[뉴스웍스=문병도 기자] 백창기 포항공대(POSTECH) 창의IT융합공학과 교수 연구팀이 반도체 공정을 이용해 폐열 에너지를 전기 에너지로 변환하는 고성능 실리콘 나노선 열전소자를 구현하는데 성공했다.

우리나라 산업 폐열량은 국내 에너지 소비량의 4분의 1 정도로, 활용되지 못하고 그대로 버려진다.

이 폐열 에너지를 전기 에너지로 변환하는데 필요한 것이 열전소자인데, 이렇게 열에너지를 전기로 변환하는 반도체를 열전소자라고 부른다. 

지금까지 사용된 열전소자인 비스무스 텔루라이드(Bi2Te3)는 고가이고 유독성 물질이어서 대량생산과 상용화에 어려움이 있었다.

실리콘은 값도 싸고 친환경 물질인 데다 반도체 공정으로 대량생산이 가능하다는 장점이 있지만 열전도도가 높아 효율이 낮아서 활용하지 못했다.

연구팀은 반도체 공정 기술을 활용해 실리콘 물질의 열전도도를 획기적으로 낮추는 데 집중했다.

연구팀은 세계 최초로 실리콘 나노선의 포논 이동(열전달)을 제어하는 반도체 공정 기술을 개발해 열전도도를 기존 벌크 실리콘 대비 15분의 1수준으로 감소시키는데 성공했다.

실리콘 나노선 열전소자를 제작해 기존 열전소자보다 우수한 개방전압 및 전력을 생산하는 데도 성공했다.

연구팀은 보유 중인 다양한 원천기술을 기반으로 포스코ICT, 포스텍 벤처회사 싸이츠, 포항산업과학연구원과 경원이앤씨, 파워큐브세미, 나노종합기술원, 나노융합기술원, 씨엔씨티에너지 등 다수의 협업 기관과 철강 공정 및 열병합발전 등에서 버려지는 폐열에너지로 전기를 생산하는 실증연구를 진행할 예정이다.

백창기 교수는 “다양한 열에너지원을 전력으로 생산할 수 있도록 효율 개선을 통해 에너지 절감과 온실가스 저감기술로 널리 활용될 것으로 기대된다”며 “국산 신에너지 기술을 지속적으로 개발해 다양한 산업현장에서 실증을 통해 상용화할 예정”이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부 ‘스마트 산업에너지 ICT융합컨소시엄사업’의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 나노분야의 세계적 권위지인 나노 레터스에 최근 게재됐다.