체온을 전기로 변환하는 지속 가능한 방법

신체가 신체 활동을 할 때마다 근육은 지방과 포도당과 같은 영양소를 분해하여 에너지를 얻는다. 이 과정은 에너지를 생성하지만 부산물로 열을 방출한다. 일반적으로 이 열은 우리 신진대사의 폐기물이다.

대부분의 열은 활용되지 않고 단순히 대기로 빠져나간다. 연구자들은 이 열을 이용해 전기 에너지를 생성하는 데 주목하고 있다.

리머릭 대학과 발렌시아 대학의 연구자들이 실시한 실험에서 체온을 전기로 변환하는 지속 가능한 방법이 밝혀졌다. 이 방법은 나무와 소금 용액의 리그닌을 사용하여 에너지를 활용한다.

열전 효과는 폐열을 전기로 변환하는 일반적인 현상이다. 전자가 뜨거운 쪽에서 차가운 쪽으로 흐르면서 전기적 잠재력을 생성하여 사용 가능한 전기 에너지를 생성한다.

그러나 열전 재료는 대부분 카드뮴, 납 또는 수은으로 만들어진다. 이러한 원소는 환경적 위험과 건강적 위험이 따른다.

Advanced Functional Materials에 게재된 연구에서는 나무에서 추출한 물질을 사용하여 열전 소재를 만든다. 리그닌은 대부분 식물의 나무껍질에서 발견되는 복잡한 유기 중합체이다.

연구 과정에서 연구팀은 리그닌 기반 멤브레인을 소금 용액에 담가두면 저온 폐열(200°C 미만)을 전기로 변환한다는 사실을 발견했다. 리그닌과 소금 용액 사이의 온도 구배로 인해 대전된 원자가 이동한다.

머신러닝은 나트륨 이온 전지에 유망한 성분을 찾는 데 도움이 된다.

음이온은 따뜻한 쪽으로 이동하고 양이온은 차가운 쪽으로 이동함에 따라 이러한 전기적 전위차를 전기 에너지로 활용할 수 있다. 산업 폐열의 66%가 이 온도 범위에 속하므로 이 새로운 기술은 광범위한 잠재적 응용 분야가 있다.

중공업의 경우, 리그닌 유래 멤브레인은 남은 열을 활용하는 솔루션을 제공할 수 있다. 친환경적 특성을 감안할 때 지속 가능한 에너지 생성을 위한 신뢰할 수 있는 메커니즘이 될 수 있다.

그러나 포획된 에너지를 효과적으로 저장하는 것은 새로운 문제이다. 슈퍼커패시터는 효과적인 에너지 저장 장치이지만 화석 연료 기반 재료에 대한 의존성으로 인해 친환경적 대안이 필요하다.

무하마드와 그의 동료들은 리그닌 기반 다공성 탄소가 슈퍼커패시터에서 전극 역할을 할 수 있다는 것을 발견했다. 이를 통해 리그닌 멤브레인은 폐열을 포획하여 전기 에너지로 변환할 수 있었다.

저자 무하마드 무다사르는 "우리는 풍부하게 이용 가능한 리그닌 폴리머가 저급 열 에너지 수확에 성공적으로 사용될 수 있음을 보여주었다. 특히 지속 가능성과 비용 효율성이 중요한 상황에서 그렇다."라고 말한다.