'낮엔 수분 뽑고 밤엔 전기 만든다'…아주대, 신개념 하베스팅 개발

아주대와 한국생산기술연구원 공동 연구팀이 사막 등 물 부족 극한환경에서도 외부 물 공급 없이 자가적으로 전력을 생산하는 신개념 에너지 시스템을 선보였다. 사진은 윤태광 아주대 교수, 김동연 KAIST 연구원, 윤기로 생기원 박사, 이용균 아주대 연구원, 이지현 한양대 연구원.(뒷줄 왼쪽부터 시계방향)

낮과 밤의 일교차를 이용해 공기 중 수분을 모으고 이를 전기에너지로 변환하는 새로운 에너지 하베스팅 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

아주대는 윤태광 응용화학생명공학과 교수와 윤기로 한국생산기술연구원 박사 공동 연구팀이 사막 등 물 부족 극한환경에서도 외부 물 공급 없이 자가적으로 전력을 생산하는 신개념 에너지 시스템을 선보였다고 18일 밝혔다.

연구팀은 기존 물 기반 에너지 하베스팅의 한계인 외부 물 공급 필요성을 해결하기 위해, 식물 증산작용과 모세관 현상을 응용했다. 두 종류의 금속-유기 구조체(MOF)인 UiO-66-NH₂와 Ni₃(HITP)₂를 결합, 대기 중 수분을 능동적으로 포집하고 전기로 바꾸는 완전 자율형 시스템을 구현했다.

구체적으로 UiO-66-NH₂는 밤에 차가운 공기로부터 수분을 흡수하고 낮에는 방출한다. 방출된 수분은 Ni₃(HITP)₂가 도포된 섬유 표면에 응축되고, 이 과정에서 나타나는 비대칭 젖음 현상으로 전위차가 발생해 전기가 생성된다. 실험에서는 최대 전력밀도 2.6마이크로와트(μW)/cm³, 에너지밀도 1.1밀리줄(mJ)/cm³가 확인됐다.

특히 UiO-66-NH₂는 저습 환경에서도 뛰어난 흡탈착 성능을 보이며, 실제 사막·해안·내륙 등 다양한 조건에서 자가 수분 생성 및 전력 생산을 일관적으로 입증했다.

윤태광 교수는 “외부 에너지나 물 없이도 작동하는 자립형 에너지 하베스팅 시스템의 실현 가능성을 제시했다”며 “재난 현장이나 인프라 취약지역 등에서 대안이 되길 기대한다”고 말했다.

윤기로 박사는 “이 기술이 극한 기후·에너지 인프라 부족 지역에서도 손쉽게 전기를 얻을 수 있는 기반이 될 것”이라며 “탄소중립 실현을 위한 지속가능 에너지 기술로 발전해 나가길 희망한다”고 밝혔다.

이번 연구 성과는 국제 저명 학술지 '컴포짓츠 파트 비: 엔지니어링'에 '이중 MOF 시스템을 이용한 대기 중 수분 수집을 통한 지속 가능한 전기 에너지 수확'라는 제목으로 게재됐다.

수원=김동성 기자 estar@etnews.com

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