안녕하세요 LG CNS 대학생 기자단 5기 백찬혁입니다.

혹시 지금 스마트폰을 통해 이 글을 읽고 계신가요? 스마트폰은 이제 우리 생활의 필수품이 되었는데요. 그와 함께 배터리 잔량에 대한 걱정 역시 늘 따라다니게 되었죠. 그래서, ‘스마트폰이 스스로 충전된다면 얼마나 좋을까?’하고 한번쯤은 생각해 보셨을 텐데요. 그렇게 될 날이 머지 않았다고 합니다.

우리가 사용하는 휴대전화 전파의 약 97%는 사용 중 소실되고, 오직 3%만이 목적지에 도달한다고 합니다. 오늘 소개해드릴 내용은 이렇게 버려지는 전파를 활용해 에너지를 만들어내는 ‘잉여 전파’ 활용 기술입니다.

에너지의 재활용, ‘에너지 하베스팅’

잉여 전파를 다루기에 앞서 간단하게 ‘에너지 하베스팅(Energy Harvesting)’에 대해 알아보겠습니다. 에너지 하베스팅은 한국과학기술기획평가원이 선정한 미래 사회의 불평등 해소에 기여할 수 있는 10대 유망기술에 포함될 만큼 주목 받고 있는 기술입니다.

에너지 하베스팅 기술은 일상생활에서 버려지거나 소모되는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술인데요. ‘잉여 전파’ 역시 에너지 하베스팅 기술의 한 종류라고 할 수 있습니다. 에너지 하베스팅에는 전파뿐만 아니라 진동, 사람의 움직임, 빛, 열 등 다양한 종류가 있습니다.

이러한 에너지 하베스팅 기술은 현재 유럽과 미국을 중심으로 빠르게 확산되고 있는데요. 영국의 시장조사기관 아이디테크엑스에 따르면, 전세계 에너지 하베스팅 시장규모는 약 4조 7천억 원에 달할 것이라고 합니다. 그럼 에너지 하베스팅에 대한 몇 가지 예를 살펴보겠습니다.

먼저 소개해드릴 것은 『압전 하베스팅』이라는 기술입니다. 이 기술은 사람의 움직임을 이용하여 전력을 생산해내는 기술인데요. 인도나 차도에 압전판을 설치하고 지나가는 사람이나 차량이 압전판을 누르는 힘을 이용해 전력을 생산하는 원리를 가지고 있습니다. 조금 더 자세한 내용은 아래 링크를 참고해 주세요.

● 압전 하베스팅으로 보는 친환경 에너지의 미래 – http://blog.lgcns.com/692

다음으로 소개해드릴 것은 『광에너지 하베스팅』입니다. 이 기술은 빛을 이용하여 전력을 생산해내는 기술인데요. 태양광 패널을 통해 태양광을 에너지로 변환하여 보조 충전 수단으로 이용하는 방식입니다. 작은 면적으로도 필요한 에너지를 얻을 수 있다는 것이 장점인데요. 가정용 태양광 패널의 보급과 함께 에너지 하베스팅 중에서 가장 상용화되어 있는 기술이라고 할 수 있습니다.

그럼 이제 본격적으로 잉여 전파를 어떻게 활용하여 전기 에너지를 생산하고 사용할 수 있는지 알아보도록 하겠습니다.

잉여 전파 활용 원리

잉여 전파를 전기 에너지로 바꾸는 원리를 이해하기 위해서는 우선 교류와 직류의 차이를 알고 있어야 합니다. 교류는 일정한 주기를 갖고 규칙적으로 크기와 방향을 바꾸는 전류이고, 직류는 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류입니다. 우리가 사용하는 대부분의 전력망은 교류로 공급되고 있지만, 전자 기기를 작동시키기 위해서는 직류의 전력이 필요합니다.

교류의 잉여 전파들을 전기 에너지로 활용하기 위해서는 직류로 바꿔주는 작업이 필요합니다. 따라서 교류를 직류로 변환시키는 회로 정류기를 설치하여, 직류로 변환된 에너지를 활용하는 것이 잉여 전파 활용 기술의 핵심이라고 할 수 있습니다.

이는 스마트폰이 여러 무선주파수 채널을 통해 외부와 통신하는 것을 역으로 이용한 것인데요. 스마트폰에서 외부로 보내고 남은 전자기파를 활용하여 교류의 전기를 직류의 전기로 바꾸는 것입니다.

잉여 전파 활용의 실현 가능성

현재 잉여 전파를 활용한 기술은 충분히 실현 가능한 수준입니다. 2015년 10월, 영국의 드레이슨 테크놀로지社는 ‘프리볼트(Freevolt)’라는 기술을 개발했습니다. 이 기술은 이동통신기기 전파 같은 주위의 수많은 무선 전파를 특수 안테나로 수집하여 미세 전류로 변환시킨 다음, 저전력 전자기기를 구동하거나 충전하는데 활용할 수 있도록 개발된 기술입니다.

또한, 최근 오하이오주립대 연구팀은 니콜라 테크놀로지와 협업하여 무선주파수를 이용해 스마트폰을 충전할 수 있는 폰케이스를 개발해 킥스타터를 통해 펀딩을 진행하기도 했습니다.

이와 같은 기술들은 스마트폰뿐만 아니라 다양한 웨어러블 기기에서도 활용될 수 있을 것입니다. 스마트 기기와 사물인터넷이 발달하면서 기기들이 서로 연동됨에 따라 그만큼 낭비되는 전파도 많아질 텐데요. 따라서 잉여 전파 기술이 상용화된다면 상당히 많은 전력을 생산할 수 있을 것으로 보입니다.

잉여 전파 활용의 한계점과 전망

잉여 전파의 가장 큰 단점은 아직 얻을 수 있는 에너지의 양이 일정하지 않다는 것입니다. 어떤 무선주파수를 사용하는지에 따라 그리고 주위 전파의 양에 따라 얻을 수 있는 전기에너지의 양이 일정하지 않은 것인데요.

그렇기 때문에 현재는 소량의 전기에너지만을 생산할 수 있습니다. 하지만 이마저도 안정적인 공급이 어렵기 때문에 개선이 필요한 상태입니다. 또한, 2m 이상의 거리에 에너지를 전달하기가 어렵고, 다른 무선 전파 신호에 영향을 줄 수 있다는 문제가 있습니다. 기존의 무선 전파 신호에 영향을 줄 경우 많은 혼선이 발생하게 되므로 이와 같은 문제를 해결하는 것이 상용화에 있어 관건이 될 것 같습니다.

만약 이러한 단점이 해결이 되고 장점을 극대화시킬 수 있는 방법을 찾는다면 이 기술은 막대한 자산이 될 것입니다. 하루 빨리 잉여 전파를 활용하여 전기 콘센트를 찾을 필요 없이 스마트폰을 비롯한 디지털 기기들이 스스로 충전되어, 배터리 잔량에 대한 걱정 없는 세상이 오기를 기대해 봅니다.