산업장 소각로 및 자동차 배기가스 등으로 전기 생산이 가능한 세계 최고 수준 열전발전 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국전기연구원(KERI, 원장 김호용) 창의연구센터 박수동 박사팀은 최근 세계 최고 수준의 중저온용 열전발전 모듈 및 시스템 개발에 성공했다고 27일 밝혔다. 이는 산업화의 분기점인 10% 이상(12.1%)의 변환효율을 갖는 친환경 고성능 열전발전용 모듈 개발 성과로, 열전발전기술의 본격적 산업화를 가능하게 하는 획기적 기술로 평가된다.
열전발전은 서로 다른 두 종류의 금속 또는 반도체에 온도차가 생기면 전압이 발생되는 ‘제벡효과’를 이용해 열에서 전기를 생산하는 방식이다. 다른 화석연료를 쓰지 않고도 폐열을 전기 에너지로 직접 회수할 수 있으며, 특히 공장 및 자동차 폐열, 생활폐수 등 활용할 수 있는 열원이 다양하고 고체 전자회로를 통해 직접 발전이 가능하기 때문에 복잡한 장치가 필요없어 기존 발전방식에 비해 구조가 간단하다. 또한 전기를 만들 때 이산화탄소 배출이 전혀 없고, 소음과 진동이 거의 없다는 장점도 갖고 있어 기존 방식을 대체하는 그린에너지 기술로 주목받고 있다고 전기연구원은 설명했다.
연구팀은 이와 함께 ▲신재료의 개발 ▲재료설계 ▲소자 설계 ▲접합 및 소자 배열 ▲시스템구축에 이르기까지 구조화된 융합 연구 및 개발(Atom to System)을 통해 열전발전의 실용화를 위한 총체적 기술 개발에 성공한데 이어 자체 개발한 반도체 열전소재를 통해 저온과 중온의 범위에서 열전변환 효율이 높은 재료를 적층형 복합 모듈(저온 및 중온용 소자 이중 배치) 개념으로 시스템을 구현함으로써 세계적 기술개발 능력을 보유했음도 입증했다.
박수동 박사는 “현재 우리 일상에서 소비되는 에너지의 1/3 이상은 유효하게 이용되지 못하고 폐열로 버려지고 있으며, 열전발전 기술은 개별적으로 배출되는 폐열을 전기에너지로 변환할 수 있는 가장 유력한 기술로 주목받고 있다”면서 “이번에 성공적으로 개발된 중온 열전모듈 제작기술은 소각로 및 자동차 폐열 등의 재활용이 가능하게 해주는 글로벌 수준의 친환경 기술로서 국내·외 산업계의 열전발전 시스템의 대형화 및 상용화에 중요 핵심기술로 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.
박 박사팀은 이번 성과와 관련해 13건의 국내·외 특허를 출원하여, 이미 5건의 국내 물질특허를 획득했다. 또한 현재 관련 기술을 대기업 및 일부 중소기업과 기술이전을 협의 중이며, 개발된 발전소자의 장기 신뢰성 평가 및 기업 맞춤형 소자화 기술개발도 추진 예정이다.
