여러분은 세수할 때 수도꼭지를 계속 틀어놓고 하시나요, 닫아놓고 하시나요? 혹은 불필요한 조명을 사용한다거나 퇴근 시 콘센트 전원을 켜놓는 등 에너지를 낭비하신 경험이 있으실까요? 이처럼 버리는 것에 익숙해지는 요즘, 버려지는 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 기술이 있다는 것을 아시나요? 바로 에너지 하베스팅인데요. 오늘은 이런 에너지 하베스팅으로 미세 진동을 전기에너지로 만드는 원리에 대하여 알려드리도록 하겠습니다.
에너지 하베스팅을 이해하려면 진동과 전기에너지에 대해 알 필요가 있는데요.
진동의 사전적 정의는 평형 위치를 중심으로 반복적으로 움직이는 현상을 말하며,
전기에너지는 전자의 이동을 통해 전기적으로 발생하는 에너지입니다.
이렇게 발생하는 전기에너지가 실생활에서 무척이나 중요한 역할을 한다는 것은 많은 분이 알고 계실텐데요.
화력, 수력, 원자력 등의 발전을 통해 만들어지는 기본에너지로 다른 에너지로의 변환이 가장 용이하여 많이 사용되고 있기 때문입니다.
그렇다면 이 두 개의 에너지는 어떠한 관계를 가지고 있는걸까요?
미세 진동을 전기에너지로 바꾸는 에너지 하베스팅의 원리는 다음과 같은데요.
1. 미세 진동 수집
활용되지 않고 버려지는 미세 진동 수집
2. 메타 물질로 진동 증폭
메타 물질 내부로 들어온 미세 진동을 가두고 축적하여 45배 이상 증폭
3. 압전 소자로 에너지 변환
미세 진동을 에너지로 변환시키는 압전 소자에 기계적 변형을 가해 전기에너지 생성
본래 일상에서 발생하는 진동 대부분은 미세하여 에너지 하베스팅을 진행하지 못하고 큰 진동이 발생하는 위치를 찾아야 하는데요. 메타 물질의 개발로 적은 양의 압전 소자를 사용할 수 있고, 기존 기술보다 네 배 이상 큰 면적에서 전력을 생산할 수 있게 되었습니다.
에너지 하베스팅은 진동뿐만 아니라 다양한 에너지로 활용 가능한 기술인데요.
자연에서 발생하는 에너지뿐만 아니라 일상에서 발생하는 조명광, 자동차에서 발생하는 열, 방송 전파 등 우리 주변에서 활용되지 못하고 버려지는 에너지를 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있습니다.
즉 우리가 평소에 생활하며 발생하는 모든 일상 에너지를 재활용하는 친환경 기술이라고 할 수 있습니다. 이 중 진동 에너지를 활용한 에너지 하베스팅 기술이 비교적 발전 효율이 높고, 응용 범위도 넓기 때문에 향후 많은 기대를 받고 있습니다.
그렇다면 실질적으로 변환되는 전기에너지를 어떻게 활용하고 있을까요?
- 배터리
- 건물 및 산업 설비
- 의료 및 생체 센서
- 무선 센서 네트워크
이처럼 여러 분야에서 활용되고 있으며 구체적으로 들어가면 아래와 같은 사례들이 있습니다.
- 건전지가 필요 없는 TV 리모컨
- 진동 에너지로 조명을 밝히는 브라질의 축구장
- 진동 에너지로 전력을 생산하는 이스라엘의 도로 및 철도 등
에너지 하베스팅의 주요소인 압전소자의 경우 기술의 발전으로 신체에 부착하여 몸을 움직일 때, 도로에 적용하여 자동차가 지나갈 때마다 전기에너지를 생산하는 방식을 연구중인데요. 버려지는 쓰레기를 재활용하여 패션에 활용하듯 버려지는 에너지를 활용하여 새로운 에너지로 전환하는 친환경 기술인 에너지 하베스팅의 발전을 기대해 봅니다!:)
댓글
