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MIT(Massachusetts Institute of Technology) 10대 기술로 선정된 에너지 하베스팅(Energy Harvesting)은 낭비되고 버려지는 빛, 열, 운동, 기계적 진동 에너지 등을 수확 저장해 전기에너지로 변환하는 기술이다. 대표적인 에너지 하베스팅 기술로는 태양광을 수집하는 태양전지, 열을 모으는 열전소자, 진동이나 기계적 변위를 전기로 전환하는 압전소자, 전자기파를 수집하는 RF방식 등이 있다

미국과 유럽에서는 이미 빠르게 확산되고 있는 ‘에너지 하베스팅’ 기술은 1954년 미국 벨연구소가 태양전지 기술을 공개할 때 처음 소개된 개념이다. 영국의 시장조사기관인 아이디테크엑스(IDTechEx)에 따르면 2020년에는 전세계 에너지 하베스팅 시장규모가 43억 7000만달러 (한화 약 4조 7294억원)에 달할 것으로 전망했다.

국내 기업들도 에너지 하베스팅 분야에 많은 관심을 보이고 있다. 한국과학기술기획평가원(KISTEP)은 ‘미래 우리사회의 불평등 해소에 기여할 수 있는 10대 유망기술’중 하나로 에너지 하베스팅을 선정했다. 특허청에 따르면 에너지 하베스팅 관련 특허출원은 2007년 27건에서 2013년 167건으로 최근 7년간 6배 이상 성장했다고 전했다.

특히 사물인터넷(생활 속 사물들을 유무선 네트워크로 연결해 정보를 공유하는 환경)이 화두가 되면서 무선, 이동성, 착용성 중심의 초소형 전자기기 시장이 확대되고 이와 함께 초소형 전자기기에 사용되는 배터리 문제를 해결해야 한다. 현재 초소형 전자기기들은 낮은 에너지로 구동이 가능하기 때문에 버려지는 에너지를 저장하고 전기에너지로 변환하는 에너지 하베스팅기술 활용이 기대된다.

페이브젠압전타일
페이브젠 압전타일

대표적인 에너지 하베스팅 기업인 페이브젠(Pavegen)의 CEO 로렌스 켐볼 쿡(Laurence Kemball-Cooke)은 압전소자를 이용해 전기를 생산하는 지압발전 시스템을 개발했다. 페이브젠은 운동에너지를 전기에너지로 전환해 주는 ‘압전타일’을 이용해 도시의 가로등, 신호등을 밝히는 친환경에너지 생산을 하고 있다. 페이브젠의 압전타일은 설치가 매우 용이하고 생산되는 에너지 정보를 인터넷으로 전송해주는 서비스를 제공한다.

페이브젠(Pavegen)은 삼성전자 아프리카 법인과 함께 남아프리카공화국 요한스버그의 쇼핑몰 Sandton City에 68개의 타일을 설치했다. 삼성전자 사회공헌활동 ‘만일 내가 할 수 있다면(What If I can?)’ 캠페인으로 내 발자국이 에너지가 될 수 있다는 것을 직접 경험해 아프리카에 만연한 비관주의를 극복하도록 지원했다. 쇼핑몰에 설치된 압전타일은 하루 2백만 이상의 발자국으로 전기를 생산해 전기가 들어오지 않는 남아공 빈민가 딥슬록(Diepsloot)지역에 공급되었다. 

페이브젠은 다국적 석유회사 쉘(Shell)과 함께 브라질 리우데자네이루의 빈민가에 축구장도 열었다. 이 운동장에는 페이브젠 압전타일 200개가 설치되었고 타일을 밟아 생산된 전력은 운동장 불을 밝히는데 필요한 에너지 20%가 충당된다. 낮에 축구장 주변에 설치된 태양 에너지 패널이 나머지 80%의 전력을 모은다. 이렇게 생산된 전력은 축구장에 설치된 6개의 LED조명등에 불을 밝히게 되는데 최대 10시간까지 전력을 공급할 수 있다.

영국의 보다폰(Vodafone)에서는 핸드폰 충전이 가능한 침낭을 개발했다. 이 침낭에는 소량의 열전도 재료가 들어간 원단을 사용해 마찰로 인해 생기는 열과 사람의 체온을 통해 전력을 생산하는 구조이다. 같은 원단으로 만든 핫팬츠는 하루동안 걷거나 춤을 추면 스마트폰 네 시간 분량의 전략을 생산할 수 있다. 우리 몸의 근육을 사용해 운동에너지를 만들어 낼 수도 있고 사람의 체온으로 열에너지를 만들어 낼 수도 있다.

애플과 삼성에서도 스마트 워치를 내놓은 이후 웨어러블 기기에 쓸 수 있는 에너지 하베스팅 신기술에 대한 관심이 더욱 높아졌다. 웨어러블 기기는 낮은 에너지로 구동이 가능하기 때문에 신체 에너지 하베스팅 기술을 이용해 배터리 자가 발전형과 소형화 모듈 형태가 접목될 수 있다. 

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