(창업일보)소재윤 기자 = 폐열을 모아 전기로 바꾸는 새로운 기술이 개발됐다. 

UNIST(울산과학기술원)는 신소재공학부 손재성 교수팀이 '유기물 프리 전-무기 열전 잉크'를 합성하고, '압출형 3D 프린터'로 '열원 일체형 열전발전기'를 제작하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.  

연구진에 따르면 3D 프린터는 열전 잉크를 열원 모양에 맞춘 열전소재로 찍어낸다. 이 열전소재를 조립해 만든 열전발전기는 기존과 유사한 성능을 가진다. 

열전효과는 열에너지를 전기에너지로, 혹은 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 현상이다. 열전효과를 이용하면 지열이나 태양열, 체열처럼 버려지는 열을 이용해 전기를 생산할 수 있는데, 이를 열전발전기라고 부른다. 

열전발전기는 열원에 직접 부착돼 구동하며 현재 소형 냉각장치와 자동차 엔진, 선박 등에서 나오는 폐열로 발전하는 기술이 널리 쓰인다. 

그러나 기존 '평판형 열전발전기'는 열에너지 회수에 한계가 있다. 열원 표면은 대부분 평평하지 않아 평판형 열전발전기가 제대로 접촉하지 못하기 때문이다. 이때 생기는 열손실은 발전기 출력에 매우 치명적이다. 

이 문제를 해결하기 위해 손재성 교수팀은 3D 프린터를 이용해 열전소재의 형상을 열원 모양과 크기에 꼭 맞게 제작하고 이로부터 열원 일체형 열전 발전기를 개발했다.

손재성 교수는 "3D 프린팅 기술은 재료 보존과 공정 단순화, 시스템 제작 등에 따른 비용도 줄일 수 있어 경제적이고 효율적인 방식"이라며 "3D 프린터를 이용한 열원 일체형 열전발전기는 초고성능 열전 발전 시스템의 개발 가능성을 보여준다"고 강조했다.

특히 이번에 개발한 열전 잉크는 끈적거리는 '점탄성'을 가지면서도 프린팅했을 때 전기적 특성을 유지해 주목받았다. 

손 교수는 “기존 소재의 한계를 넘어선 이번 기술은 자연계에서 열로 변해 손실되는 에너지원(60% 이상)을 회수할 효과적인 방법으로도 주목받고 있다”며 “최초로 선보인 열전소재 3D 프린팅 기술은 다양한 분야에 응용될 것”이라고 기대했다. 

이번 연구는 세계적 과학저널 '네이처 에너지(Nature Energy)' 지난 15일 온라인판에 발표됐다. 

미국 일리노이대 어바나 샴페인 캠퍼스의 권범진 박사와 윌리엄 킹(William P. King) 교수, UNIST 신소재공학부의 채한기 교수, 한국기계연구원 부설 재료연구소의 김경태 박사, 한국전기연구원의 김봉서 박사와 이지은 박사도 이번 논문에 참여했다.