방사 냉각 이용한 발전 가능해질까

태양광 발전의 약점 가운데 하나는 밤이 되면 발전할 수 없다는 것이다. 이런 이유로 전 세계에서 적지 않은 사람이 야간 전력의 혜택을 못 받는다. 이런 상황을 타파하기 위해 연구자들은 방사 냉각에 의한 우주 추위를 이용한 저비용 발전 전략을 발견했다. 실제로 연구팀은 불과 3만원대 시판품을 모은 장치로 야간에 LED 조명을 점등시키는 데 성공했다고 한다.

이 같은 연구에 나선 건 캘리포니아대학 LA캠퍼스 아스와스 라만(Aaswath P. Raman)과 스탠포드대학 웨이 리(Wei Li), 샨후이 팬(Shanhui Fan). 이들은 2012년부터 방사 냉각에 관한 공동 연구를 실시해왔다. 방사 냉각을 이용해 더 환경 친화적인 냉각과 공조를 실현하는 패널을 제조하기 위한 스카이쿨 시스템즈(SkyCool Systems)를 공동 창업하기도 했다. 방사 냉각을 이용해 저렴한 비용으로 열전 발전을 한다는 건 이 연구를 통해 태어난 부차적인 아이디어였다고 한다.

이들이 만든 발전 장치는 아주 단순하다. 재료는 모두 시판품으로 고교생이라면 흉내를 낼 수도 있는 정도이며 들어간 비용도 30달러 가량에 불과하다. 열전 발전 모듈 아래에 알루미늄 상자를 사이에 두고 설치한 지상 측 원반에는 PC나 에어컨 배열 등에서도 이용하는 알루미늄 핀을 장착했다. 하늘을 향한 저온 측 원반에서 열을 방출하고 고온 측 열원으로 보내 온도차로 발전하는 것이다. 태양열이 지구까지 방사선에 닿는 반대로 저온 측 원반에서 열은 복사열을 전달, 우주에 확산하게 된다고 한다.

연구팀은 이 장치를 2017년 12월 캘리포니아주 스탠포드에 있는 건물 옥상에서 1m 높이에 설치하고 18시부터 실험을 시작했다. 날씨는 맑았고 외부 온도는 영하 1도에서 3도였다. 실험 결과 고온측 원반과 저온측 원반의 온도차는 최대 2도였고 출력은 최대 0.8mW로 이 에너지로는 25mW/m²에 해당한다. 물론 얻은 출력은 발전 능력으론 경미한 수준이지만 부스터를 끼우고 LED를 연결해 점등을 시키는데 성공했다. 휘도는 최대 10% 정도였다고 한다.

열전 발전 소자를 시용해 야간에도 발전한다는 시도는 이번이 처음은 아니다. 지금까지 시도에서 적극적인 열 입력이 필요했다. 이번 시스템은 완전히 수동적인 게 포인트이며 기존 기술만으로도 출력은 0.5W/m²까지 올리는 게 가능하다고 보고 있다. 원래 다른 연구의 부차적인 아이디어에서 태어난 것이지만 어둠에서 빛을 만들어낸다는 건 우주의 차가움조차 발전을 위한 열역학적 자원으로 심각하게 취급할 수 있다는 걸 말해준다고 설명한다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.