3D프린터로 열전발전기 만든다..."폐열로 전기 생산"

3D프린터로 열전발전기 만든다..."폐열로 전기 생산"

UNIST 신소재공학부 손재성 교수팀

`열원 일체형 열전발전기` 제작 기술 개발

  뜨거운 보일러 배관이나 자동차 배기관스 등의 폐열을 버리지 않고 전기로 바꾸는 기술이 나왔다. 3D프린터로 열전발전기를 찍어내고, 열을 효과적으로 거둬 전기를 만드는 기술이다. 

16일 UNIST는 신소재공학부의 손재성 교수팀이 3D 프린터로 `열원 일체형 열전발전기`를 제작하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 열전 잉크를 열원(열의 공급원) 모양에 딱 맞춘 열전소재로 찍어내 기존의 `접촉 불량` 문제를 해결했다.

열전 기술은 열에너지를 전기에너지로, 또는 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 기술이다. 이 기술을 활용하면 지열이나 태양열, 체열처럼 버려지는 열을 이용해서도 전기를 생산할 수 있다. 주로 열전반전기는 열원에 딱 붙어 구동되며, 소형 냉각장치와 자동차 엔진, 선박 등에서 나오는 폐열로 전기를 내는 데 쓰인다. 

그러나 기존 직육면체 소재로 만든 평판형 열전발전기는 열에너지를 거둬들이는 데 한계가 있었다. 열원 표면이 대부분 평평하지 않기 때문에 평판형 열전발전기와 잘 부착되지 않았기 때문이다. 접촉 불량이 있었던 셈이다. 이 때 열 손실이 발생해 발전기 출력에 치명적인 영향을 미쳤다.

손 교수팀은 이 문제를 해결하기 위해 3D 프린터로 열전소재를 열원 모양과 크기에 꼭 맞게 제작해 열원 일체형 열전발전기를 개발했다.

 열전 잉크를 제작해 3D 프린팅하니 열전소재의 모양을 자유자재로 바꿀 수 있었다. 그 결과 열전발전기는 열원과 하나처럼 붙었고 열 손실도 최소화됐다. 

손 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 설명했다. 

이번 연구는 지난 15일 세계적 과학저널 `네이처 에너지(Nature Energy)`에 온라인 발표됐다. 

[김윤진 기자] 매일경제

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