밤새 꺼지지 않는 도시의 조명, 늘 켜져 있는 스마트폰, 자동차 등 우리의 일상생활 속에서 에너지는 없어서는 안 될 존재입니다.
그런데, 우리가 앉고 서고 걷고 뛰는 생활 속 모든 움직임에 매 순간 에너지를 만들어내고 있다는 사실, 아셨나요? 이뿐만이 아닙니다.
사람의 움직임 외에도 다양한 기계 에너지에는 새로운 에너지를 생성해낼 수 있는 힘을 가지고 있습니다. 자동차 역시 마찬가지입니다. 휘발유나 디젤과 같은 화석에너지가 운동에너지로 전환하면서 운행이 되는데요. 이 과정에서도 사용되지 않고 사라지는 에너지가 상당하다고 해요.

특히 스마트폰에 수많은 전파 에너지가 낭비되고 있는데요. 실제로 사용되는 전파는 약 3%뿐이라고 합니다. 나머지 97%가 공중에 버려지고 있다는 겁니다.
이처럼 매 순간 버려지고 있는 에너지를 다시 사용할 수 있는 방법은 없을까요?

[에너지 하베스팅이란]
에너지가 만들어지는 과정에서 수많은 에너지가 열, 소리, 진동 형태로 버려지고 있는데요. ENERGY HARVESTING, 에너지를 수확한다는 의미를 가진 에너지 하베스팅은 일상생활에서 버려지거나 숨어 있는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술을 말합니다.
사람의 움직임, 물, 바람, 진동, 태양광선 등의 자연 에너지를 전기 에너지로 변환하는 것은 물론, 사람이나 진동, 실내 조명광, 자동차의 폐열, 방송 전파 등 주변에 버려지는 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 사용할 수도 있습니다.

[에너지 하베스팅의 유형]

① 압전 하베스팅
압전 효과란 물리적으로 어떤 물질을 누를 때 양전하와 음전하가 나뉘는 ‘유전 분극’이 발생하는데요. 이때 표면 전하 밀도가 변하면서 전기가 흐르는 방식이 바로 압전 하베스팅 기술입니다.
대표적인 압전 하베스팅 장치로는 가스레인지나 라이터에서 압력을 가해 전기 스파크를 발생시키는 장치가 있습니다.

② 광전 하베스팅
광전 하베스팅은 금속에 고에너지 전자기파를 흡수하면 전자를 내보내는 광전효과를 이용한 기술인데요. 쉽게 말해 태양광을 흡수하면 전자를 내보내는 기술입니다.

③ 열전 하베스팅
열전 방식은 버려지는 폐열에서 전기를 얻는 기술입니다. 금속 전도체에서 한쪽에 열을 가하면 다른 부분과의 온도 차가 생기면서 전기가 발생하는데요. 온도가 높은 물체의 전자는 온도가 낮은 물체보다 더 높은 운동에너지를 갖게 되고, 고온부의 전자가 저온부로 퍼지면서 전위차가 생길 때 전기가 발생하게 됩니다.

[에너지 하베스팅 사례]
브라질 리우데자네이루의 한 빈민가에는 특별한 축구장이 있다고 합니다. 영국의 에너지 회사인 ‘페이브젠(Pavezen)’에서는 이들을 위해 특별한 타일을 설치했습니다. 버튼식 패드가 내장되어 있는 이 타일은 밟을 때마다 약 5W의 전기가 생산되는데요. 선수들의 움직임에 따라 만들어지는 압력과 진동을 전기 에너지로 모아 야간 가로등 전력으로 사용하고 있습니다.

네덜란드 로테르담에 위치한 클럽 바닥에는 에너지 발전기인 ‘에너지 플로어(Energy floors)’ 가 설치되어 있습니다. 화려한 조명과 흥겨운 음악 속에서 춤을 추면 진동에너지가 전기에너지로 변환되어 클럽에 전기를 공급하는 시스템이라고 해요.
이 외에도 박물관, 피트니스센터 등 다양한 분야에서 활용하기 위한 연구가 계속되고 있다고 합니다.

에너지 하베스팅은 무심코 버려지는 에너지를 이용하고, 이산화탄소를 배출하는 화석연료를 사용하지 않기 때문에 지구 온난화의 해결책이 될 수도 있습니다.
국제에너지기구(IEA, 2017)에 따르면 전 세계 온실가스 배출의 60.8%가 에너지 사용 때문이라고 말합니다. 에너지 하베스팅 기술을 활용해 온실가스 배출량을 줄일 수 있다면 지구 온난화를 완화할 수 있지 않을까요?

 

내용 출처
YTN 사이언스, 버려진 에너지를 수확하는 기술 에너지 하베스팅
아시아경제, 에너지의 재사용 ‘에너지 하베스팅’의 미래

이미지 출처
– 게티이미지뱅크(www.gettyimagesbank.com)