3D 프린터로 열전발전기 만든다…폐열로 전기 생산

↑ 3D 프린터로 배관 모양에 딱 맞춘 열전발전기를 만든 모습. 배관에 밀착돼 열회수율이 높다. [자료제공 = UNIST]

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]