아주대·한국생산기술연구원 공동 연구팀은 물이 부족한 환경에서도 일교차를 활용해 공기 중 수분을 모으고 이를 전기에너지로 만드는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

기존의 물 기반 에너지 하베스팅(일상 생활에서 버려지는 진동, 압력 등 에너지를 수확해 전기 에너지로 변환하는 기술)은 젖은 면과 마른 면의 전위차를 이용해 전기를 생산하는 방식으로 작동했다.

이러한 방식은 항상 외부에서 물을 공급해야 한다는 한계가 있었다.

이에 윤태광 아주대 응용화학생명공학과 교수와 윤기로 한국생산기술연구원 수석연구원 공동 연구팀은 대기 중 수분을 스스로 모아 전기를 발생시키는 완전 자율형 시스템을 구현하고자 했다.

이들은 식물의 증산 작용과 모세관 현상에 착안했다. 증산 작용이란 잎의 기공을 통해 식물 내에서 물이 수증기로 증발하는 현상을 뜻한다. 증발한 물은 식물 안의 모세관을 통해 뿌리에서 위로 이동한다.

공동 연구팀은 서로 다른 특성을 가진 두 종류의 금속·유기 구조체를 결합해 이 같은 메커니즘을 구현했다고 밝혔다.

한 구조체가 밤의 차가운 공기에서 수분을 흡수하고 낮의 더운 공기에서 흡수한 수분을 방출하면, 방출된 수분이 다른 구조체가 있는 섬유 표면에 응축되도록 한 것이다.

공동 연구팀에 따르면 이 과정에서 젖은 섬유의 표면에서 전위차가 발생하고 전기가 흐르게 된다.

공동 연구팀은 이번 연구를 통해 최대 전력 밀도 2.6㎼/㎤, 에너지 밀도 1.1mJ/㎤의 전력 에너지를 생산했다고 설명했다.

윤 교수는 "향후 재난 현장이나 에너지 접근성이 낮은 지역에서 자립형 에너지 하베스팅 시스템을 활용하는 데에 이번 연구 성과가 크게 기여할 것으로 보인다"고 말했다.

이번 연구는 국제 학술지 '컴포지트 파트 비:엔지니어링'(Composites Part B-Engineering)에 게재됐다.