국내 연구진이 버려지는 자기장을 이용해 전기에너지를 생산하는 소재와 이를 이용한 에너지 발전기를 개발하는 데 성공했다.

창원에 있는 재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 분말세라믹연구본부 황건태 박사 연구팀은 한국해양대, 영남대 등과 공동 연구를 통해 집, 공장, 지하도 등에 설치된 전선에서 발생하는 미세 자기장을 정전기 효과를 이용해 전기에너지로 변환하는 자기-기계-마찰전기 변환소재와 이를 이용한 에너지 발전기를 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

최근 들어 무선 사물인터넷(IoT, Internet of Things) 센서 기술을 활용해 송배전 선로의 안정성을 실시간으로 파악하는 시도가 있었지만, 부피가 크고 고가인 변압기 등을 설치해야 하는 등 인력과 비용 문제 등으로 어려움을 겪고 왔다.

재료연구소 연구팀은 미세 자기장을 전기에너지로 변환해 loT센서 시스템을 별도의 베터리 없이 구동하는 데 성공했다. 연구팀은 특별히 설계된 자석 구조체를 활용해 미세 자기장을 기계에너지로 변환하고, 이를 다시 마찰전기 효과를 이용해 전기에너지로 변환했다. 또, 연구팀은 신개념의 자기장 구동형 마찰전기 대전체를 도입해 부피는 작지만 우수한 출력의 자기-기계-마찰전기 발전기를 개발했고, 이는 공간적 제약이 적어 송배전 선로에 광범위하게 설치될 수 있다는 장점도 있다.

재료연구소 황건태 선임연구원은 "이 기술을 이용하면 매우 저렴한 비용으로 미세한 자기장을 전기에너지로 변환하는 소형 발전기를 제작할 수 있다"면서 "이를 국가 기간 시설인 송배전 선로에 적극적으로 활용하면 이상 징후를 실시간으로 파악해 화재나 정전 등의 대형사고를 사전에 방지할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 에너지 분야의 세계 최고 학술지인 영국왕실화학회(Royal Society of Chemistry)의 '에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스지(Energy & Environmental Science)'에 게재(제1저자 재료연 임경원)됐고, 관련 원천특허를 출원하는 한편, 실용화를 위한 후속 연구를 진행 중이다.