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나뭇잎으로 전기를 만든다?

엽록소로, 소리로 전기를 만드는 연구 한창
탄소 연료 고갈, 기후 온난화 등의 위기로 햇빛, 물, 생물유기체 등을 활용한 신재생에너지 개발이 활발하다. 국내에서도 태양광, 풍력, 조력 등을 이용한 발전에서 한 걸음 더 나아가 나뭇잎의 엽록소, 도시의 소음 등을 전기 에너지로 바꾸려는 연구가 한창이다. 아직은 초기 연구지만 해외 유명 저널에 표지 논문으로 선정되는 등 주목을 받고 있다.





 



● 엽록소로 태양전지 만들어


햇빛을 받아 전기를 만들기 위한 ‘인공나뭇잎’ 연구가 있다. 태양광 발전을 위한 연구로 인공나뭇잎이 태양전지판 역할을 한다. 나뭇잎 속에 들어있는 자연 상태의 ‘엽록소’와 물을 재료로 사용한 점이 특징이다. 전기 생산이 목적이라는 점에서 기존의 인공광합성 연구와 다른 분야다. 인공광합성은 메탄올 같은 유용한 물질을 만드는 연구다.








 

 

장석태 중앙대 화학신소재공학부 교수와 미국 노스캐롤라이나주립대(NCSU) 화학공학과 올린 벨레프 교수팀, 벨레프 교수 연구실 구형준 연구원은 최근 엽록소와 물 성분을 이용해 기존 태양전지보다 저렴하고 친환경적인 태양광발전 방식을 개발했다.

나뭇잎 속 엽록소는 광합성 과정에서 빛을 흡수해 전자를 내는 역할을 한다. 엽록소는 햇빛을 전기로 만드는 자연 상태의 태양전지인 셈이다. 연구진은 엽록소를 포함하고 있는 ‘수화젤(Hydrogel)’을 만들어 이를 재료로 한 태양전지를 만드는 데 성공했다. 수화젤은 물 성분 98% 이상인 젤 상태의 물질을 뜻한다.

장 교수는 “기존 태양전지와 달리 제작과정에서 고가의 진공장비가 필요 없고, 환경에 유해한 유기용매를 사용하지 않는 것이 장점”이라며 “아직은 연구 초기로 효율이 낮지만 향후에는 태양전지의 새로운 대안이 될 수 있다”고 자신했다. 이 연구는 영국왕립화학회 재료분야 학술지 ‘저널 오브 머티리얼스 케미스트리’ 표지논문으로 선정돼 조만간 발표될 예정이다.

 

 

 





● 소리로도 전기를 만들어

 


저우싱츠(周星馳)의 액션영화 ‘쿵푸허슬’에는 소리만으로 상대를 제압하는 ‘사자후’ 권법이 등장한다. 이처럼 상상 속에서나 주목받던 소리의 힘을 전기로 바꾸려는 연구도 진행되고 있다.

박영준 삼성전자 종합기술원 전문연구원과 김상우 성균관대 신소재공학부 교수는 소리의 진동에너지를 전기로 바꾸는 데 성공했다. 김 교수는 “이 기술이 실용화되면 휴대전화로 수다를 떨수록 배터리가 충전되는 흥미로운 일이 벌어질 수 있다”고 말했다.

원리는 압력이나 진동을 가하면 전류가 발생하는 ‘압전(壓電) 효과’다. 연구팀은 100nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 굵기의 아주 가느다란 나노선(nanowire) 다발을 두 개의 기판 사이에 수직으로 배열했다. 소리의 진동에너지가 한쪽 기판에 자극을 주면, 나노선이 압력을 받아 전류가 흐르도록 설계한 것이다.

연구진은 이를 이용해 기차가 지나가는 소음 크기인 100dB 크기로 0.05V 내외의 전압을 내는 데 성공했다. 김 교수는 “세계 최초로 나노 기술을 적용해 소리를 전기에너지로 바꾼 것”이라며 “이 기술을 발전시키면 휴대전화로 통화하면서 배터리를 충전하거나, 고속도로 방음벽에 설치할 경우 차량 소음으로 전기를 생산할 수 있다”고 설명했다.

 

 

 



서영표 동아사이언스 기자sypyo@donga.com




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