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전기 전력 분야에 관심이 많은 구독자 여러분! ‘에너지 하베스팅’이란 단어, 한 번쯤 들어보셨죠?

 

‘에너지 하베스팅’을 한국어로 번역하면 ‘에너지 수확’이라고 할 수 있는데요. 에너지를 수확한다니. 대체 무슨 뜻인지 느낌이 잘 오지 않죠. 그래서 이번 글에서는 ‘ 에너지 하베스팅’이란 어떤 의미인지, 다양한 예를 들어 알아보겠습니다. 에너지 하베스팅이 이슈가 되고 있는 이유를 중심으로 설명드리겠습니다!

 


 

‘에너지 하베스팅’의 역사와 어원

 

일반적으로 ‘에너지 하베스팅’은 주변에서 버려지는 에너지를 모아 전력으로 활용하는 기술을 의미합니다. 이 개념은 1954년 벨 연구소에서 태양전지 기술을 발표하면서 처음 제시됐습니다.

 

1925년에 설립된 세계 최고의 민간 연구개발 기관, 벨 연구소. 현재 노키아가 인수했습니다. ⓒwww.bell-labs.com 화면 캡쳐

 

당시 전력을 생산하는 방식은 발전기를 통한 방식만이 있었는데요. 그렇기 때문에 태양열 에너지와 같은 자연 에너지들은 우리가 사용하지 못하는, ‘버려지는 에너지’로 인식되고 있었죠. 그래서 ‘주변의 버려지는 에너지 모아 전기를 생산한다‘는 개념의 의미로 ‘하베스트’라는 단어를 사용했답니다.

 

현재는 그 의미가 확장돼 자연 에너지뿐 아니라 우리 주변에서 낭비되는 모든 에너지 원을 전기 에너지로 변환하는 기술이라는 의미로 사용되고 있답니다. 이 단어의 어원을 아는 사람들은 신재생 에너지 역시 에너지 하베스팅의 일종으로 보기도 해요.

 

 


 

에너지 하베스팅의 예시

 

자연과학적 상식이 있으신 분들, 에너지 보존 법칙’이라는 용어를 들어본 적 있으시죠? ‘에너지 보존 법칙’이란 ‘에너지는 그 형태를 바꾸거나 다른 곳으로 전달될 수 있을 뿐 생성되거나 사라지지 않고 항상 일정하게 유지된다’는 개념입니다.

 

ⓒ픽사베이

 

형광등을 예로 들어보겠습니다. 형광등은 전기 에너지를 빛과 열에너지의 형태로 변환합니다. 형광등이 내뿜는 빛은 무에서 갑자기 탄생한 게 아니에요. 우주 안에 있는 에너지가 다른 형태의 에너지로 바뀌어 우리에게 전달되는 거죠.

 

에너지 보존 법칙을 바탕으로 주변의 모든 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 기술을 바로 ‘에너지 하베스팅’이라고 합니다. ‘주변의 모든 에너지’라 함은 열에너지, 빛에너지, 진동에너지, 전자기장 에너지 등을 의미해요. 그러면 에너지 하베스팅 기술의 대표적인 원리와 예시를 간략하게 알아보겠습니다.

 

 

① 압전 방식 :  진동 에너지나 압력 에너지를 압전소자를 활용하여 전기 에너지로 바꾸는 기술입니다. 브라질의 한 빈민가에는 독특한 축구장이 있는데요. 바로 압전소자를 활용한 타일을 바닥에 설치해 전기 에너지를 만드는 축구장이죠. 낮에 신나게 뛰어놀며 생산한 에너지를 저장한 뒤 야간에 전기 에너지로 바꿔 사용할 수 있는 축구장이랍니다.

 

 

서울숲에 설치된 압전 발전판 ⓒ한국전력 인스타그램

 

서울 성수동에 위치한 ‘서울숲 공원’을 방문하시면 압전 발전판을 실제로 만나볼 수 있는데요! 호수를 가로지르는 수변 다리 위에 설치된 친환경 에너지 타일 위를 걸으면 전기에너지를 직접 만들 수 있답니다.

