폐열 재활용 열전발전 기술 개발

산업장 소각로 및 자동차 배기가스 등으로 전기를 생산하는 세계 최고 수준의 열전발전 기술이 개발됐다.

한국전기연구원(KERI)은 창의연구센터 박수동 박사팀이 최근 지식경제부 '에너지자원기술개발 사업'의 일환으로 세계 최고 수준의 중저온용 열전발전 모듈 및 시스템 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

이번 개발은 산업화의 분기점인 10%이상의 변환효율을 갖는 친환경 고성능 열전발전용 모듈 개발 성과로 열전발전기술의 본격적 산업화를 가능하게 하는 획기적 기술로 평가된다.

연구팀은 이번에 △신재료의 개발 △재료설계 △소자 설계 △접합 및 소자 배열 △시스템구축에 이르기까지 구조화된 융합 연구 및 개발(Atom to System)을 통해 열전발전의 실용화를 위한 총체적 기술 개발했다.

우선 차세대 열전발전 물질인 마그네슘 실리콘 물질과 아연계 화합물질의 개발 및 소자화(전기를 만드는 최소단위 복합체 구성)에 성공했다. 이를 통해 기술의 상용화·산업화를 위해 넘어야 할 수준인 10% 이상의 에너지변환효율을 넘어 최대 12.1%의 변환효율을 나타내는 광대역 열전발전용 모듈을 개발했다.

또한 자체 개발한 반도체 열전소재를 통해 저온과 중온의 범위에서 열전변환 효율이 높은 재료를 적층형 복합 모듈(저온 및 중온용 소자 이중 배치) 개념으로 시스템을 구현함으로써 세계적 기술개발 능력을 보유했음을 입증했다.

박 박사는 "이번에 성공적으로 개발된 중온 열전모듈 제작기술은 소각로 및 자동차 폐열 등의 재활용이 가능하게 해주는 글로벌 수준의 친환경 기술로서 빠른 시일 안에 국내 관련 기업에 기술 이전할 예정이며, 국내외 산업계의 열전발전 시스템의 대형화 및 상용화에 중요 핵심기술로 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

박 박사팀은 이번 성과와 관련해 세계 최고 성능의 4개 물질군(Mg2Si계, Zn4Sb3계, AgSbTe2, Bi2Te3계)을 개발했다. 13건의 국내외 특허를 출원하여 이미 5건의 국내 물질특허를 획득했으며, 현재 국외 출원중이다. 현재 관련 기술을 대기업 및 일부 중소기업과 기술이전을 협의 중이며, 개발된 발전소자의 장기 신뢰성 평가 및 기업 맞춤형 소자화 기술개발을 추진 예정이다.

[e-mail] 홍석근 기자

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