보일러 배관이나 자동차 배기가스관의 뜨거운 열을 버리지 않고 전기로 바꿀 수 있는 기술이 나왔다. 3D 프린터로 관(pipe) 모양에 꼭 맞는 ‘열전발전기’를 찍어내 열을 효과적으로 거둬들이고 전기를 만드는 방식이다.

파이프형 열전 모듈. 배관에 밀착돼 열 회수율이 높다. UNIST 제공

UNIST 신소재공학부 손재성 교수팀은 ‘유기물 프리 전-무기 열전 잉크’를 합성하고, ‘압출형 3D 프린터’로 ‘열원 일체형 열전발전기’를 제작하는 기술을 개발했다. 3D 프린터는 열전 잉크를 열원 모양에 맞춘 열전소재로 찍어낸다.

열전 효과는 열에너지를 전기에너지로, 전기에너지를 열에너지로 바꾸는 것을 말한다. 열전 효과를 이용하면 지열이나 태양열, 체열처럼 버려지는 열을 이용해 전기를 생산할 수 있다. 이를 열전발전기라고 부른다.

열전발전기는 열원에 직접 부착돼 구동하며 현재 소형 냉각장치와 자동차 엔진, 선박 등에서 나오는 폐열로 발전하는 기술이 널리 쓰인다. 문제는 종전 직육면체 소재로 만든 ‘평판형 열전발전기’는 열에너지 회수에 한계가 있다. 열원 표면은 대부분 평평하지 않아 평판형 열전발전기가 제대로 접촉하지 못하기 때문이다. 이때 발생하는 열 손실은 발전기 출력에 치명적이다.

손 교수팀은 이 문제를 해결하려고 3D 프린터를 이용해 열전 소재의 형상을 열원 모양 크기에 꼭 맞게 제작하고 이로부터 열원 일체형 열전발전기를 개발했다. 잉크를 이용해 입체적인 물체를 만드는 3D 프린팅 공정을 이용하면 소재 형상을 자유롭게 바꿀 수 있다는 점에 착안했다.

손 교수는 18일 “3D 프린팅 기술은 재료 보존과 공정 단순화, 시스템 제작에 따른 비용도 줄일 수 있어 경제적이고 효율적인 방식”이라며 “3D 프린터를 이용한 열원 일체형 열전발전기는 초고성능 열전발전 시스템의 개발 가능성을 보여준다”고 강조했다.

오상준 기자