 

 

② 열전 방식 : 열에너지를 전기 에너지로 바꿔주는 기술입니다. 두 도체 사이에 온도 차이가 발생하면 전류가 흐르는 원리를 사용한 기술인데요. 2013년, 영국 모바일 회사 보다폰(Vodafone)이 선보인 휴대폰을 충전할 수 있는 바지가 대표적인 예시랍니다. 이 바지 주머니에 열전 소자를 넣어서 사람이 엉덩이를 흔들면 에너지가 생산돼 휴대폰을 충전할 수 있다고 해요.

 

정전기 현상 ⓒ클립아트

 

그 외에도 기계적 에너지, 정전기, 마찰 전기 등의 다양한 에너지 원을 전기에너지로 변환하는 연구가 진행되고 있습니다.

 


 

에너지 하베스팅, 왜 이슈가 되고 있나?

 

 

에너지 하베스팅이란 개념은 오래전부터 존재해왔는데요. 최근 4차 산업혁명 시대가 열리면서 더욱 주목받고 있답니다.

 

ⓒ셔터스톡

 

4차 산업혁명이란 단어는 아직 그 뜻이 확실하지 않습니다. 전문가마다 정의하는 바가 다르고, 국가 별로 조금씩 다른 뉘앙스로 사용되고 있거든요. 하지만 확실한 사실은 4차 산업혁명이 바로 정보 통신 기술, ICT의 발달로 시작됐다는 점입니다. 공장 기계와 컨베이어 벨트에 센서를 부착해 빅 데이터를 생산하고, 이를 인공지능이 분석해 고장을 예측하는 등 ICT 기술을 활용해 생산성을 높이는 시대가 바로 4차 산업혁명 시대인 거죠.

 

이와 같이 4차 산업혁명 시대가 시작되면서 인류의 삶은 비약적으로 발전할 수 있으리라 예상되는데요. 이와 동시에 해결해야 될 문제가 하나 생겨났습니다. 바로 전력입니다.

 

기존의 전자기기들은 전력을 외부로부터 공급 받거나 배터리를 통해 얻어왔습니다. 하지만 4차 산업혁명 시대의 신기술 중에는 외부와 연결된 선, 전지 등을 사용하지 않고 전력을 공급받아야 하는 기술이 대부분이죠. 이처럼 다가오는 시대에는 소자의 최적화와 회로의 고성능화가 필수인데요. 이에 대한 대안으로 에너지 하베스팅이 주목받게 된 겁니다.

 


 

에너지 하베스팅, 신재생 에너지의 단점을 보완해준다?

 

ⓒ픽사베이

 

대표적 신재생 에너지인 태양광 발전, 풍력발전 등은 청정한 에너지원이긴 하지만 날씨의 영향에 따라 발전량이 일정치 않다는 단점이 있습니다. 에너지 하베스팅이 그 단점을 보완해 줄 대안으로 주목받고 있는데요.

 

2018년, American Chemical Society에 실린 해당 기술 화면 ⓒpubs.acs.org 홈페이지 화면 캡쳐

 

 

태양전지는 빛의 성질을 활용해 발전을 하지만 비가 오는 날에는 전력 생산이 불가능합니다. 이 문제는 마찰전기를 활용한 에너지 하베스팅 기술로 해결할 수 있답니다. 바로 태양전지 위에 TENG 발전기라는 마찰전기를 활용한 나노 발전기를 결합하는 기술인데요. 이럴 경우 물이 흐르면서 발생하는 마찰전기를 활용해 비가 오는 날에도 발전을 할 수 있다고 해요.

 


 

척박한 환경에서도 힘을 생산할 수 있는 에너지 하베스팅

 

 

에너지 하베스팅 기술을 활용하면 척박하고 제한된 환경에서도 에너지를 생산할 수 있습니다. 미 육군의 전투능력개발사령부(CERDEC)는 착용자의 움직임을 활용해 에너지를 생산할 수 있는 군용 가방을 개발했습니다. 최근 미군은 에너지가 있어야 작동할 수 있는 최신식 무기를 많이 도입했는데요. 충전기나 배터리로 이를 감당하기에는 한계가 있습니다. 따라서 CERDEC는 에너지 하베스팅 기술에 주목한 거죠.

 


 

이번 기사에서 에너지 하베스팅이란 무엇인가, 그리고 최근 왜 이슈가 되고 있는지에 대해 알아봤는데요. 재미있으셨나요? 다음 글에서는 마찰전기를 활용하는 에너지 하베스팅 기술에 대해 알아보겠습니다.

 

 

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