(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 지붕으로 떨어지는 빗물로 전기를 만들어 폭우 상황에 배수 장치나 경보 시스템을 가동할 수 있게 하는 기술이 국내에서 개발됐다.
박영빈 울산과학기술원(UNIST) 기계공학과 교수팀은 빗방울로 전기를 만드는 탄소섬유 복합재 기반 물방울 발전기(액적 발전기·S-FRP-DEG)를 개발했다고 15일 밝혔다.
'탄소섬유 복합재'는 탄소섬유 다발을 플라스틱 수지에 섞은 소재로 가벼우면서도 강해 건물 지붕 같은 외장재로 쓸 수 있다.
UNIST에 따르면 이번에 개발한 발전기는 빗방울이 복합재 표면에 닿았다 빠르게 떨어지는 순간 전기를 만들어낸다. 이는 정전기와 흡사한 원리다.
빗방울은 양전하, 복합재 표면은 음전하를 띠는데, 빗방울이 접촉했다 떨어지는 순간 전하 입자가 탄소섬유를 타고 이동하면서 전기가 흐른다.
기존 금속 기반 물방울 발전기는 금속이 빗속 오염물질에 쉽게 부식되는 문제가 있었으나, 연구팀은 부식에 강한 탄소섬유 복합재를 사용해 이를 해결했다고 전했다.
연구팀은 또 복합재 표면을 특수 가공한 뒤 코팅재를 입혀 발전기의 발전 성능을 높였다고 밝혔다. 미세한 요철이 가공된 표면은 빗방울 접촉 면적을 넓히고, 코팅재는 복합재 표면을 연꽃잎처럼 만들어 빗방울이 튕겨나간다는 게 연구팀의 설명이다.
실험 결과, 이 발전기는 약 92마이크로리터(μL) 크기 빗방울 하나가 떨어질 때 최대 약 60V의 전압과 수 마이크로암페어(μA) 수준의 전류를 생산했다. 발전기 4개를 직렬로 연결했을 때는 LED 전구 144개를 순간적으로 점등하는 데 성공했다.
연구팀은 이 발전기를 지붕 모서리나 배수 덕트에 부착해 강우량을 실시간으로 감지하는 시연도 했다. 약한 비, 보통 비, 강한 비 상황에 따라 펌프 작동 횟수가 달라져 침수 상황을 구분할 수 있었다.
이번 연구에는 이성환 박사와 김재진 연구원이 제1저자로 참여했다.
박 교수는 "이 기술은 별도의 외부 전원 없이 빗물만으로 건물이나 교량 같은 도시 기반 시설을 관리하고 침수 피해를 예방하는 데 기여할 뿐만 아니라, 향후 항공기나 자동차 등 탄소섬유 복합재가 들어가는 모빌리티의 자가 전원 기술로 쓸 수 있을 것"이라고 밝혔다.
이 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF) 중견연구자 지원사업을 통해 수행됐다. 그 결과는 지난달 20일 소재 분야 국제 학술지 '어드밴스트 펑셔널 머터리얼즈' 온라인판에도 공개됐다.
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