버려지는 에너지를 모아 유용한 에너지로 변환해 활용

[인더스트리뉴스 이건오 기자] 에너지하베스팅(Energy Harvesting)은 버려지는 에너지를 유용한 에너지로 바꾸는 기술로, 1954년 미국 벨 연구소에서 태양광을 에너지로 바꾸는 태양전지기술을 발표하면서 처음 등장했다.

저탄소 및 친환경 에너지에 대한 수요 증가, 4차 산업혁명의 대표 기술인 IoT의 보편화, 설비·장비·제품 등 사전진단 필요성 증가로 인해 시장은 급성장하고 있으며, 선진국을 중심으로 기술 개발이 활발하게 이뤄지고 있다.

공이 구를 때마다 발생하는 회전 에너지를 저장해 불을 밝히는 데 쓸 수 있다. [사진=inhabitat]

에너지하베스팅의 글로벌 시장 규모는 2015년 2억6,900만달러에서 연 19.6%씩 성장해 2022년 9억7,400만달러 시장이 될 전망이며, 미주 지역이 최대 비중을 차지하고 영국과 독일이 그 뒤를 이을 것으로 보인다.

에너지하베스팅은 광에너지, 열에너지, 신체에너지, 진동에너지, 중력에너지, 위치에너지, 전자기에너지 등을 압전, 열전, 광전, 전자기의 형태로 변환해 에너지를 저장 및 소비하는 흐름을 갖는다.

일본 음지발전사는 2006년 자동차, 자전거, 사람 등이 지나갈 때 생기는 압력을 활용해 에너지를 생산하는 ‘발전 마루’를 개발했다. 도쿄역 개찰구 앞에는 이용자들이 밟고 지나가는 지하철역 바닥에서 전기를 얻기 위해 발전마루가 설치됐는데 이용자가 많은 날에는 하루 960kW의 전력을 생산한다고 알려졌다.

이스라엘에서도 도로, 철도, 공항 활주로에 압전 발전기를 설치해 도로를 통과할 때 발생하는 압력, 진동에너지로 신호등, 철도 차단기, 가로등에 전력을 공급하는 기술을 개발했다.

국내 사례를 살펴보면, SK에너지는 2009년부터 울산 공장에서 버려지는 열을 공장 가동에 활용하고 있다. 시간당 40톤의 폐열 증기를 에너지 원천으로 활용하는 것으로 알려져 있는데, 이 열전 기술을 활용해 연간 7만5,000톤의 온실가스를 감축하고 있다.

에너지하베스팅 기술은 1954년 미국 벨 연구소에서 태양전지기술을 발표하면서 처음 등장했다. [사진=dreamstime]

언차티드플레이라는 회사에서 개발한 ‘소켓볼(Soccket Ball)’은 공이 구를 때마다 발생하는 회전 에너지가 밖으로 빠져나가지 않도록 잡아줘 30분간 공놀이를 하면 3시간 동안 사용할 에너지를 모을 수 있다. 축구공에 플러그를 꽂으면 LED 조명이나 휴대폰을 충전할 수 있다.

전기를 만드는 신발로 유명한 ‘에코스텝’도 압전 기술을 활용해 자가 발전을 할 수 있는 기술이다. 보행을 통해 땅과 발 사이에 압력이 발생하는데 그것을 에너지로 전환하는 것이다. 이 외에도 전기가 흐르는 전깃줄, 침낭의 인체 마찰열을 활용, 사람의 호흡을 이용한 풍력발전 마스크 등 다양한 아이디어가 기술화되고 있다.

업계 관계자에 따르면 “향후 에너지하베스팅 기술이 상용화되면 IoT 기기 및 저전력기기 중심으로 활발하게 보급될 전망”이라며, “건물 내 IoT 센서, 자동차 소형 전자 장치에 전력을 공급하고 산업부문에서는 압력, 유량 및 온도 측정을 위한 센서에 전력을 공급할 수 있다”고 설명했다.

현재 에너지하베스팅 기술이 적극 활용되고 있는 분야는 태양광 발전이다. 그러나 더 많은 분야에 적용되기 위해서는 발전 효율 향상, 내구성, 유지보수 등의 과제가 남아있다. 다양한 장소 및 요소로 발전이 가능한 만큼 많은 대안 기술의 등장이 필요한 부분이다.

업계 관계자는 “최근 얇고 가벼운 휴대용 전자기기 및 웨어러블 수요가 증가함에 따라 IT 기기들이 소형 나노화되는 추세”라며, “이에 따라 배터리 크기, 사용시간 등의 한계를 극복하기 위한 새로운 전원 기술로 하베스팅이 주목받고 있다”고 말했다.

이어 “에너지하베스팅 기술은 미국과 유럽이 기술 개발을 선도하고 있으나 초기 단계로, 국내 기업과 기관에서 역량을 집중한다면 충분히 경쟁할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

[이건오 기자 (news@industrynews.co.kr)]

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