버려지는 에너지로 작동하는 IoT센서가 화재 예방한다

버려지는 에너지로 작동하는 IoT센서가 화재 예방한다

   국내 연구진이 버려지는 에너지를 전기로 바꿔 쓰는 에너지 하베스팅 기술을 접목해 화재를 감시하는 무선 사물인터넷(IoT) 센서를 개발했다. 

황건태 재료연구소 분말세라믹연구본부 선임연구원 연구팀은 전선에서 발생하는 미세 자기장을 이용해 전기에너지로 변환하는 소재와 에너지 발전기를 개발했다고 7일 밝혔다. 이삼녕 한국해양대 나노반도체공학과 교수와 류정호 영남대 신소재공학부 교수 연구팀도 함께 연구에 참여했다. 

 

황건태 재료연구소 분말세라믹연구본부 선임연구원 연구팀은 전선에서 발생하는 미세 자기장을 이용해 전기에너지로 변환하는 소재와 에너지 발전기를 개발했다고 7일 밝혔다. 재료연구소 제공

발전소에서 생산된 전기는 송배전 선로를 이용해 가정과 공장에 공급된다. 한국전력에 따르면 2017년 기준 국내 송전 선로의 길이는 약 1만5900km이고 배전선로의 길이는 약 48만1364km이다. 관련 시설의 노후화나 사고로 과전류가 흐르거나 전선이 끊어질 경우 화재나 정전이 발생한다. 사회적, 산업적, 경제적 측면서 큰 손실이 일어날 수 있기 때문에 주기적인 점검이 필요하다. 

이에 무선 사물인터넷(IoT) 센서 기술을 활용해 송배전 선로의 안정성을 실시간으로 파악하려는 시도가 이뤄지고 있다. 하지만 IoT 기기에 전원을 공급하기 위해 배터리를 매번 교체하거나 부피가 크고 고가인 변압기를 설치해야 해 막대한 인력과 비용이 소모된다는 단점이 있다.

연구팀은 집, 공장, 송배전선로, 지하도 등에 설치된 전선의 주위에 발생하는 미세 자기장을 이용해 이런 단점을 해결했다. 우선 특별 설계된 자석 구조체를 활용해 미세 자기장을 움직임이나 진동과 같은 기계에너지로 변환했다. 

이를 다시 마찰전기 효과를 이용해 전기에너지로 변환시켰다. 마찰전기는 정전기의 일종으로 서로 다른 두 물질이 마찰할 때 발생하는 분극현상을 통해 기계에너지를 전기에너지로 바꾼다. 연구팀은 생산된 전기에너지로 IoT센서 시스템이 별도의 배터리 없이도 작동하는 것을 확인했다.

황 연구원은 “본 기술을 이용하면 저렴한 비용으로 미세한 자기장을 전기에너지로 변환하는 소형 발전기를 제작할 수 있다”며 “이를 송배전 선로에 적극 활용하면 이상 징후를 실시간으로 파악해 화재 및 정전과 같은 대형사고를 사전에 방지할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 사이언스’ 지난 1월 4일 발표됐다.

고재원 기자 jawon1212@donga.com 동아사이언스

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