[과학을읽다]페인트 바르고, 깃발 꽂아 에너지 자립?

지붕이나 벽에 페인트를 바르는 것만으로 에너지를 만들 수 있습니다. [사진=유튜브 화면캡처]

[아시아경제 김종화 기자]에너지를 만드는 방법은 많습니다. 화석에너지를 이용한 화력발전이나 물의 힘을 이용한 수력발전, 핵융합에 의해 방출되는 에너지를 이용한 원자력발전, 바람의 힘을 이용한 풍력발전 등등 다양한 방식으로 에너지를 생산합니다.

풍력이나 태양광발전 등 신재생에너지를 이용한 전력생산이 미래의 에너지로 각광 받은지도 오랩니다. 최근에는 색다른 방식으로 전기나 에너지를 만드는 방법이 주목받고 있습니다. 태양광 패널을 설치하는 복잡한 절차를 거치지 않고 페인트만 벽에 발라도 에너지가 생산되고, 옥상에 깃발만 꽂아도 전기를 만들 수 있다면 에너지에 대한 걱정도 줄어들겠지요.

최근 페인트만 벽에 발라도 귀한 연료인 '수소'를 생산할 수 있는 기술이 주목받고 있습니다. 호주 멜버른에 위치한 RMIT대 연구진은 2017년 벽에 바르면 전기가 만들어지는 발전 페인트 '솔라페인트(Solar Paint)'를 개발했습니다. 솔라페인트는 공기 중의 수증기와 태양열을 이용해 무제한의 '수소' 연료지를 생산합니다.

솔라페인트가 수소를 생산하는 비결은 페인트에 함유된 '실리카겔(Silica Gel)'에 있습니다. 실리카겔은 공기 중의 수분을 흡수하는데 이 수분이 태양열에 의해 산소와 수소로 나뉘게 됩니다. 페인트의 다른 성분인 합성 몰리브덴 황화물과 산화 티타늄 입자가 태양열과 화학작용을 일으켜 산소 원자와 수소 원자를 분리하는 것입니다. 그 다음에 수소를 재생 가능한 수소 연료로 수집하는 것이지요.

태양전지인 솔라패널은 빛에 민감한 실리콘 웨이퍼(wafer)를 사용하는데 이 웨이퍼는 실리콘 정제과정에서 수많은 인력과 비용, 그리고 유해한 화학물질이 사용됩니다. 반면, 솔라페인트는 솔라패널보다 생산이 간편하고, 유해 화학물질도 필요 없는 친환경 제품인데다 정제과정이 간단해 생산 비용도 저렴합니다.

다만, 솔라패널에 비해 에너지 효율성이 다소 떨어지는 단점이 있습니다. 효율성의 문제만 극복할 수 있다면 슈퍼 대체에너지로 등장할 수 있을 전망입니다. 일반 가정용 전력은 물론, 수소전기차에 솔라페인트만 발라도 자동으로 연료가 만들어진다면 무공해, 무연료 자동차로 각광받게 될테니까요.

깃발이 바람에 부대껴 서로 마찰하면서 전기가 만들어집니다. [사진=pubs.acs.org]

깃발을 이용해 전기를 만드는 독특한 발전시스템도 있습니다. 바람을 이용해 풍차가 돌아가는 풍력발전과 달리 깃발의 펄럭임으로 전기를 생산하는 방식입니다. 미국 조지아공대 재료공학부 연구진은 2016년 서로 다른 두 재료를 씨줄과 날줄 형태로 엮어 만든 깃발 모양의 직물로 전력을 생산하는데 성공했습니다.

씨줄과 날줄로 엮었다는 말은 위선과 경선, 즉 가로세로로 엮었다는 뜻입니다. 씨줄(가로)은 니켈을 코팅한 폴리에스테르(polyester) 섬유띠, 날줄(세로)은 플라스틱을 코팅한 폴리이미드(polyimide) 구리필름띠를 사용합니다.

이 두재료를 엮은 가로 1.5㎝, 세로 1.5㎝ 크기의 정사각형 직물을 가로세로 적당한 비율로 연결해 만든 깃발을 바람이 잘부는 높은 곳에 꽂아두면, 바람이 불면서 두 물질이 서로 닿았다가 떨어지는 과정을 반복합니다. 두 물질이 자꾸 마찰하는 이 과정을 통해 전기가 발생합니다. 마치 풍선을 머리에 문지르면 정전기가 발생하는 것처럼 마찰대전방식으로 발전하는 것이지요.

이 깃발은 초속 22m의 바람 속에서 최대 40V 정도의 전력을 생산할 수 있는데 이는 기상 관측용 풍선에 달린 기상관측센서가 무선으로 데이터를 컴퓨터에 전송할 수 있는 양 정도라고 합니다. 그다지 많은 양은 아니지만 상용화된다면 집 옥상은 물론, 관공서마다 전기를 만드는 깃발이 펄럭이겠지요? 비상시에 필요한 전력 정도는 얼마든지 생산할 수 있을테니까요.

물이나 액체만 넣으면 사용할 수 있는 건전지도 있습니다. [사진=aquapowersystems.com]

물만 있으면 충전 가능한 '물건전지(Water Activated 1.5V AA battery)'도 개발됐습니다. 일본의 한 기업이 개발했는데 건전지의 구멍에 스포이드로 물이나 술, 주스 등 액체만 주입하면 1.5V의 전기가 만들어지는데 약 20시간 정도 사용할 수 있다고 합니다.

물건전지의 무게는 15g 정도로 다른 건전지보다 가볍고 사용시간도 비교적 긴 편입니다. 특히 기존 건전지처럼 유해금속과 독성 화학물질이 없는 친환경 건전지라고 합니다. 그러나 수명이 짧은 것이 단점입니다. 3~5회 정도 사용하면 더 이상 사용할 수 없고, 값도 다른 건전지보다 2~5~5배 정도 비싸다고 합니다. 다만, 다른 건전지들이 개봉하지 않았을 때 3년 정도인데 비해 20년 정도 보관할 수 있다고 합니다.

이 건전기의 작동원리는 제조사가 구체적으로 설명하지 않아 정확히 알지는 못합니다. 다만, 일부 과학자들은 레몬같이 산도가 높은 과일에 아연이나 구리 등의 금속을 꽂아 전기를 발생시키는 원리와 비슷하게 작동시킬 것이라고 추측하고 있습니다.

가정집 담벼락에 솔라페이트를 칠하고, 옥상에는 깃발을 꽂아 필요한 전력을 자급자족하는 시대, 외출할 때 물건전지를 휴대하고 나가 필요할 때 액체를 한 방울 넣어 사용할 수 있는 시절이 하루빨리 왔으면 좋겠습니다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr