나뭇잎의 바람과 비를 통해 전기 생산하는 청색기술 전천후 발전소 개발

재생 에너지원은 화석 연료보다 친환경적인 것은 분명하지만, 대부분 햇빛을 이용하는 등 한 가지 방식으로만 전기를 생산하기 때문에 항상 사용할 수 있는 것은 아니다. 그래서 바람과 비를 모두 사용하는 인공 공장을 차리고 새로운 시스템을 구축한 소식이 나왔다.

미국화학학회(ACC)에서 22일 밝힌 소식으로, 'ACS 지속가능 화학 및 공학(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)' 저널에 게재된 논문에 설명된 내용이다.

이 실험적인 발전소는 미국 보스턴에 있는 노스이스턴대의 라빈더 다히야 교수가 이끄는 국제 과학자팀이 개발했다. 이 발전소에는 두 가지 유형의 에너지 수집기가 통합되어 있으며, 두 가지 모두 이 특정 응용 분야를 위해 시각적으로 매력적인 나뭇잎 모양으로 제작됐다.

첫 번째 유형은 '마찰전기 나노발전기(TENG: triboelectric nanogenerator)'라고 알려진 것이다. 이 장치는 접촉했던 다른 물질과 분리된 후 한 물질에 전하가 축적되는 현상인 삼중전기 효과를 활용한다. 머리를 빗을 때 발생하는 정전기의 원인이 바로 이 현상이다.

이 발전기의 경우, TENG은 테플론으로 더 잘 알려진 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene) 층 사이에 나일론 나노섬유 층이 샌드위치처럼 끼어 있는 구조로 이루어져 있다. 바람(가벼운 바람이라도)이 나뭇잎을 바스락거리게 하면 테플론과 나일론 층이 서로 밀고 당기면서 마찰에 의해 정전기가 발생하고, 이 정전기는 통합된 구리 전극에 의해 전기로 변환된다.

다른 유형의 에너지 수집기는 '물방울 기반 에너지 발전기(DEG: droplet-based energy generator)'라고 한다. 간단히 말해, 빗방울이 떨어질 때 가해지는 힘을 통해 전기를 생성하는 방식이다.

지금까지 수행된 실험에서 두 가지 유형의 수집기를 통합한 인공 식물을 청색기술인 자연의 바람과 비를 모방한 조건에 노출했을 때 짧은 깜박임으로 10개의 LED 조명에 전력을 공급할 수 있는 충분한 전기가 생성됐다.

과학자들은 이 기술을 더 큰 형태로 확장하여 출력을 높이거나 여러 개의 작은 발전소를 서로 연결하여 네트워크를 형성할 수 있다고 말한다.