경남대 연구팀, 양자배열 통한 양자에너지 실용화 가능성 확인

전기차, 드론 등 다양한 분야서 '고효율 발전' 가능…"양자에너지 시대 대중화에 한 걸음 더"

에너지하베스팅을 구현하는 장면. 경남대 제공

국내 연구진이 양자 기술을 이용해 부하가 거의 없는 고효율 에너지 발전 실험에 성공, 양자 에너지의 실용화 가능성을 열어 기대를 모으고 있다.

경남대는 양자 연구팀 '유토피아 프로젝트팀'이 최근 '양자배열(양자물리학의 양자적 자기해석 배열)을 통한 양자발전기술' 연구로 양자에너지 발전의 실용화 가능성을 발견했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 양자 다이나모(자기장 안에서 운동하는 도체에 발생하는 기전력을 이용해 전기를 일으키는 장치)의 양산화 가능성에 대한 응용 실증·실용화 등을 연구 하며, 2021년에는 '양자요동에 의한 자기증폭발전시스템 연구개발' 논문을 발표한 바 있다.

양자 기술은 양자의 물리적 특성을 활용해 기존 한계를 뛰어넘는 획기적 기술로 평가받는다.이를 활용한 양자컴퓨터 프로세서의 경우 데이터를 동시다발로 처리할 수 있어 현존하는 전통 컴퓨터로는 결코 해결할 수 없는 문제를 풀 수 있다.

1·2차로 나눠 실시한 연구실험에서 연구팀은 1차 실험에 일반 소형발전기와 양자배열한 소형발전기 두 대를 모터와 연결해 각각의 부하를 걸었을 때 모터 회전량을 측정했다.2차 실험은 양자 배열한 유니버셜모터로 회전시켜 생산된 최소전력에 부하를 걸어 증폭 모듈로 휴대용 충전 배터리에 저장하고, 승압 모듈로 출력된 전력을 측정하는 방식으로 진행됐다.부하 현상은 모터의 기계적 활동(전기 에너지→기계 에너지 변환) 중 모터에 가해지는 부담을 의미한다.

연구팀에 따르면 1차 실험에서 전력(DC 3V 1A)을 입력해 회전시킨 일반 소형발전기에 발광다이오드(LED) 전구(3.7V UVC)로 부하를 걸었을 때 모터 회전량이 4분의 1로 감속했지만, 동일한 조건에서 양자배열한 소형발전기는 모터 회전량이 전혀 감속하지 않았다.2차 실험에서 연구팀은 양자배열한 유니버셜모터에 전력(DC 20V 1.34A)을 입력 후 회전(RPM 1천500)을 통해 생산된 최소전력(AC 7V 0.01A)에 부하를 걸어 증폭모듈로 연결하고, 휴대용 충전 배터리(Input DC 5V 1A)에 저장시켰다.이후 승압모듈을 통해 발광다이오드(LED) 전구 38개가 모두 밝게 켜지는 것은 물론 입력전력의 상승, 회전력 감속, 온도변화 현상도 전혀 나타나지 않았다.

이 결과로 양자배열이 적용된 양자 다이나모는 전기 저항으로 효율적이지 못했던 기존 소형 모터의 전력을 부하 없이 사용하고, 생산·저장할 수 있는 혁신적인 메커니즘을 가지고 있는 걸 확인 할 수 있다.

연구팀 관계자는 "이번 연구 결과를 통해 '에너지하베스팅시스템(EHS·자연 또는 인공적으로 발생하는 에너지원을 모아 유용한 전기에너지로 사용할 수 있는 변환 기술)'의 실용화 가능성은 물론 양자에너지 발전 시대를 앞당길 것으로 조심스럽게 전망한다"고 말했다.

이어 "이번 연구가 실생활에 널리 사용되는 소형 모터와 발전기, 유니버셜모터를 활용한 만큼 향후 빠른 양산화 능력을 갖추고 전기자동차, 스마트모빌리티, 무인기(드론), 생활가전 등 분야에서도 널리 활용될 것"이라고 밝혔다.

이동렬 기자 dylee@hankookilbo.com