나노 발전기, 미세한 바람으로 전기 수확...대형 발전도 가능

걷기만 해도 발생하는 미세한 바람에서 에너지를 수확하는 매우 작은 풍력 터빈이 개발됐다.

중국과학원 베이징 나노에너지시스템 연구소가 개발한 작은 풍력 터빈인 ‘B-TENG’은 튜브 안에서 플라스틱 필름 띠 2개가 공기 흐름으로 서로 펄럭이고 부딪치며 전기를 만들어 내는 나노발전기다.

마치 머리카락에 풍선을 문지르면 마찰전기 효과가 나오듯, 띠 2개가 접촉과 분리를 통해 생성되는 전하를 잡아낸 것이다.

연구 경과(논문명: A Triboelectric Nanogenerator Exploiting the Bernoulli Effect for Scavenging Wind Energy)는 'Cell Reports Physical Science'지 9월호에 실렸다.

나노발전기 'B-TENG' 기술은 베르누이 효과의 압력, 유체 관계를 이용한다. 유체 속도가 증가할수록 정압(static pressure, 유체가 관내를 흐르고 있을 때 흐름과 직각 방향으로 작용하는 압력)은 감소한다.

B-TENG는 가로 1.18인치 세로 3.14인치인 두 개의 적층 필름과 은(Ag) 전극으로 구성되어 있다. 공기 배출구 크기는 0.79 x 1.97인치다. 현재 2.5mW(밀리 와트) 전력을 생산할 수 있다. 이는 작은 LED 조명 100개를 밝히는 데 충분하다.

또한 풍속이 4~8m/s일 때 최고 성능을 발휘한다. 특히 풍력 에너지 변환 효율도 3.23%로 기존 풍력 터빈에 비해 가장 높다.

따라서 B-TENG는 보안 카메라, 원격 센서, 기상 관측소에 전력을 공급하기에 충분한 에너지를 발생시킬 수 있다.

연구팀은 앞으로 지금보다 더 작고 효율 높은 장치를 개발할 예정이다. 또 그 반대로 장치를 더 크게 확장해 1,000W(와트) 전기를 생산할 계획이다. 기존 전통적인 풍력 터빈이 접근하기 힘든 산이나 건물 꼭대기에 설치할 수 있다.

김민중 기자 science@