[초점] 무선 전력 전송 기술, 8.6km 신기록으로 실용화 앞당겨

미 국방고등연구계획국(DARPA)과 민간 연구진이 광 빔으로 8.6km 떨어진 지점에 800W가 넘는 전력을 무선 전송하는 데 성공하며, 120여 년 전 니콜라 테슬라가 꿈꿨던 무선 전력 전송이 현실 직전까지 다가섰다고 지난 13일(현지시각) EDN이 보도했다


초기 무선 전력 전송 연구는 마이크로파를 이용했으나, 빔을 좁히려면 수십 미터급 거대 안테나가 필요했다. 이후 25초 동안 1.7km 거리에서 평균 230W를 전송한 기록이 있었고, 3.7km에서는 실패 사례도 보고됐다.

최근에는 광섬유 레이저를 활용해 수킬로미터급 전송이 가능해졌으며, 파워라이트 테크놀로지스가 개발한 시스템은 레이저 빔 경로에 사람·조류·미세 입자 등이 감지되면 밀리초 안에 전원을 차단해 안전사고를 방지한다.

DARPA의 지속적인 광 무선 에너지 릴레이(POWER, Persistent Optical Wireless Energy Relay) 프로그램 산하 ‘전력 수신기 배열 데모’(PRAD, Power Receiver Array Demo) 팀은 지난 5월 뉴멕시코 시험장에서 레이저를 통해 8.6km 떨어진 수신기 어레이로 30초 동안 800W 이상의 전력을 무선 전송하는 데 성공했다.

시험 기간에 메가줄 단위의 에너지가 꾸준히 전달됐다. 메가줄은 100만 줄에 해당하는 에너지로, 일반 가정이 하루 동안 쓰는 전력량의 3분의 1 정도에 해당한다. 빔 경로가 차단되면 자동으로 복구되는 기능도 검증됐다. 이는 장애물이 빔을 가로막아도 시스템이 스스로 경로를 찾아 다시 전력을 보낼 수 있다는 뜻이다. 이 기록은 종전 1.7km·230W 성과를 크게 뛰어넘는 결과로, 무선 전력 전송의 상용화 가능성을 한 단계 높였다.


테라 테크놀로지스(Teravec Technologies)가 설계한 수신기 어레이는 중앙 구멍으로 입사된 레이저 빔을 포물선 거울에 반사해 장치 내부에 배열된 수십 개 광전지에 모은다. 이를 통해 광에너지를 전력으로 바꾸는 효율이 70%를 넘는다. 방향 제어에는 렌즈 대신 회절 광학 소자를 적용했으며, 3D 프린팅 기반 적층 제조와 일체형 냉각장치 덕분에 시스템 무게와 부피를 대폭 줄였다.

산업계 관계자는 “대기 밀도 변화에 따른 빔 편향과 장거리 전송 시 효율 저하는 여전히 해결 과제로 남아 있다”고 말했다. 그러나 군사·우주·재난 대응 분야에서는 소형 드론이나 고고도 무인기 전원으로 활용할 잠재력이 크다는 평가가 우세하다. 향후 소형 위성·항공 플랫폼에 무선 전력 공급이 도입된다면, 에너지 인프라 구축 방식에 근본적 변화가 예상된다.


산업계 관계자는 "대기 밀도 변화에 따른 빔 편향과 장거리 전송 시 효율 저하는 여전히 해결 과제로 남아 있다"고 말했다. 그러나 군사·우주·재난 대응 분야에서는 소형 드론이나 고고도 무인기 전원으로 활용할 잠재력이 크다는 평가가 우세하다.​

전 세계 무선 전력 전송 시장 규모는 2024년 149억 5000만 달러(약 21조 3800억 원)에서 2032년 376억 7000만 달러(약 53조 8800억 원)로 연평균 12.24% 성장할 전망이다. 향후 소형 위성·항공 플랫폼에 무선 전력 공급이 도입된다면, 전선이나 배터리 없이도 언제 어디서든 전력을 받을 수 있는 에너지 인프라 구축 방식에 근본적 변화가 예상된다


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com