열전변환은 반도체 소자를 이용해 열을 전기로, 전기를 열(온도 차이)로 바꿀 수 있는 에너지 변환 기술이다. 1821년 열전변환 현상이 발견됐고, 곧바로 20세기 이전부터 온도차를 이용한 전기 생산 연구가 시도될 만큼 열전변환은 열이 있으면 언제 어디서나 쉽게 전기를 생산할 수 있는 매력적인 기술이다.
최근에 열린 재료연구소 소재융합 정기세미나에서 박수동 한국전기연구원 창의연구센터장(책임연구원)은 “열전변환 기술은 다양한 응용 가능성을 갖고 있어 소형 냉장고, 공조기 등으로 끊임없이 상용화 연구가 전개되고 있다”며 “하지만 아직까지 타 분야 발전, 냉각, 공조기술에 비해 효율이 낮고 가격이 비싸 경제적으로 경쟁력이 떨어진다”고 진단했다.
열전변환 기술은 2000년대 들어 양자구속 발견 등 관련 분야에 새로운 가능성이 제기되면서 과거 이용 소재의 성능을 상회하는 새로운 열전소재 개발에 과학기술계의 관심이 집중됐다.
전기에너지의 단가 상승, 환경가스 사용 제한에 따른 새로운 냉각·공조시스템의 필요성 등은 열전발전과 열전냉각·공조에 대한 시장의 인식도 크게 변화시켰다.
실제로 열전변환 기술을 상용화하려는 연구계와 기업의 시도는 계속 이어지고 있다.
단기적으로는 저용량에 섭씨 10℃ 이내의 순간냉각 및 공조 분야에서 열전변환 기술의 응용 가능성은 매우 높다는 것이 전문가들의 견해다. 해외 일부 기업은 응용 제품을 출시했고, 열전발전 분야에 대한 기업의 투자 평가도 높아지고 있다.
하지만 이 같은 기술적 진보에도 불구하고 소자 성능, 열전성능 측정의 표준화 미비, 장기 신뢰성 확보와 같은 넘어야할 기술적 병목 요소들이 상존하고 있다.
특히 그는 “시장과 연구현장에서 느끼는 응용상의 괴리감은 소자기술의 부재 또는 불안정성에 기인한다”며 “고효율 열전변환 기술 개발과 상용화는 `소자화 기술`에 달려있다”고 말했다.
일본, 독일 등은 열전분야의 각종 프로젝트와 프로그램을 통해 원천 물질의 개발과 함께 소자화, 실증화 연구개발을 병렬화해 지원한다.
전문가들은 열전변환 기술이 반도체 국제 경쟁력, 연구자 역량 등을 고려할 때 우리나라가 중장기적으로 국제 경쟁력을 가질 수 있는 몇 안 되는 에너지 기술로 보고 있다.
박 센터장은 “열전발전의 효용성은 에너지 분야에 그치지 않고 다양한 분야로 확대 적용할 수 있어 민간 기업의 관심과 투자 의지도 높다”며 “물질 분야에 대한 제한적 지원뿐 아니라 시장에 조속히 대응할 수 있는 소자화 기술에 대한 국가적 지원과 체계화된 연구가 매우 필요한 상황”이라고 말했다.
창원=임동식기자 dslim@etnews.com
