실, 에너지 하베스팅이라는 단어는 관련 자료들을 찾아보면 2013년 이후부터 쓰여 왔다는 것을 알 수 있다. 이 분야가 활발해지기 시작한 것은 2015년, 약 2년 사이에 엄청난 발전이 있었다는 것을 알 수 있다. 세계 에너지 하베스팅 시장은 친환경 에너지 개발로 2022녀 S까지 약 6조원 규모로 성장할 것으로 전망한다. 최근, 한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 10대 유명기술 중에서 에너지 하베스팅을 꼽았다. 다양한 분야에서 적용되는 에너지 하베스팅 기술이 어떻게 쓰였는지 보면 왜 뽑혔는지 사례를 보자.

 

▲신체 에너지 하베스팅

1초에 서너 걸음에 30mV를 생산하고 평균대기 전력이 20~25mV라는 점을 고려하면 스마트폰을 따로 충전할 필요가 없어집니다. 그래서 특히, 웨어러블 기기에서는 에너지 하베스팅을 접목한 다양한 사례가 많습니다. 웨어러블 기기는 배터리가 가장 큰 과제라고 지적하면서 이 한계를 극복하지 못할 경우, 스마트폰 액세서리처럼 보조적 기능에 머무르고 말 것이라고 국내 제조업체 관계자는 에너지 하베스팅을 강조했습니다. 

▲진동(충격)에너지 하베스팅

진동으로 인해 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환되는 압전기술은 도로 분야에서 매우 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 최근, 이스라엘에서 도로 압전 발전장치를 개발해서 이노와텍이 개발한 압전발전장치(Innowattech Piezoelectric Electric Generators, 이하 IPEGs)는 무게, 움직임, 진동, 그리고 온도의 변화에 의해 야기되는 기계적 에너지를 전자의 흐름으로 변환할 수 있는 압전 결정체이다. 발전기 1km를 편도 2차선 도로에 설치할 경우, 400kWh의 전력을 얻을 수 있다. 이 수치는 400~600정도의 가구에 전력을 공급 할 수 있는 양이다. 태양광이나 풍력발전기보다 설치비용이 50% 저렴하여 엄청난 발전이 기대된다.

 

▲열에너지 하베스팅

열에너지 하베스팅을 이용하여 폐열이나, 자연의 온도차를 이용하여 전기에너지를 얻는다.

▲중력에너지 하베스팅

도로의 과속 방지턱, 횡단보도 일시정지선 등에 공기 압력 펌프를 설치하여 차량의 중량을 이용해 공기를 압축 시킨 후, 압축 공기를 발전하는 방법이다.

▲위치에너지 하베스팅

수력발전소의 방수구 및 화력 발전소의 냉각수 방수로에는 소량의 위치에너지와 운동에너지가 버려지게 됩니다. 소형 수차를 이용해 배출 에너지를 전기 에너지로 회수 할 수 있다.

▲전자파 에너지 하베스팅

공기 중에 있는 방송 전파, 이동 통신 기기 전파 등 수많은 전자파 에너지를 수집해 단시간 사용 무선 전자기기의 훌륭한 독립 에너지원으로 활용할 수 있다.

 

참고자료 출처 :                                 http://www.edunet.net/redu/main/mainForm.do

                  http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=2847680&cid=40942&categoryId=32375