‘지구 열+우주 냉기’ 발전 시스템 개발했다

미국 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스 연구팀이 지구의 따뜻함과 우주의 차가운 온도 차이를 이용해 발전하는 시스템을 개발했다. 이 시스템은 온실이나 기타 건물 환기 등에 활용될 가능성도 있다고 한다.

연구팀이 고안한 지구의 따뜻함과 우주의 차가움을 이용한 발전 시스템은 스털링 엔진 메커니즘을 사용한 것이다. 스털링 엔진은 실린더 내부 가스를 외부에서 가열/냉각하고 그 부피 변화에 의해 에너지를 얻는 외연 기관이다.

자동차에 탑재되는 엔진 등 내연 기관은 가솔린 같은 연료를 태워 큰 열 구배를 만들어내고 이걸 에너지로 추출한다. 반면 스털링 엔진은 뜨거워진 커피잔과 그 주변 온도 차이와 같은 매우 작은 열 구배를 이용해 작동한다.

이번에 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스 연구팀은 지구 지표 근처의 따뜻함과 우주의 차가움을 열 구배로 활용하는 시스템을 고안했다.

인간이 평소 생활하는 환경에서는 다양한 물체가 거의 같은 온도가 되어 있기 때문에 스털링 엔진을 사용해 에너지를 만들어내는 건 어렵다. 스털링 엔진에 한정되지 않고 엔진을 사용해 열을 추출하려면 뜨거운 물체와 차가운 물체가 필요하다. 연구팀은 우리 주변에는 따뜻한 것이 있을지 모르지만 차가운 장소도 필요하다며 이 온도 차이가 없으면 안 된다고 말한다.

연구팀은 우주로 연결되는 밤하늘을 차가운 장소로 활용하는 시스템을 고안했다. 연구팀이 고안한 시스템은 피스톤으로 구동되는 간단한 스털링 엔진을 열 방사 안테나로 기능하는 패널 위에 설치하는 것이다.

패널 바닥에 있는 알루미늄 마운트를 토양에 매립해 패널을 지면과 열적으로 결합시킨다. 그리고 적외선 방사 도료가 칠해진 패널 상단면에서는 복사 냉각과 유사하게 전자기파가 하늘을 향해 방사된다. 이에 따라 패널 상단면과 하단면에 온도 차이가 발생하고 스털링 엔진으로 에너지를 추출할 수 있다는 것.

연구팀은 다른 많은 엔진은 뜨거운 것과 차가운 게 인접해 있는 데 반해 새로운 시스템은 지표와 우주라는 매우 멀리 떨어진 것을 연결시킨다는 점이 다르다고 주장한다.

연구팀은 이번 도약은 이런 것들이 멀리 떨어져 있더라도 그걸 복사적으로 결합할 수 있다는 것이라고 말했다. 연구팀이 캘리포니아 주 농지에서 새로운 시스템을 테스트한 결과 야간에는 일관되게 패널 상단면이 차갑고 하단면이 따뜻한 상태가 유지되어 열 구배에 의해 에너지를 얻을 수 있다는 게 확인됐다며 1년에 걸친 실험에서는 대부분 달에서 섭씨 10도를 넘는 온도 차이가 유지됐고 1평방미터당 400mW를 넘는 기계적 동력이 생성됐다고 밝혔다.

연구팀은 이 시스템을 사용해 팬을 작동시켜 온실이나 건물 내 공기를 순환시키는 등 응용 방법을 고안하고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.