성태현 교수, 도로 주행하는 차량에서 전기 추출 기술 개발

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성태현 한양대 전기·생체공학부 교수
<성태현 한양대 전기·생체공학부 교수>

한양대는 성태현 전기·생체공학부 교수팀이 최근 도로를 주행하는 차량의 하중을 이용해 전기를 생산하는 세라믹 기반의 '압전(壓電) 발전장치'를 개발했다고 21일 밝혔다.

해당 기술을 이용할 경우 외부 전력공급 없이도 온도·습도·압력·변형 등을 측정하는 각종 센서를 작동시킬 수 있다. 한양대는 “겨울철 주요 사고 원인으로 지적되는 도로의 블랙아이스 유무를 미리 파악하는 등의 사고예방 시스템 구축은 물론 사물인터넷(IoT) 산업 전반에서 활용 가능할 것”이라고 예상했다.

일반적으로 차량의 주행 시 발생하는 에너지는 노면의 진동과 변형, 마찰로 인한 기계에너지 형태로 소비된다. 해당 에너지들은 버려지는 에너지로 여겼으나 최근에는 이를 재활용하는 에너지 하베스팅(harvesting) 연구가 전 세계적으로 활발히 진행되고 있다.

기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 '압전 에너지 하베스팅'을 도로 설계에 적용하려는 시도가 많았지만, 낮은 발전량으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다.

성 교수팀은 이러한 한계점을 극복하기 위해 전력밀도가 높은 세라믹 소재의 압전 소재를 활용했다. 또 차량으로 인해 발생하는 힘과 압전 소재와의 관계를 모델링해 도로 환경에 최적화된 새로운 발전 메커니즘을 개발했다. 압전 발전장치는 기아자동차의 카니발과 같은 대형차량 기준 최대 4.3W의 전력을 얻을 수 있었다. 연구진은 해외 유수 연구기관 연구 결과보다 십여 배 이상 높은 값이라고 밝혔다.

성 교수팀은 한국도로공사의 지원을 받아 중부내륙고속도로 여주 시험도로에 해당 압전 발전장치를 매설해 실제 실험을 진행했다. 실험 결과 한 개의 압전 발전장치만으로도 차량 한 대가 지나갈 때마다 10㎽급의 무선 센서를 약 10초 동안 작동시킬 만큼의 전기가 생산됐으며, 이를 통해 노면의 상태를 체크할 수 있었다.

성 교수는 이런 결과를 바탕으로 지난 10월 에너지 환경 분야 노벨상인 '에니(Eni Award)'의 2020년 수상 후보자로 추천 받았다.

이번 연구는 산업통상자원부(MOTIE) 한국에너지기술평가원(KETEP)과 한국도로공사(KEC) 도로교통연구원(KECRI)의 지원을 받아 수행됐다.

전지연기자 now21@etnews.com