中-스페인 과학자들, '소금 얼음' 활용 전력 생산 성공…'얼음 전력' 시대 열리나

중국과 스페인의 과학자들이 얼음에 소금을 첨가하면 전기를 생산할 수 있다는 놀라운 사실을 발견하여, 추운 환경에서 청정 전력을 활용할 수 있는 새로운 길을 열었다.

이 연구는 지구 표면의 10%를 덮고 있는 얼음을 활용하는 새로운 형태의 녹색 전력으로 이어질 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다고 10일(현지시각) 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 보도했다.

연구팀은 소금을 도핑(doping)한 얼음을 구부릴 때, 전기적 특성에 사용되는 최고의 세라믹 재료에 필적하는 전기적 반응을 생성할 수 있음을 발견했다. 연구원들은 염수를 사용하여 추운 환경에서 저비용 에너지원으로 사용될 수 있는 잠재력을 보여주는 장치를 제작했다.

연구팀은 지난달 동료 심사 저널인 '네이처 머티리얼즈(Nature Materials)'에 발표된 논문에서 "지구 표면의 10%가 얼음으로 덮여 있음에도 불구하고 얼음 전력은 아직 개발되지 않은 상태로 남아 있다"고 지적했다.
앞서 지난 8월, 중국과 스페인의 같은 팀은 뉴욕 스토니브룩 대학의 연구원들과 함께 얼음이 굽힘을 통해 전력을 생성할 수 있는 잠재력을 밝히는 논문을 '네이처 물리학(Nature Physics)'에 발표한 바 있다.

이들은 재료가 균일하지 않은 변형 소스에 노출될 때 전하가 생성되는 현상인 '굴곡 전기(flexoelectricity)' 때문에 이러한 현상이 가능하다는 것을 발견했다.

하지만 당시에는 굴곡 시 전하를 생성하는 얼음의 능력(플렉소 전기 계수)이 전기 모터, 발전기, 식기 세척기 및 기타 가전 제품과 같은 전기 기계 장치에 전력을 공급하기에는 너무 작다는 한계가 있었다.

새로운 연구에서 연구원들은 이 한계를 극복했다. 연구팀은 얼음에 소금을 도핑함으로써 낮은 굴곡 전기 계수를 크게 높일 수 있음을 발견했다.

스페인의 시안 자오퉁 대학(Xian Jiaotong University), IMDEA Materials Institute 및 Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology 팀은 "여기에서 우리는 얼음에 소금을 도핑하면 플렉소 전기 계수를 1,000배 향상시킬 수 있음을 입증했다"고 밝혔다.

염분 얼음 슬래브를 구부리면 물 분자와 이온이 작은 채널을 통해 압축된 쪽에서 늘어난 쪽으로 압착된다. 이 흐름은 순 전하를 운반하고 '스트리밍 전류(streaming current)'라고 불리는 동전기 현상(electrokinetic phenomenon)을 생성한다.

연구팀은 "따라서 염분 얼음의 전기 기계적 결합은 추운 곳에서 현장에서 제작되는 저비용 감지 및 에너지 수확 장치를 개발할 가능성을 시사한다"고 덧붙였다.

시안 자오퉁 대학의 연구원 마 첸첸(Ma Qianqian)은 9월 29일 중국과학일보와의 인터뷰에서 이번 연구가 "얼음 에너지의 실질적인 발전 가능성을 열어준다"고 평가했다.

그녀는 "아직 실험실 단계에 있지만, 우리는 지속 가능한 재생 가능 에너지를 생성하기 위해 극한 환경, 심지어 외계 행성에서도 전기 기계 변환기를 현장에서 제작하기 위한 기반으로 얼음을 사용할 수 있는 미래를 기대한다"고 말하며, 목성의 얼음 위성인 유로파나 토성의 얼음 위성인 엔셀라두스와 같은 얼음 해양 세계의 전기적 활동과도 관련이 있을 수 있음을 시사했다.

물론 이 기술이 상용화되기까지는 아직 해결해야 할 몇 가지 과제가 남아 있다. 제한된 출력 전력과 염분 얼음이 시간이 지남에 따라 피로를 경험하여 굴곡 전기 계수를 감소시킨다는 사실 등이 그것이다.

그럼에도 불구하고 연구팀은 "염분 얼음의 높은 굴곡 전기는 얼음 동력을 활용하려는 비전을 현실에 한 걸음 더 가까이 다가가게 한다"고 강조했다.

이 혁신적인 연구는 추운 기후 지역의 청정 에너지원 개발에 중요한 돌파구를 마련했으며, 지구의 광활한 얼음 지대를 활용하여 지속 가능한 미래 에너지를 생산할 수 있다는 희망을 안겨주고 있다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com