[자연과학] 신재생 에너지 11종을 제외한 대안에너지의 탐색

신재생 에너지 11종을 제외한 대안에너지의 탐색

① 압전(piezoelectric effect) 에너지

-압전효과는 결정구조를 가진 재질 내에서 기계적-전기적 상태 사이의 상호작용을 통해 나타나는 것으로 설명할 수 있다. 즉, 해당 재질에 기계적 변화(압축 혹은 인장)를 주면 전기적인 신호가 발생하고, 거꾸로 전기적인 신호를 가하면 기계적인 변화가 발생하는 것이다. 이 때, 전자를 1차 압전효과라 부르며, 후자를 2차 압전효과 혹은 역압전효과라 부른다. 각각은 기계적 에너지를 전기 에너지로, 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 것이라 볼 수 있다.
압전기술은 주위에서 버려지는 에너지를 거둬들여 전기를 생산할 수 있어서 에너지 수확기술이라고도 불린다. 예를 들어서 자동차 엔진의 진동, 사람이 걸으면서 바닥을 누르는 힘, 관절의 움직임, 혈관 속의 혈액의 흐름, 떨어지는 빗방울 등 이 모두가 전력을 수확할 수 있는 자원이 되는 것을 모두 에너지로 쓸 수 있다는 뜻이다.
최근 압전효과를 이용한 전기 생산기술, 즉 압전 발전기술의 특허출원이 활발하게 나타나고 있다. 압전 발전기술의 특허츨원은 `07년까지 8건 이하의 미미한 수준이였으나, `08년부터 급증하여 매년 20건 이상의 출원이 유지되면서 성장세를 이어가고 있다.
『압전기술의 특허출원 동향 그래프』
『압전 발전기술 특허 출원 내용』
실제로 `11년에는 나노기술과 결합한 나노 압전 발전기 등의 설계기술이 대학 및 국책 연구소를 중심으로 출원되어 전체 출원의 절반을 넘은 것으로 나타났다. 반면, 중소기업들의 출원은 여러 형태의 에너지에 적용시키려는 응용기술이 주를 이루고 있다.
*압전 에너지 발전소자
압전 에너지 발전소자는 기존의 태양전지, 풍력, 연료전지등과 같은 친환경 에너지와 달리 주변에 존재하는 미세진동…

그림 1. n형 무기물 압전 반도체인 산화아연(ZnO) 기반 압전 에너지 발전소자의 구조(a) 및 에너지 발전 메커니즘(b), 측정된 압전 전압(c), 전류밀도(d)

그림 2. n형 무기물 압전 반도체인 산화아연(ZnO)과 P형 P3HT 기반 유·무기물 하이브리드 구조의 압전 에너지 발전소자의 구조(a) 및 에너지 발전 메커니즘(b), 측정된 압전 전압(c), 전류밀도(d)

그림 3. n형 산화아연과 P3HT:PCBM 기반 유·무기물 하이브리드 구조의 압전 에너지 발전소자의 구조 및 에너지 발전 메커니즘(a), 측정된 압전 전압(b), 전류밀도(c)

그림 4. 유·무기물 하이브리드 구조 기반 압전 에너지 발전소자의 직·병렬 연결에 통한 측정 전압(a), 전류밀도(b) 및 LED 적색, 녹색, 청색 발광다이오드(LED) 구동