주변의 임의 진동을 활용하여 에너지를 만드는 소형 발전기

미국 미시건 대학에서 개발한 소형 발전기는 주변의 임의 진동을 활용하여 손목시계, 심장박동기, 무선 감지기등에 전원을 공급할 수 있는 전기를 생산할 수 있다. 무선 통합 마이크로시스템 공학연구센터(Engineering Research Center for Wireless Integrated Microsystems)에서 개발한 이 에너지 획득 장치는 일정한 주기가 없고 임의로 발생하는 진동을 활용하여 재생 전력을 효과적으로 공급할 수 있다. 예를 들어 교량 위를 달리는 차량이나 공장에서 운영하는 기계장치, 사람이 이동할 때 발생하는 진동을 이용할 수 있다. 미시건 대학 전기 컴퓨터 공학과 의장인 Khalil Najafi교수와 박사과정중인 Tzeno Galchev가 개발한 PFIGs(Parametric Frequency Increased Generators)장치 또한 그러한 종류이다. 이와 유사한 대부분의 다른 장치들은 일정하게 발생하는 예상가능한 에너지에 의존하기 때문에 활용 범위에 있어 제한을 받는다고 Najafi교수는 말한다.

매일 우리 주위환경을 둘러싼 운동 에너지는 대부분 주기적이고 반복적으로 발생하지 않는다. 예를 들어 교통량이 많은 거리, 교량, 터널이나 사람들이 오르내리는 계단에서 발생하는 에너지는 비 주기적인 진동을 일으킨다. Najafi교수가 개발한 발전기는 이러한 환경에 더 효과적이라고 설명하였다. 연구원들은 3종의 프로토타입 장치를 제작하였으며 곧 4번째를 개발할 예정이다. 프로토타입 발전기 중 2종은 변화하는 자기장하에서 영향 받는 코일을 활용한 전자기 유도(Electromagnetic Induction)현상을 통하여 전기를 생성한다. 이것은 대형 파워플랜트 운영시 사용하는 발전기의 작동 원리와 유사하다. 가장 최근에 제작한 1큐빅 센치미터 크기의 최소형 장치는 압전 물질을 사용한다. 압전물질은 외부에서 압력과 같은 스트레스를 받았을때 전류를 생산하는 특징을 갖고 있다. 이번에 제작한 발전기는 건강상태를 관리하는 분야에 응용할 수 있다. 이 장치를 사용하다면 인간의 눈이 문제를 인지하기 전에 의료 장비의 크랙이나 부식을 경고하는 브리지 센서에 전력을 공급할 수 있다.

또한 이 발전기는 인간의 몸에서 발견되는 전형적인 진동 진폭을 활용하여 최대 0.5mW(500 마이크로와트) 규모의 전기를 생산할 수 있음을 입증하였다. 이는 1~10 마이크로와트가 필요한 팔목시계나 10~50마이크로와트가 필요한 심장박동기를 작동하는데 충분한 에너지이다.

Galchev는 이번 프로젝트의 최종 목표는 무선 리모트 콘트롤 센서나 수술로 이식된 의료 장치와 같은 다양한 제품에 응용하는 것이라고 말한다. 예를 들어 고갈된 배터리를 교체하거나 심한경우 센서를 전원 공급원에 연결해야 하는 경우 비용이 고가이기 ??문에 장기수명이 요구되는 분야에 기술 적용이 필요하다고 밝혔다. 배터리는 최근 무선센서의 다양한 사용 증가로 동력을 공급하기에 종종 효과적이지 않으며 에너지소기(Energy Scavenging)기술은 좋은 대안이 될 것이라고 Najafi교수는 말한다. 무선 전자장치에 어떻게 전력을 공급하느냐는 문제에 대해 이러한 시스템 주위에는 진동, 열, 태양, 바람 형태의 풍부한 에너지가 존재한다고 이야기한다. 또한 이들 발전기는 에너지 효율을 높이기 위해 건물에 설치한 무선 센서나 공공장소에서 독성물질 및 오염물질을 모니터링할 수 있도록 전원을 공급할 수 있다.

이번 연구는 미국 국가재단(National Science Foundation), 샌디아 국립연구소(Sandia National Laboratories), 미국 표준기술 연구소의 지원을 받고 있다. 미시건 대학은 지적 재산권을 위해 특허 보호를 추진하고 있으며 연구팀은 Enertia 라는 회사를 설립하여 이 기술을 상용화하고자 노력하고 있다. Enertia 는 최근 미시간 대학에서 주최한 청정 에너지 경연대회에서 우승한 바 있다.

출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2010/03/100323105952.htm

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