- UNIST 손재성 교수팀, ‘열원 일체형 열전발전기’ 제작 기술 개발 

- 모든 형상의 열원에서 부착 가능, 열 손실 최소화  

[헤럴드경제=구본혁 기자] 보일러 배관이나 자동차 배기가스관에서 발생한 폐열을 전기로 바꿀 수 있는 신기술이 개발됐다. 

3D 프린터로 관(pipe) 모양에 꼭 맞는 ‘열전발전기’를 찍어내 열을 효과적으로 거둬들이고 전기를 만드는 방식이다. 

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 손재성 교수팀은 ‘유기물 프리 전-무기 열전 잉크’를 합성하고, ‘압출형 3D 프린터’로 ‘열원 일체형 열전발전기’를 제작하는 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 3D 프린터는 열전 잉크를 열원 모양에 맞춘 열전소재로 찍어낸다. 이 열전소재를 조립해 만든 열전발전기는 기존과 유사한 성능을 가진다. 

 

 

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3D프린터로 열전발전기를 제작하는 기술을 개발한 UNIST 연구진. 왼쪽부터 김민성 연구원과 손재성 교수.[제공=UNIST]

열전효과는 열에너지를 전기에너지로, 혹은 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 현상을 말한다. 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.

하지만 기존 직육면체 소재로 만든 ‘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 같은 문제를 해결하기 위해 연구팀은 3D 프린터를 이용해 열전소재의 형상을 열원 모양과 크기에 꼭 맞게 제작하고, 이로부터 열원 일체형 열전 발전기를 개발했다. 잉크를 이용해 입체적인 물체를 만드는 3D 프린팅 공정을 이용하면 소재 형상을 자유롭게 바꿀 수 있다는 점에 착안한 것이다. 그 결과 열전발전기는 열원과 하나처럼 붙었고 열손실도 최소화할 수 있었다.   

 

3D프린터로 배관 모양에 딱 맞춘 열전발전기를 만든 모습.[제공=UNIST]

손재성 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 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 에너지’ 1월 15일 온라인판에 발표됐다.