지구 온난화와 기후 변화를 막기 위한 핵심은 바로 이산화탄소 배출량을 정확히 파악하는 것입니다. 이를 위해 KAIST 연구진이 획기적인 기술을 개발해 주목받고 있습니다.

한국과학기술원(KAIST) 권경하 교수 연구팀은 중앙대 류한준 교수팀과 협력해 외부 전원 없이도 이산화탄소 농도를 실시간으로 측정하고 무선 전송까지 가능한 자가발전형 모니터링 시스템을 성공적으로 개발했습니다. 이는 환경 모니터링 분야에서 새로운 패러다임을 제시할 것으로 기대됩니다.

나노 발전기(TENG) 에너지 하베스트 기반 무선 CO2 센싱 시스템.

전 세계적으로 이산화탄소 배출량 규제가 강화되는 가운데, EU를 비롯한 주요 국가들은 이미 공장 배출량에 대한 엄격한 규제를 시행 중입니다. 이러한 추세에 따라 효율적이고 지속 가능한 모니터링 시스템의 필요성이 더욱 커지고 있습니다.

기존 시스템은 대부분 배터리나 유선 전원에 의존해 설치 및 유지보수가 어렵다는 한계가 있었습니다. KAIST 연구팀의 신개념 기술은 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 솔루션으로 평가받고 있습니다.

연구팀이 개발한 '관성 구동 마찰전기 나노발전기(Triboelectric Nanogenerator, TENG)'는 산업 현장에서 발생하는 미세 진동(20~4000㎛ 진폭, 0-300 Hz 주파수 범위)을 전기에너지로 변환합니다. 특히 4단 적층 구조와 탄성 스프링 결합으로 공진 현상을 극대화시켜 13Hz, 0.56g 조건에서 0.5㎽의 안정적인 전력 생산에 성공했습니다.

생성된 에너지는 저전력 블루투스 통신과 결합되어 실시간 데이터 전송까지 가능하게 합니다. 이를 통해 공장이나 도시 인프라 등 다양한 환경에서 자율적으로 운영되는 친환경 모니터링 네트워크 구축이 가능해질 것으로 보입니다.

권경하 교수는 "자가발전형 시스템은 환경 모니터링 분야의 게임 체인저가 될 것"이라며 "향후 다양한 센서 플랫폼과 연계해 더욱 스마트한 환경 관리 솔루션으로 발전시킬 계획"이라고 밝혔습니다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '나노 에너지(Nano Energy)' 최신호에 게재됐으며, KAIST 장규림 학생과 중앙대 다니엘 마나예 티루네(Daniel Manaye Tiruneh) 학생이 공동 제1저자로 참여했습니다.