마술 ‘스마트 창’ 나온다

♠ 기획 특집 2015.05.09 01:10 Posted by SisaHan

빛 투광 자동조절·디스플레이도

바람과 비로 마찰전기 만들어
자체 에너지원‥저장기술 관건

창문의 주된 기능은 채광, 즉 실외의 빛을 실내로 흡수해주는 기능이다. 그래서 빛을 차단하려면 커튼이나 블라인드 같은 별도의 인테리어 도구가 필요하다. 창문이 스스로 빛의 투광도를 조절하게↗ 할 수는 없을까? 편리한 건 둘째 치고, 대형 건물에 이런 창을 쓰면 에너지 효율이 높아져 냉난방 시스템 가동에 쓰이는 전기를 크게 절약할 수 있을 것이다. 이런 발상으로 개발되고 있는 것이 스마트 창이다.

빛 투과율 조절에서 한발 더 나아가 여러가지 디스플레이 기능까지 갖춘 스마트 창이 개발되고 있다. 별도의 디스플레이 장치 없이 창 스스로가 디스플레이 노릇을 하도록 구현해주는 기술이다.
스마트 창은 2개 층의 유리 사이에 전기가 통하는 아주 미세한 소자(ECD)를 넣어 만든다. 여기에 전기를 흘려주면 이 소자들이 빛을 차단하는 구조로 바뀐다. 평시엔 일반 창과 똑같지만, 전원을 켜면 커튼을 친 것처럼 불투명한 창으로 변신한다. 따라서 스마트한 창이 되려면 전기의 힘을 빌어야 한다.


지금까지 나온 스마트 창들은 대부분 이 전기를 배터리나 전원플러그를 통해 외부에서 공급받는는다. 똑똑하기는 하지만 친환경적이지는 않은 셈이다. 태양광 패널을 창 안에 심어, 전기를 만들어내는 방식이 있지만 태양광 패널은 창의 선명도를 떨어뜨리는 단점이 있다.
최근 미국의 한 연구진이 창 스스로 전력 문제를 해결하는 방법을 찾아냈다. 날씨 변화를 스마트 창의 에너지원으로 사용하는 것이다. 연구진이 개발한 방법은 창문을 때리는 바람과 빗방울에서 전기를 직접 생산하는 기술이다. 바람과 비가 창문에 부딪칠 때 마찰 전기를 생성시켜 창에 동력을 공급하는 것이다.
‘마찰전기 나노발전기’ (TENG= triboelectric nanogenerator ) 라는 이름의 이 발전기는 2개의 층으로 이뤄져 있다. 발전기의 윗층은 비에서 정전기를 수확한다. 방식은 이렇다. 빗방울은 하늘에서 떨어질 때 공기와 부딪치면서 빗방울 안에 양전하를 만들어낸다. 유리창에는 음전하를 띤 실리콘이 아주 얇게 코팅돼 있다. 이윽고 빗방울이 유리창을 때리면, 음전하와 양전하가 만나 전기를 만들어낸다.


바로 아래에 있는 두번째 층은 바람으로부터 에너지를 수확한다. 이 층은 전하를 띤 2개의 투명 플라스틱판으로 구성돼 있다. 2개의 층 사이에는 아주 작은 스프링이 있다. 바람이 창문으로 불어오면, 스프링이 바람의 힘으로 수축하고, 그에 따라 2개의 플라스틱판이 바람의 압력에 따라 서로 가까워졌다 멀어졌다를 반복하면서 전기를 만들어낸다.
연구진은 지난달 학술저널 온라인판에 게재한 이 논문에서, 실험 결과 유리 1㎡당 최대 130밀리와트(㎽)의 전기가 생산됐다고 밝혔다. 이는 대기 상태의 심장박동 조절기나 스마트폰에 전력을 공급할 수 있는 수준이라고 한다. 공동개발자인 종 왕(Zhong Wang) 조지아공대 교수는 “이 정도의 출력이면 가정이나 사무실의 전자기기 동력원으로 쓰기에 부족함이 없다”고 말했다.


이들은 앞서 2012년에는 사람들의 발걸음이 지상에 가하는 압력에서 전기 동력을 얻어 스스로 불빛을 내는 보도블럭을 만든 바 있다. 또 최근엔 손의 정전기와 압력을 이용해 스스로 전기를 공급하는 무선 키보드도 만들어냈다.  그러나 이 스마트 창을 당장 상용화할 수 있는 건 아니다. 생산된 전기를 저장해놨다가 필요할 때 쓸 수 있는 방법을 찾아내야 한다. 지금으로선 전기를 저장할 수가 없어 실용성이 없다. 연구진은 “이 문제를 해결하려면, 투명도를 훼손하지 않은 채 유리에 심어놓을 수 있는 투명한 축전지가 필요하다”고 지적했다.
지금도 기술적으로는 가능하지만, 실용화의 관건은 비용이 얼마나 드느냐라고 연구진은 말한다.
< 곽노필 기자 >