빛 에너지는 우리에게 어떤 혜택을 줄까?

빛은 인류에게 여러 면에서 크나큰 혜택을 제공하며, 과학적 발견과 기술 발전에 큰 기여를 해왔다. 17세기 과학자들은 빛의 성질을 두고 논쟁을 벌였다. 뉴턴은 빛을 입자로, 하위헌스는 파동으로 보았으나 현대 과학은 빛이 파동과 입자의 성질을 동시에 가진다고 인정하고 있다.

인간은 전자기파 중 일부만 볼 수 있어

빛이 인간에게 주는 가장 큰 혜택은 물체가 보이게 해 준다는 점이다. 인간과 동물은 시각 기관을 진화시켜 살아간다. 빛이 눈에 보이는 이유는 빛에너지가 시신경을 자극하기 때문이다. 시신경은 외부 정보를 전기(에너지) 형태로 바꿔 뇌에 전달한다. 인간은 빛(전자기파) 중에서 일부 파장만 볼 수 있다. 만약 인간이 더 광범위한 파장, 이를테면 적외선·자외선·감마선까지 볼 수 있다면, 자연이 지금처럼 아름답게 보이지 않을지도 모른다.

동물과 사람의 시각은 다르다. 꿀벌은 자외선을 감지하는 것으로 알려져 있다. 어쩌면 인간 이외의 생명체들에게는 방송 통신파나 X선, 감마선 등은 필요하지 않을지도 모른다.

빛 에너지가 주는 혜택

빛 에너지는 다음과 같은 방식으로 인류에 도움이 되고 있다.

첫째, 정보 전달 기능이다. 라디오파와 같은 전자기파는 무선 통신, TV 방송 등에서 사용되며, 정보는 빛의 속도로 전달된다. 둘째, 전력 생산 기능이다. 태양전지판은 빛 에너지를 전기로 전환해 다양한 전자장치를 작동시킨다. 셋째, 열 에너지 제공이다. 적외선은 따뜻한 열을 제공하며, 식물은 광합성을 통해 생명 활동을 유지한다. 넷째, 의료 및 산업 활용 역할이다. X선은 진단 및 산업용으로, 감마선은 살균과 암 치료에 사용된다. 마지막으로, 문화와 기술 발전에 큰 도움을 준다. 빛은 사진, 영상, 복사 기술의 근간을 이루며, 자외선은 살균과 공해 물질 분해에도 활용된다.

빛 에너지 활용 연구 계속, 신재생 에너지 혁신 앞당겨

최근에도 빛 에너지를 활용한 연구와 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 추세다. 신재생 에너지와 첨단 기술의 새로운 지평을 열고 있다.

지난 6월, 인천대학교 연구팀은 기존 광-전기에너지 변환 과정에서 발생하던 열을 활용한 완전 투명한 광-열-전기에너지 융합 소자를 세계 최초로 개발했다.

이 기술은 빛에 의한 전기에너지 변환과 열-전기에너지 생산 방식을 결합한 플랫폼으로, 건물과 자동차 유리에 적용할 수 있는 혁신적인 투명 에너지 소자를 구현했다. 연구를 주도한 말케시 박사는 이 소자가 기존 투명 태양광 발전보다 2.5배 높은 효율(11.9%)을 기록했으며, 실내 조명에서도 전기 생산이 가능하다고 밝혔다.

이 기술은 야외뿐만 아니라 실내에서도 에너지를 생산할 수 있어, 다양한 환경에서 활용 가능성이 기대된다.

KAIST 연구진은 지난해 0.02초 만에 연료전지 등 차세대 에너지 저장·발전에 광범위하게 적용되는 고엔트로피 촉매·단일원자 촉매 합성을 세계 최초로 구현했다.

이는 광열효과가 뛰어난 소재(탄소 나노섬유·그래핀 산화물·맥신)에 다종 금속 염을 고르게 섞고 빛을 가하면 초고온과 매우 빠른 승·하온 속도를 기반으로 최대 9성분계의 합금 촉매를 합성할 수 있는 기술이다. 합금 촉매는 연료전지, 리튬-황전지, 공기 전지, 물 분해 수소 생산 등의 저장·발전에 광범위하게 적용되며, 비싼 백금의 사용량을 획기적으로 줄이는 데 유리하다.

연구팀은 광열효과를 통해 단일원자 촉매의 신규 합성법에도 성공했다. 이 합성법으로 백금, 코발트, 니켈 등의 다양한 단일원자 촉매가 고밀도로 결착돼 다양한 촉매 응용 분야에 활용할 수 있다.

한편 이러한 연구들은 빛 에너지의 효율적 활용과 지속 가능한 에너지 기술 개발에 크게 기여하고 있으며, 앞으로도 첨단 과학기술의 핵심 동력으로 자리 잡을 것으로 기대된다.