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2018/08/07 한양뉴스 > 학술 > 이달의연구자 중요기사

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[우수R&D] 성태현 교수(전기생체공학부)

산업현장의 자투리 에너지를 전기로 바꾸다

유승현

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http://www.hanyang.ac.kr/surl/1yhg

내용

정부의 탈원전 정책으로 신재생 에너지 개발의 필요성이 커지고 있다. 인류가 직면한 미래 에너지 문제를 해결할 방법으로 에너지 하베스팅(Energy harvesting)이 주목받고 있다. ‘에너지 하베스팅’은 말 그대로 에너지를 수확하는 기술이다. 주변에서 버려지는 열이나 빛, 압력 등 다양한 에너지를 수집해 전기 에너지로 변환할 수 있다. 한양대 성태현 교수(전기생체공학부)가 소모되는 에너지 양이 많은 산업현장에 이를 적용하기로 했다.


에너지 하베스팅, 한양에 씨앗을 심다
 
사라지는 에너지를 재사용 할 수 있다면? 영국 케임브리지 대학 연구 결과에 따르면 발전소에 만들어진 전기에너지 중 12%만이 유용하게 사용된다. 버려지는 에너지를 수확할 수 있다면 기존의 발전시설로도 몇 배의 전기에너지를 만들 수 있다. 우리들의 일상에도 편리함을 줄 것이다. 휴대전화에서 발생하는 전파의 3%만 온전히 사용되고, 97%는 공중에 버려진다. 버려지는 전파만 따로 모아 활용할 수 있다면 따로 충전할 필요가 없다고 한다.
▲ 성태현 교수(전기생체공학부)는 에너지 하베스팅 기술을 통해 산업현장에서 버려지고 있는 에너지들을 전기에너지로 변환하여 센서들의 독립된 전원으로 사용하고자 했다.

지난 15년 7월 설립된 한양대 에너지하베스팅센터 '시드 센터(이하 SEED Center)' (지난 기사 보기- 더 풍요로운 세상을 위한 씨앗) 분산된 에너지 하베스팅 기술을 집약해 세계적 연구 거점센터로 자리 잡기 위해 노력 중이다. ‘SEED Center’는 ‘Save Earth by Energy-harvesting Dream Center’의 줄임말이다. 에너지 하베스팅 기술을 통해 많은 에너지를 생산하는 ‘풍요로운 세상’, 소외된 계층도 기술에 쉽게 다가갈 수 있는 ‘따뜻한 세상’, 친환경 에너지를 통한 ‘깨끗한 세상’을 꿈꾼다.
 
SEED Center, 산업현장에서 발아 중
 
성 교수를 중심으로 뭉친 SEED Center는 산업현장에서 버려지고 있는 진동에너지와 형광등의 빛 에너지를 전기에너지로 변환해 센서들의 독립된 전류 원천으로 사용하는 기술을 개발 중이다. 산업현장에는 다양한 사물인터넷 센서(이하 IoT 센서)들이 있다. 대부분 유선으로 전력을 공급받고 있어 설치 장소가 제한적이다. 건전지 사용 문제도 있다. 잦은 교체로 인해 번거로울 뿐 아니라 시기가 정확하지 않아 불편하다. 무엇보다 폐건전지는 환경오염을 야기한다.

센서의 독립전원 원천으로 사용되는 에너지 하베스터가 만들어진다면 다양한 장소에 IoT 센서를 활용한 제품이 들어설 수 있다. 긴 수명으로 건전지 교체를 고민하지 않아도 되며 환경도 보호할 수 있다. 경제적 이점도 크다. 성 교수는 “산업현장에서 사용되고 있는 IoT 센서의 경우 센서 비용보다 센서에 전원을 연결하는 시설 공사가 전 비용의 60~80%까지 차지하고 있다”며 “생산단가를 크게 절감할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
▲ 기존 산업환경보다 진동이 현저히 저감된 저진동/무진동 환경을 요구하는 스마트 팩토리의 모습. 시드 센터(SEED Center)는 장비 진동이 아닌 유도된 자기장에 의한 진동을 활용하는 방법을 찾았다. (성태현 교수 제공)

최근 산업현장의 변화로 연구 진행에 곤란을 겪기도 했다. 정밀한 작업을 위해 공장이 점점 장비의 진동을 극단적으로 감소하고 있기 때문이다. 진동이 줄면 압전 하베스터를 적용하기 어려워진다. SEED Center는 현장을 깊게 이해하는 방식으로 문제를 해결했다. 근로자들과의 대화를 통한 공감으로부터 시작했다. 성 교수는 “결국 기계적 진동이 아닌 교류의 전기를 사용함으로써 발생하는 자기장의 변화에 따른 진동을 유도했다”고 말했다.

달콤한 열매를 기다리며
 
SEED Center의 에너지 하베스팅 기술은 세계 최고 수준이다. 특히 진동에너지를 전기에너지로 변환하는데 효과적인 압전에너지 하베스트 기술이 탁월하다. 성 교수는 “한양대는 기존 세계 최곳값인 0.58 mW/cm2(상하이 교통대)의 16배에 해당하는 9.38 mW/cm2 의 기록을 보유하고 있으며, 본 연구를 통해 12 mW/cm2를 달성하려고 한다”고 포부를 밝혔다. 한양대가 에너지 하베스팅 기술분야에서 선도적 역할을 수행할 것으로 기대된다.
▲ 현재 성태현 교수의 시드 센터(SEED Center) 에너지 하베스팅 기술은 세계 최고의 수준이다. 성 교수는 본 연구를 통해 한양대학교가 4차 산업혁명에서 선도적인 역할을 수행할 것이라 자부했다.
아직 에너지 하베스터로부터 오는 전력량이 많지 않다. 그러나 에디슨이 전구를 처음 발명했을 때 그 밝기가 너무 낮아 전구가 켜 있는지 꺼져 있는지 구별하기 어려웠다고 한다. 라이트 형제 또한 처음 비행에 성공했을 때 겨우 12초 동안 36.5 m를 날 수 있었다. 성 교수는 “장기적으로 대용량 발전에 대한 계획이 있다"며 "효율을 더욱 높이고 흩어져 있는 에너지들을 모으는 기술개발이 지속된다면 머지 않아 새로운 에너지 시대를 열어갈 수 있을 것이라고 확신한다”고 했다.
 

글/ 유승현 기자         dbtmdgus9543@hanyang.ac.kr
사진/ 최민주 기자      lovelymin32@hanyang.ac.kr
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