이와 같이 버려지는 에너지를 수집해 전기 에너지로 바꿔쓰는 기술을 '에너지 하베스팅(Energy Harvesting)'이라고 부른다. 보행 시 바닥을 누를 때 생기는 압력 에너지, 차가 도로에서 이동할 때 발생하는 진동 에너지, 휴대전화 기지국·방송국에서 방출되는 전자파 등 모든 버려지는 에너지는 전기로 변환될 수 있다.
에너지 하베스팅은 에너지 획득 방법·소자에 따라 구분된다. 대표적인 에너지 생성 방법에는 압전 발전, 열전 발전, 전자기 발전, 태양광 발전 등이 있다.
◇ 압전 효과를 이용한 에너지 하베스팅
압전 특성이 있는 물질은 압력이나 진동을 받으면 전기를 만든다. 같은 물질에 전기를 가하면 진동이 생긴다. 이를 압전 효과라고 부른다.
사람들이 걸어 다니면서 발생하는 바닥 충격, 구조물의 진동, 자전거 페달이 돌아가면서 생기는 진동·충격에너지는 압전 소자를 이용하면 전력으로 변환될 수 있다. 이러한 압전 소자를 이용한 발전 방식은 일상생활에서 쉽게 찾아볼 수 있기 때문에 에너지 하베스팅 분야에서 다양하게 활용될 수 있을 것으로 예상된다. 비교적 발전 효율이 높고 응용 가능성이 무궁무진하기 때문에 기술 활용 가능성도 높을 것으로 전망된다.
◇ 열전 효과를 이용한 에너지 하베스팅
열전 효과는 온도 차가 생겼을 때 전류가 흐르는 현상을 통칭한다. 온도가 높은 물체의 전자는 낮은 물체보다 높은 운동에너지를 갖는다. 이 두 물체가 연결되면 운동 에너지가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전기가 흐른다.
화력 발전소는 잔열을 배출하는 시스템을 이용해 전기 에너지를 추출할 수 있다. 연료 연소 후 발생하는 폐열, 냉각수로 사용된 후 하천·바다에 방출되는 따뜻한 물 등이 해당한다. 이 밖에도 우리 몸에서 발생하는 열, 기계가 가동되면서 배출하는 열에너지, 공기의 일교차 등 다양한 에너지원을 이용해 전기를 발생시킬 수 있다.
◇ 전자기파를 이용한 에너지 하베스팅
RF(Radio Frequency)는 전파를 이용한 무선 통신을 의미한다. 무전기, 이동통신, 위성 전화와 같은 음성통신과 무선인터넷과 같은 데이터 통신이 이에 해당한다. 이러한 기기에서 발생하는 잉여 전파를 수집해 직류 전기로 변환하면 전기 에너지로 전환 가능하다.
영국의 드레이슨 테크놀로지와 임페리얼 칼리지는 '프리볼트'라는 공간에 무선전파를 모아 전력을 생산하는 전자기파 수확 기술을 개발해 화제가 됐다. 이 기술은 TV, 와이파이 장치, 휴대전화를 동작시키는 다양한 전자파 대역에서 잉여 전자기파 에너지를 흡수한다.
시장조사전문기관 아이디테크엑스(IDTechEX)는 글로벌 에너지 하베스팅 시장의 연평균 성장률을 28%로 전망했다. 2016년 3억 1천만 달러였던 시장 규모는 2022년에는 약 50억 달러까지 성장할 것으로 예상된다.
차진희 글로벌에픽 기자 epic@globalepic.co.kr
