마니샤 사후 박사과정생(왼쪽부터)과 김회준 로봇및기계전자공학과 교수. DGIST 제공

국내 연구진이 버려지는 코코넛 껍질에 있는 섬유를 이용해 고효율 친환경 에너지 하베스팅 소자로 만드는 기술을 개발했다. 향후 LED 전구, 전자계산기와 같은 소형 전자기기의 친환경 에너지원으로 활용이 가능할 것으로 기대된다.

DGIST(대구경북과학기술원)는 김회준 로봇 및 기계전자공학과 교수팀이 코코넛 껍질 섬유의 압전 특성을 활용한 유연 에너지 하베스팅 소자를 개발했다고 5일 밝혔다. 다양한 기계적인 진동 또는 움직임으로부터 에너지를 수확하는 ‘압전 에너지 하베스팅 기술'은 그동안 차세대 친환경 에너지원으로 각광받고 있다. 그러나 기존의 압전 소재들은 납과 같은 유해하고 충격에 취약한 단단한 소재들이 주를 이루고 있다.

이에 연구팀은 코코넛 껍질에 주목했다. 단단한 코코넛 껍질은 수세미와 같은 용도로 비행기 엔진 청소 등에 적용되고 있지만 수요에 비해 버려지는 양이 월등히 많다. 이 때문에 매년 2억5000t의 코코넛 껍질이 버려져 지구온난화와 토지 환경오염의 주범으로 꼽힌다.

연구팀은 단단한 코코넛 껍질의 섬유에서 균일한 결정을 가진 형태로 구성된 셀룰로오스 구조를 관찰했다. 방향성을 지닌 셀룰로오스 나노결정은 압전성을 지니고 있어 다양한 에너지 또는 자가발전 센서로 활용할 수 있다. 이를 활용해 연구팀은 코코넛 껍질의 섬유로부터 고순도의 파우더를 추출하는 공정을 통해 압전 나노파우더를 확보하고 이를 압전 폴리머인 PVDF(이소불화비닐)에 적용해 고효율 압전 에너지 하베스터를 개발했다.

하베스팅 소자 개발 연구개념도. DGIST 제공

코코넛 파우더-PVDF 복합체의 특성분석을 통해 기존 PVDF보다 우수한 압전성을 확인했으며 이를 기반으로 제작된 에너지 하베스터는 약 16배 높은 출력전압과 12배 높은 출력전류량을 달성했다. 김회준 교수는 “개발한 코코넛 껍질 기반 에너지 하베스터를 이용한 소형 전자기기와 기침 패턴 분석은 외부 전력 없이 개발된 에너지 소자만으로 가능했다”며 “친환경 소재에도 우수한 압전 특성이 존재해 기존 재료의 한계를 뛰어넘을 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 한국연구재단 우수신진연구, DGIST의 지원을 통해 최근 친환경 에너지 분야 국제학술지 ‘서스테인어블 머터리얼즈 앤 테크놀러지스(Sustainable Materials and Technologies)'에 게재됐다.

대구=김덕용 기자 [e-mail]