[인사이드컷] 물 한 방울의 움직임, 0.42㎿?

[프라임경제] 비가 갠 어느 선선한 오후, 근처 공원을 찾았는데요. 이름 모를 잎사귀에 고인 물이 마치 하나의 커다란 물방울처럼 보이더군요. 보석처럼 아름다운 자연의 모습에 절로 감탄이 일었습니다.

우리에게 물이란 필수불가결한 요소인데요. 자유자재로 변하는 형태만큼이나 쓰임새 또한 다양하기 그지없습니다. 우리나라에서 지난해 세계 최초로 물을 이용해 전기를 발생시켰다는 사실은 알고 계시나요?

 

잎사귀에 고인 물방울이 마치 커다란 물덩어리를 연상케 한다. 지난 4월 물방울 움직임을 활용해 전기에너지 전환에 성공한 권순형 KETI 책임연구원은 "개발 초기부터 상용화를 연두에 뒀다”며 “에너지 수확량을 늘려나가는 쪽으로 후속 연구를 진행하겠다"고 말했다. = 하영인 기자

박혁규 부산대학교 물리학과 교수의 연구팀(이하 박 교수팀)이 바로 그 주인공입니다. 1g의 물을 가지고 LED 전등 6개를 동시에 밝히는 데 성공하며 과학전문지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 발표된 바 있죠.

 

박 교수팀에 따르면 물과 접하는 고체의 표면은 특정한 전하를 띠는데요. 동시에 이 전하들과 반대의 극을 지닌 이온전하들이 접촉면 근처 물속에 분포하고 있습니다. 이렇게 물과 접하는 고체 표면을 경계로 반대의 극을 띈 전하들이 마주 보고 정렬된 모습이 축전기와 비슷해 '전기이중층 축전기(Electrical Double Layer Capacitor)'라고 부른다는군요.

 

만일 외부에서 힘을 가해 물과 고체 사이의 접촉 면적을 바꾸게 되면 축전기의 전기용량이 변하게 되고, 이로 인해 전하의 분포가 변하면서 전류가 흐르는 것이죠. 

 

박 교수팀은 물과 고체 사이에 형성된 전기이중층 축전기의 전기용량 변화에 의한 전류 유도를 이용해 역학적 에너지를 전기에너지로 바꾸는 쾌거를 이뤄 한국의 위상을 드높였답니다.  예전부터 다른 과학자들도 물과 고체 사이 접촉 부분에 전하들이 층을 이루며 존재하는 것을 알고 있었지만, 이 원리를 정확하게 이해하지 못했기 때문에 전기는 생산할 수 없었다고 하네요.

 

오늘날까지도 물을 활용한 전력 생산 기술은 꾸준히 연구되고 있습니다. 최근에는 전자부품연구원(KETI)과 김연상 서울대 융합과학기술대학원 교수 연구팀이 불규칙한 물방울의 흔들림을 이용해 전력을 만드는 '물방울 움직임 능동형 전력 변환 소자'를 개발해 화제가 되기도 했죠.

 

에너지 환경분야의 최고 권위지인 에너지와 환경 과학(Energy & Environmental Science) 온라인과 영국왕립화학회에서 발간하는 화학 관련 소식지 'Chemistry World' 등에 개제되기도 했습니다.

 

이는 물방울을 누르거나 파이프를 눌러야 했던 기존의 기술에서 더 나아가 주변에서 흔히 접할 수 있는 흐르는 물을 이용할 수 있기 때문에 저렴하면서도 손쉽게 이용 가능하죠. 빗방울은 물론 가정 생활용수도 활용할 수 있는 환경친화적입니다.

 

물방울이 전하를 지닌 표면에 접촉할 때 발생하는 전하의 변동을 전기에너지로 변환·회수하는 기술인데요. 물 한 방울의 움직임으로 최대 0.42㎽ 전력을 얻을 수 있고, 샤워기로 물을 흘려보낼 경우 발광다이오드(LED) 조명 칩 2~3개를 밝힐 수 있다고 합니다.

 

현재는 기술 상용화에 주력할 방침이라고 전했는데요. 이 외의 산업분야에서도 응용과 적용이 가능해질 것으로 전망하는 만큼 앞으로 어떤 희소식이 들려올지 기대됩니다.