티스토리 뷰

이런 방법으로 전기를 만든다고?

상상을 뛰어넘는 이색 발전 기술!





인류가 전기를 사용하기 시작한 이후, 전기를 대량으로 생산하기 위해 다양한 방법이 고안됐습니다. 화력 발전과 원자력 발전 등이 전기를 대량 생산하기 위한 대표적인 방식이죠. 그리고 21세기에 들어서는 태양광 발전, 풍력 발전 등 신재생 에너지를 활용한 전력 생산이 주목받고 있습니다.


그런데 우리가 알고 있는 이런 기본적인 발전 방식 외에도 전기를 만들 수 있는 또 다른 방법이 많은데요. 심지어는 페인트나 깃발을 활용해서도 전기를 만들 수 있다고 하네요! 이게 무슨 뜬구름 잡는 소리인가 싶으시죠? 이번 글에서는 우리의 상상을 뛰어넘는 이색 발전 방식에 대해 소개해드릴게요.




바르는 발전소, ‘솔라 페인트‘


페인트가 전기를 만들 수 있다면? 정말 거짓말 같은 이야기죠. 하지만 이런 페인트가 실제로 존재한답니다. 지난 2017년, 호주 멜버른의 로열 멜버른 공과대학교(RMIT) 연구진은 벽에 바르면 전기가 생산되는 ‘솔라 페인트’를 개발했는데요. 솔라 페인트는 공기 중의 수증기와 태양열만을 이용하여 에너지를 생산한답니다.


▲ 호주의 대표 신문사 '시드니 모닝 해럴드'에 실린 

솔라 페인트 연구진의 기사



그 원리는 무엇일까요? 우선 페인트의 핵심 원료인 실리카 겔이 공기 중의 수분을 흡수합니다. 이후 솔라 페인트에 함께 들어있는 합성 몰리브덴 황화물과 산화 티타늄 입자가 태양열과 화학작용을 일으켜 산소 원자와 수소 원자를 분리하죠. 이렇게 분리된 수소는 재생 가능한 ‘수소 연료’로 사용된답니다.




우리가 흔히 ‘태양 전지’라고 부르는 솔라 패널은 빛에 민감한 실리콘을 사용해 제작되는데요. 이 실리콘을 정제하는 과정에서 너무 많은 비용과 유해한 화학물질이 사용된답니다. 이에 비해 솔라 페인트는 기존 솔라 패널보다 생산이 더 간편하고, 제작 과정에서 유해 화학 물질을 사용하지 않아요. 따라서 좀 더 친환경적이고 경제적인 에너지 생산 방식이라고 할 수 있죠. 공기 중에 수증기와 태양열만 있다면 친환경 발전이 무한정으로 가능한 점도 큰 장점이랍니다.


연구진은 페인트의 에너지 효율을 높이면 상용화가 빠르게 진행될 것으로 전망했어요. 일상에서 솔라 페인트를 어서 만날 수 있길 기대합니다!





깃발의 펄럭임으로 전기를? ‘깃발 발전소‘


바람 에너지를 이용해 전기를 만들기 위해 흔히 사용하는 기구가 바로 커다란 풍차 모양의 풍력 발전기죠. 하지만 바람 에너지를 이용하는 또 다른 방법이 있답니다. 바로 깃발의 펄럭임을 이용한 발전인데요!



ACS Nano 홈페이지에 실린 '깃발 발전소' 기사



미국 조지아공대 재료공학부School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology 의 연구진이 2016년 미국화학회 과학 저널인 <ACS Nano>에 ‘깃발 발전소’의 가능성에 대해 발표했답니다. 서로 다른 두 재료를 씨줄과 날줄 삼아 엮어 만든 깃발 모양의 직물이 전력을 생산해냈다는군요.





씨줄에는 니켈을 코팅한 폴리에스테르Polyester 섬유 띠를, 날줄에는 플라스틱 코팅을 한 폴리이미드Polyimide 구리 필름 띠를 넣어요. 이 두 가지 띠를 서로 엮어 만든 직물을 활용해 가로 1.5cm, 길이 30cm의 깃발을 만듭니다. 


