바닷물로 전기 생산, 빛과 열로 효율 5배↑…나노 발전기 등장

바닷물이 증발하는 과정 만으로 전기를 만들어내는 기술이 실제로 개발됐다. 빛과 열을 이용해 바닷물에서 전기를 얻는 이 장치는, 사실상 무한에 가까운 에너지원을 활용한다는 점에서 차세대 친환경 전력 기술로 주목받고 있다.

바닷물 증발로 전기를 만드는 ‘나노 발전기’

연구진은 실리콘 반도체 기반의 나노 장치를 이용해 바닷물 증발 과정에서 안정적인 전류를 만들어내는 데 성공했다. 이 장치는 별도의 외부 동력 없이 스스로 작동하며, 빛과 열을 이용해 바닷물을 증발시키는 동시에 이온과 전자의 움직임을 정밀하게 제어한다.

핵심 원리는 ‘하이드로볼타익 효과’다. 물이 아주 작은 나노 구조 위를 흐르거나 증발할 때, 전하가 분리되면서 전기가 생성되는 현상이다. 연구진은 육각형 배열의 실리콘 나노기둥 사이 공간을 활용해 바닷물이 증발하도록 설계했고, 그 과정에서 전기를 얻었다.

특히 바닷물은 사실상 무한한 자원이기 때문에, 이 기술은 채굴이나 환경 파괴 없이 전력을 생산할 수 있는 잠재력을 갖는다. 연구진은 “빛과 열의 불균형은 항상 이런 장치에 영향을 주지만, 이를 오히려 전기 생산에 유리하게 활용하는 방법을 찾아냈다”고 설명했다.

빛과 열이 전기 생산을 5배까지 높인다

이번 연구의 가장 큰 성과는 전기 생성의 핵심이 단순한 ‘증발’만이 아니라는 점을 밝혀낸 것이다. 실리콘 반도체 구조에서는 열이 표면의 음전하를 증가시키고, 햇빛은 내부 전자를 활성화시키면서 전기 생산을 크게 강화한다.

그 결과, 빛과 열을 함께 활용하면 전기 생산량이 최대 5배까지 증가하는 것으로 나타났다. 연구를 이끈 줄리아 탈리아부에는 “이 자연 현상은 원래부터 존재했지만, 이를 실제로 활용한 것은 이번이 처음”이라고 말했다.

또한 이 장치는 세 가지 층으로 구성돼 각 과정을 분리해 제어할 수 있다. 위쪽은 물이 증발하는 층, 가운데는 이온이 이동하는 층, 아래쪽은 전하를 저장하는 실리콘 나노기둥 구조다. 이런 설계 덕분에 전기 생성 과정 전체를 더 정밀하게 조절할 수 있게 됐다.

내구성 역시 중요한 장점이다. 기존 하이드로볼타익 장치는 열과 빛, 그리고 염분 환경에서 쉽게 손상되지만, 이 장치는 산화층으로 코팅된 나노기둥 구조를 사용해 화학 반응으로 인한 손상을 막는다.

연구진은 이 기술이 더 발전하면, 배터리 없이 작동하는 소형 센서나 사물인터넷 기기, 웨어러블 기기 등에 전력을 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 결국 햇빛과 물만 있으면 어디서든 전기를 얻는 시대가 현실에 가까워지고 있는 셈이다.

성치훈 기자/ hello@sciencewave.kr

출처: New Atlas, “Nanogenerator harvests electricity from evaporating seawater”