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왼쪽부터 차경환 석박사통합과정생, 연세대 홍진기 교수, 중앙대 이상민 교수 |
중앙대 기계공학부 이상민 교수 연구팀은연세대 홍진기 교수팀과의 공동연구를 통해 미세플라스틱을 활용해 전기에너지를 수확하는 정전 소자를 개발하는 데 성공했다.
이번 연구의 골자는 5mm 미만의 작은 플라스틱 알갱이인 미세플라스틱을 친환경 에너지 하베스팅 시스템의 구성 재료로 활용해 전기에너지를 수확하는 메커니즘을 구현함으로써 폐자원 에너지화(Waste-to-Energy)를 달성했다는 점이다.
미세플라스틱은 환경오염을 일으키는 주범 중 하나로 지목돼 왔다. 안전한 미세플라스틱 폐기와 처리에 관한 연구가 국내외에서 활발히 이뤄지고 있지만, 기존 미세플라스틱 처리 방식들은 불완전하다는 평을 들어 왔다. 안정적이지 못한 출력 생산, 후처리 필요, 처리 과정에서의 환경오염 등 문제점이 많았기 때문이다.
공동연구팀이 개발한 이번 기술은 다량의 미세플라스틱을 추가 처리 없이 에너지 개발원으로 사용 가능한 정전 소자(Triboelectric Nanogenerator) 시스템이다. 정전 소자는 마찰대전 효과와 정전기 유도 원리를 활용해 기계적 에너지를 전기에너지로 변환하는 기술이다.
연구팀이 개발한 미세플라스틱 기반 정전 소자의 가장 큰 특징이자 장점은 플라스틱 종류와 노화 시간에 상관없이 사용 가능하다. 미세플라스틱 가운데 가장 많은 비중을 차지하는 PP, PS, PET, 플라스틱 혼합물을 가리지 않고, 동일한 메커니즘으로 전기적 출력을 발생시킬 수 있다. 실험 결과 9년 노화 플라스틱으로 15만 사이클을 구동해도 출력감소 없이 장기적 사용이 가능함도 확인했다.
미세플라스틱을 활용한 정전 소자의 전기 출력은 일상생활 속에서 사용되기에 충분했다. 전기 출력을 일으켜 축전기를 충전한 결과 300개의 LED, 상용 온-습도계, 수질오염 센서 등을 가동할 수 있다는 점도 이번 연구를 통해 확인됐다.
이번 연구를 담은 논문은 난해 피인용도(Impact Factor) 15.1을 달성한 국제 저명 학술지 ‘Chemical Engineering Journal’에 게재됐다.
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