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Credit: General Motors


가솔린을 주연료로 하는 현대의 자동차들은 내연기관에서 발생시킨 에너지의 2/3를 발열의 형태로 잃고 있다고 한다. 이렇게 버려지는 열을 뭔가 다른 에너지로 전환할 수 있다면 어떨까? 이런 아이디어를 구현하기 위한 아이디어로 열전(thermoelectric) 효과를 가진 반도체 재질을 이용해서 전기를 생산하는 방안이 연구되고 있다. 현재까지의 성과는 5% 이상의 에너지 효율증대를 끌어낼 수 있다고 하는데, 가장 큰 문제는 효율에 비해 가격이 비싼 열전 재질이라고 한다.

그렇지만, 이와 관련한 연구는 꾸준히 진척을 보고 있어서, 조만간 상용 자동차와 SUV에 열전 발전기가 장착된 프로토타입들이 나올 예정이라고 한다. GM이 가장 적극적으로 기술 도입에 나서고 있는데, GM은 캘리포니아 회사인 BSST와 함께 Chevrolet SUV에 이 발전기를 설치할 예정이다. BSST는 GM이외에도 BMW와 포드 등과도 협업을 하고 있다고 하니, 어쩌면 생각보다 빨리 이 기술이 상용화될 가능성도 있는 듯하다. 
 
BSST에서 현재 이용하는 재질은 Bismuth telluride라는 것으로 tellurium 이라는 비싼 재료를 이용하고 있고, 아직까지는 열이 250도 정도까지에만 이용이 가능하다는 약점이 있다. 그래서 미래에는 500도 이상을 견디고 전력을 생산할 수 있는 hafnium과 zirconium의 합금이 유력한 대안으로 거론되고 있다. 이 합금은 발전효율을 40% 정도 증가시킬 수 있다고 한다. GM의 연구소에서도 새로운 열전 물질에 대한 연구가 계속되고 있는데, skutterudites라는 물질이 가격이 저렴하면서도 높은 온도에서 telluride 보다 잘 동작한다는 것이 밝혀지고 있어서 앞으로 보다 나은 열전 재료를 찾는 것이 이 기술의 성패를 좌우할 것으로 보인다.
 
자동차에 설치하는 부분에 있어서도 앞으로 연구할 부분은 많다. 현재는 배기 파이프의 일부에 머플러와 같이 장착하는 방식으로 설계가 되고 있지만, 이렇게 악세서리 처럼 달리는 형식보다는 보다 직접적으로 엔진에서 발생하는 열을 이용할 수 있는 형태의 설계가 필요하다고 한다. 조금이라도 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 여러 기술들이 결실을 맺어서 조금이나마 지속가능한 지구를 만드는데 기여하게 되기를 기대한다.


참고자료

Powering Your Car with Waste Heat

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