바람이 불면 깃발을 구성하는 두 가지 물질이 서로 닿았다가 떨어지는 과정을 반복하는데요. 이렇게 두 물질이 서로 마찰하며 전기가 생긴답니다. 이를 ‘마찰 대전 방식’을 이용한 발전이라고 부르죠. 풍선을 머리에 문지를 때 정전기가 일어나는 현상과 같은 원리랍니다.


이렇게 만든 깃발이 초속 22M의 바람이 불 때 펄럭이면 최대 40V, 30A 정도의 전력을 생산할 수 있다네요. 기상 관측용 풍선에 달린 기상관측센서가 데이터를 무선으로 컴퓨터에 전송할 수 있을 정도의 전력이랍니다.


이런 ‘깃발 발전소’가 상용화된다면 건물마다 거대한 깃발이 펄럭이며 전기를 생산하는 모습을 볼 수 있겠죠? 굳이 비싸고 설치가 까다로운 풍력 발전기가 없어도 말이에요. 



물만 있으면 전기가 만들어진다고? ‘물 건전지’


 

▲ 출처 : 아쿠아 파워 홈페이지 



물만 있으면 충전이 가능한 물 건전지Water Activated 1.5V AA battery 가 있대요. 일본 도쿄에 위치한 AQUA POWER라는 회사의 제품인데요. 


스포이드를 사용해 건전지 구멍에 액체를 주입하면 1.5V의 전기가 만들어진답니다. 건전지에 물만 넣으면 별다른 추가 과정이 필요 없어요. 또한 물 외에도 술이나 주스, 타액이나 분뇨 등 액체라면 무엇이든 상관없이 전기를 생산할 수 있대요.


▲ 출처 : 아쿠아 파워 홈페이지 



배터리의 무게는 15그램 정도로 다른 배터리에 비해서 훨씬 가볍답니다. 또한 한 번 충전 시 20시간 이상 작동하죠. 이 배터리를 개봉하지 않을 경우 약 20년 동안 장기 보존이 가능한데요. 이는 평균 3년 정도의 수명을 가진 다른 배터리들과 비교했을 때 굉장히 긴 시간이랍니다. 더불어 유해금속과 독성 화학물질이 포함돼있지 않아서 매우 친환경적이에요.


단점으로는 평균 3~5회의 재사용만이 가능하다는 점, 그리고 다른 건전지에 비해 2.5~5배 정도 비싸다는 점을 꼽을 수 있어요.




그렇다면 어떻게 액체로만 전기를 생산할까요? 사실 제조사에서는 이 원리에 대해 구체적으로 설명하지 않고 있습니다. 일부 사람들은 레몬처럼 산도가 높은 과일에 아연 및 구리 등의 금속을 꽂아 전기를 발생시키는 원리와 비슷한 원리가 아닐까 추측하고 있어요.


아연판과 구리판을 10~11cm 정도로 잘라서 위에 구멍을 뚫고 산도가 높은 과일에 꽂습니다. 이렇게 과일과 연결된 아연판과 구리판은 과일에 있는 구연산과 반응하여 전자를 잃는데요, 이 때 아연판이 구리판보다 전자를 더 많이 잃어버리기 때문에 아연판과 구리판 사이에 양전하의 차이가 발생합니다. 이 차이를 따라 전자가 이동하며 전기가 발생하죠.


이런 원리를 대형 발전지에 적용하면, 훨씬 더 많은 양의 전력을 생산할 수 있지 않을까요?





지금까지 생각을 뛰어넘는 전기 발생 장치에 대하여 알아봤는데요. 어떠셨나요? 언뜻 생각하면 대량 발전에 적합하지 않거나 상용화가 어려운 기술처럼 보이기도 하죠. 하지만 이런 시도가 자꾸 반복되면서 인류에게 새로운 가능성이 열리는 것 아닐까요? 


앞으로도 더욱 기발한 아이디어와 뛰어난 기술을 통해 색다른 발전 장치가 나오길 기대합니다~!



댓글쓰기 폼