美·中 공동연구, 버려지는 열 전기 변환 방법 발견
‘스핀즈’(spins)라는 자력흐름 통해 열전기(熱電氣) 생성 

 

▲ 백열전구 스탁이미지

음식을 데우거나 몸을 덥히면서 소실되는 열을 에너지원으로 바꾸는 “’일거양득’이 가능하지 않을까” 하는 상상을 할 때가 왕왕 있다. 열 에너지로 바꾸기 위해 들었을 에너지 생산비용과 수고스러움을 알고 있기 때문은 아닐까.

이런 바램을 어찌 알았는지, 최근 과학자들이 버려지는 열을 전기로 바꾸는 방법을 알아냈다고 과학 전문지인 사이언스어드밴시즈(Science Advances)에 발표된 논문을 인용, 사이언스데일리가 지난달 23일(현지시간) 전했다. 그 발견은 자동차 배기가스, 행성 간 우주 탐사선 로켓엔진에서 방출되는 고열 그리고 산업과정에서 유실되는 열로부터 더 효율적인 에너지를 만들어 낼 수 있다는 것이다.

미국의 오하이오주립대, 노스캐롤라이나주립대, 중국과학원의 국제 과학자들로 구성된 연구팀이 열을 잡아 전기로 바꾸는 방법을 알아낸 것이다. 또한 이 연구에는 미국 에너지국 및 오크리지국립연구소의 연구원들도 참여했으며 국립과학재단, 공군과학연구실도 힘을 보탰다.

이 발견은 ‘파라마뇽’(paramagnons)이라 불리는 작은 입자에 바탕을 두고 있 는데, 이 작은 입자들은 자석은 아니지만 자속(磁束) 또는 자장을 지니고 있 다. 자석은 열을 받으면 자기력을 잃고 이른바 상자성(常磁性), 즉 자기장 안 에서 자석처럼 작용하는 성질을 띠게 된다. 과학자들이 ‘스핀즈’(spins)라고 부르는 이 자력의 흐름을 통해 매그론-드래그 열전기(熱電氣)라고 불리는 에너지를 생성해 내는 원리다.

보다 쉽게 설명하자면, 자석의 한 쪽이 가열되면 다른 한 쪽은 더 자성을 띠게 되고, 즉 차가운 쪽은 스핀(spin)을 발생시켜 자석의 전자를 밀어내고 전기를 생성하게 된다. 이 에너지는 이 발견이 있기 전까지만 해도 상온에서 에너지를 모으는 데 사용될 수 있으리라고 상상할 수 없었던 것이다.

이 연구에 참여한 오하이오 주립대 나노기술학과 조셉 헤리먼스(Joseph Heresmans) 공동저자는 "이번 발견으로 인해 지금보다 더 많은 전기 에너지를 만들어 낼 수 있을 것이다"라고 언급하며 "이 발견은 지금까지 아무도 가능하다고 생각하지 않았던 것이다"라고 덧붙여 이번 발견이 단지 연구단계인 수준에 머물지 아니면 인류의 오랜 숙원인 에너지 문제 해결에 공헌할 유용한 기술이 될 지 큰 관심이 모아진다.

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