몸에서 분비되는 땀으로 지속적으로 전기에너지를 만드는 바이오 연료전지가 국내에서 개발됐다. 땀으로 구동되는 전자 기기를 구현하기 위한 실마리가 될 것으로 기대된다.
박정열 서강대학교 기계공학과 교수와 김혜림 숙명여자대학교 의류학과 교수 공동연구진은 “땀 흡수와 건조가 빠른 스포츠 섬유소재를 기반으로 땀에 함유된 포도당을 전기에너지로 전환하는 방법을 개발했다”고 3일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지인 ‘바이오센서 앤 바이오일렉트로닉스’에 9월 24일 게재됐다.
◇지속적으로 땀 공급해 전기 생산
의료와 엔터테인먼트, 금융 등 여러 분야에서 웨어러블(입는) 디바이스에 대한 수요가 늘어나면서 이에 적합한 작고 유연하고 가벼운 에너지 공급원이 필요한 상황이다. 특히 착용성과 유연성 측면에서 뛰어난 섬유를 활용하려는 시도가 있었지만, 주로 전극소재 연구가 이뤄졌다.
연구진은 연료전지의 모든 구성요소를 섬유로 전환했다. 그리고 직물 내에 지속적으로 땀이 공급될 수 있도록 모세관 형상의 아주 작은 통로를 만들었다. 이를 통해 땀의 흐름과 증발속도를 제어할 수 있었다.
연구진은 땀과 수분을 잘 흡수하고 빠르게 건조하는 소재를 이용했다. 땀이 공급되면 땀에 들어 있는 글루코스(당)가 산화전극의 효소에 의해 산화돼 전자를 만들고, 이 때 함께 생성된 과산화수소가 환원전극의 기능성 나노입자와 반응해 전기를 만드는 원리다.
◇바람 불면 에너지 발생 효율 더 높아
종이나 일반 면에 비해 연구진이 쓴 소재는 땀 흡수와 증발 속도가 탁월해 연료(땀) 공급이 훨씬 원활하다. 그 결과 더 오래 상당한 에너지 밀도를 유지할 수 있다.
실제 이를 팔에 착용하고 빠르게 걸으면서 땀을 흘렸을 때 LCD(액정표시장치) 전자시계를 구동할 정도의 에너지를 만들어내는 것을 확인했다. 섬유 기반 연료전지 가운데 가장 높은 수준이라는 것이 연구진의 설명이다.
또한 바람이 없는 환경보다 나뭇잎이 약간 움직일 정도의 실바람(0.8 m/s)에 해당하는 바람이 불면 에너지 발생 효율이 더 높아졌다.
연구진은 “앞으로 의류, 양말 또는 속옷 등에 적용해 땀, 눈물, 소변과 같은 체액을 연료 자원으로 활용해 에너지를 생성할 수 있을 것”이라고 했다.