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진공 밀봉 열전변환모듈의 기술현황

전문가 제언: ○ 현재 일본에서는 소비되는 에너지의 약 2/3가 유용하게 이용되지 못 하고 폐열로 대기 중에 배출되고 있다. 따라서 이러한 폐열을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 즉, 열에너지를 전기에너지로 변환하는 기능의 열전변환재료가 크게 기대를 받고 있으며 실온에서 600℃까지의 중온영역에서 높은 성능을 나타내는 열전변환재료의 개발에 성공하고 있다. 최근에 개발된 열전변환재료에는 Fe, Co, Sb, 희토류 원소 등으로 이루어진 Skutterudite계 열전변환재료가 있다.

○ 폐열을 전기로 변환하여 이용하게 되면 에너지절약은 물론 환경부하를 경감할 수 있어 환경에도 크게 공헌할 수 있는 장점이 있다. 또한 열전변환재료를 조합한 열전변환모듈은 기계적 가동부문이 없고 폐열 발생장소에 설치가 가능하다는 장점도 있다. 열전변환재료는 전기적 특성이 양호하고 열전도율이 낮은 재료가 높은 성능을 보이는데 Skutterudite계 재료는 전기적 특성이 우수하지만 열전도율이 높은 것이 문제이다.

○ 일본에서는 전기적 특성에 영향을 주지 않고 열전도율을 크게 감소시키는 연구에 성공하였으며 열전변환재료의 성능을 크게 향상시켰다. 일반적으로 열전변환재료의 성능은 무차원 성능지수 ZT로 나타낼 수 있다. p형, n형 재료는 모두 ZT=1로 실용화 수준의 지표를 삼고 있는데 현재 개발된 Skutterudite계 열전변환재료에서는 p형은 ZT=1.1, n형은 ZT=1.3의 최고치를 실현하였다.

○ 우리나라에서도 에너지 및 전력공급 위기와 여름철 전력수급에 대한 위기감이 높아지면서 폐열을 재활용하기 위한 연구가 더욱 주목을 받고 있다. 특히 산업 소각로와 자동차 배기가스 등의 폐열을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 세계 수준의 열전발전기술이 출연연구소인 전기연구원에서 개발되어 있다. 이를 토대로 향후 각 가정에서 버려지는 욕실의 물이나 건물 외벽의 복사열을 이용할 수 있는 저온용 열전발전모듈 및 열전발전시스템의 개발에 대한 기대가 크다.

저자: Mitsuru Kambe
자료유형: 학술정보