세계가 깜짝 놀랄 미래 에너지

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■ 열전 소자, 열-전기 에너지 변환 시스템 개발

차세대 신재생 에너지로 주목받고 있는 열전 소자에서 열과 전기를 각각 별도로 제어해 에너지 변환 효율을 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다. 용광로 등 산업 현장에서 발생하는 폐열을 전기로 전환하거나 체온을 이용해 휴대 전화를 충전하는 등 발전 가능성이 큰 연구로 평가된다.

이우영 연세대 교수(사진) 연구팀은 열전 소자에서 열과 전기를 독립적으로 제어할 수 있는 나노선 성장 기술(OFF-ON법)을 자체 개발하고 이를 실험적으로 증명하는데 성공했다고 2011.08.09일 밝혔다. 열전 소자는 온도차에 의해 전기를 만드는 시스템으로, 정밀한 온도 제어, 저소음, 저진동, 환경 친화성 등 많은 장점을 갖고 있어 차세대 에너지 변환 시스템으로 주목받고 있다.

■ 전기와 열을 독립적으로 제어하는 시스템 개발

문제는 열과 전기를 별도로 제어하는 것이 그동안 가장 중요한 관건이었다. 온도차를 유지하기 위해 전기는 잘 흐르게 하면서 열은 흐르게 하지 않도록 해야 하지만 전기와 열의 전달은 비례 관계여서 이를 독립적으로 조절하는 것이 쉽지 않았기 때문이다.

연구팀은 중심부 물질과 다른 종류의 물질이 겉을 둘러싸고 있는 구조의 코어쉘 나노선 표면 구조에서 전기와 열 전달을 독립적으로 제어할 수 있는 압축 응력법을 자체 개발했다. 이를 통해 전기 전달은 그대로 유지하면서 열 전달을 기존 대비 25분의1 이하로 줄여 에너지 변환 효율을 획기적으로 높일 수 있게 됐다.

일반적으로 열전 재료는 전기가 통하면 한쪽은 뜨거워지고 반대쪽은 차가워진다. 거꾸로 온도 차이를 만들어도 전기가 통한다. 열전 재료는 소음이나 진동이 발생하지 않고 정밀한 온도 제어가 가능하지만 아직 에너지 효율이 낮다. 그래서 진동이 발생하면 안 되는 냉각 장치인 와인 냉장고에만 사용되고 있다.