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번개 '쾅' 아이디어 '번뜩'···마찰 과학자의 참신한 도전장
ㆍ작성자: hellodd	ㆍ작성일: 2018/11/09	ㆍ분류: 에너지
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번개 구름 흉내 '마찰전기 발전기' 개발···출력 100배 이상까지

과학청년,부탁해

[사진1] 백정민 UNIST 교수는 번개 구름을 흉내 낸 '마찰전기 발전기'를 개발했고 최고 효율을 위해 연구개발을 지속하고 있다.

대낮부터 하늘에 어두컴컴한 먹구름이 몰려온다. 금방이라도 비가 쏟아질 것만 같은 날씨다. 이윽고 하늘이 번쩍번쩍 밝아지더니 우르르 쾅쾅 굉음의 번개가 내리친다. 연구실 한쪽에서 덤덤하게 창밖을 바라보던 한 과학자는 번개를 보자마자 무릎을 '탁' 치며 일어선다.

그리고 3년의 세월이 흘렀다. 과학자는 번개 구름을 흉내 낸 '마찰전기 발전기'를 개발해 냈다. 출력은 기존 마찰전기 발전기 대비 10배에서 100배까지 향상됐다. 자연 현상을 보며 떠오른 아이디어로 연구개발 성과까지 만들어낸 백정민 UNIST 신소재공학부 교수의 이야기다.

백정민 교수의 전공은 재료공학. 자연의 움직임을 전기적 신호로 바꾸는 소자를 만들겠다는 고민에 빠져있었다. 그러던 찰나 창밖의 번개를 보고 아이디어가 번뜩 떠올랐다.

그는 '마찰'에 주목했다. 자연에서 무궁무진하게 이뤄지는 마찰을 에너지로 활용하자는 것. 에너지 하베스팅 기술의 하나다. 하베스팅은 버려지는 에너지를 수집해 전기로 바꿔쓰는 기술을 말한다.

마찰전기 발전기는 소형 전자기기를 비롯해 저전력 휴대전원 공급 등에 사용된다. 백정민 교수는 인간의 실생활에 활용되는 과학기술 개발에 도전장을 던졌다. 그는 나노 소재를 기반으로 정전기 현상을 이용해 에너지를 만드는 연구에 집중하고 있다. 오롯이 '세계 1위 효율'을 목표로 두고 있다.

백정민 교수는 그동안 크고 작은 연구성과를 인정받아 지난 9월 'UNIST 젊은 특훈교수'로 임용됐다. 젊은 특훈교수는 독보적 연구 분야를 개척한 뛰어난 연구자에게 주어지는 명예의 상징이다.

지난 2014년에는 '번개 원리를 이용한 마찰전기 발전기' 과제가 삼성미래기술육성재단의 미래기술육성과제에 선정되기도 했다. 도전적·창의적인 연구를 자유로운 환경에서 지원하는 사업으로 과제 선정 경쟁률이 높다. 백정민 교수는 3년 과제를 마치고 최종평가를 통해 후속 3년 과제까지 선정됐다.

◆ '세계 1위 효율' 목표···"실생활에 활용되는 기술 선보이겠다"
'마찰전기 발전기'는 번개의 원리를 이용해 전기를 생산하는 방법이다. 번개 구름에서 전하가 분리되는 원리를 인공적으로 구현해 순식간에 전력을 만드는 기술이다.

백정민 교수와 학과 학부생들은 연구실에 둘러앉아 번개가 만들어질 때 구름에서 벌어지는 현상을 면밀히 분석했다. 마른하늘에 번개가 내려치기를(?) 기다리기도 하며 궁리에 궁리를 이어갔다.

번개는 구름 내에 있는 수증기 분자와 얼음 결정이 마찰하는 과정에서 생긴다. 물질이 부딪치는 과정에서 전하들이 분리되고 축적됐다가 엄청난 에너지를 지표면으로 방출하는 원리다.

무릎 탁! 번개 생성 과정에서 답을 찾았다. 수증기 분자와 얼음처럼 마찰시킬 신소재를 만들고 3층 구조의 마찰 전기 발전기를 만드니 기존에 비해 10배~100배 이상의 높은 출력을 보였다. 마치 번개 구름 얼음 입자들이 부딪치는 것처럼 금속과 유전체를 서로 마찰시켜 전기를 만드는 것이다.

[2] 전하 펌프 기반 인공 번개 발전기 구상도.

[이하 링크 참조]