전자 장비 기술의 발달로 전자 기기는 크기는 줄어들고 기능은 점점 증가하고 있다. 이제 작고 강력한 휴대용 전자기기의 출현으로 누구나 장소나 시간에 구애받지 않고 자유롭게 정보에 접속하고 무선 통신을 할 수 있게 되었다. 앞으로 기술이 더 발달함에 따라 안경, 시계, 신발이나 옷과 같은 곳에 부착하여 착용할 수 있는 전자 기기가 보편화될 것으로 보인다.
이런
요 약 문
1. 제목: 에너지 하베스팅 소재 연구 개발 및 시장 동향 조사
2. 사업의 목적 및 필요성
전자 장비 기술의 발달로 전자 기기는 크기는 줄어들고 기능은 점점 증가하고 있다. 이제 작고 강력한 휴대용 전자기기의 출현으로 누구나 장소나 시간에 구애받지 않고 자유롭게 정보에 접속하고 무선 통신을 할 수 있게 되었다. 앞으로 기술이 더 발달함에 따라 안경, 시계, 신발이나 옷과 같은 곳에 부착하여 착용할 수 있는 전자 기기가 보편화될 것으로 보인다.
이런 모든 전자기기는 가동을 위해서 외부 전력 공급을 필요로 한다. 전자 기기 크기의 소형화와 더불어, 작동을 위해서 필요한 전력 에너지도 크게 줄어들었다. 따라서 저전력 디자인의 진보는 주위의 에너지를 수확하여 전자 기기의 전력원으로써 사용할 수 있는 가능성을 높여주고 있다.
휴대용 전자기기의 전력원으로 사용되고 있는 배터리를 빛, 진동열과 같이 주위에 일상적으로 존재하는 미소 에너지원을 수확하여 대체할 수 있다면 전자기기의 작동을 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 유지 관리가 매우 간편해 질 것이다.
에너지 하베스팅은 기계적 진동, 전자기파, 빛, 소리, 공기흐름, 열, 온도변화 등과 같은 주변의 여러 다른 에너지 소스를 변환 소재를 이용하여 전자기기를 가동할 수 있는 유용한 전기적 에너지로 바꾸는 것이다. 배터리와 축전기와 같은 유한한 에너지를 저장할 수 있는 에너지 저장 기술과 비교하여, 에너지 하베스팅 기술은 비교적 무한한 에너지원을 이용할 수 있다.
더구나 배터리나 축전기는 환경을 오염시키고 사람의 건강에 위험한 화학 물질과 금속을 포함하고 있기 때문에 이런 것들의 폐기는 엄격히 규제되고 있다. 따라서 에너지 하베스트 기술은 이런 환경 유해 물질의 폐기 문제를 극복할 수 있기 때문에 환경 보호라는 관점에서 큰 장점이 될 수 있다. 따라서 배터리를 교체해야 할 필요가 없는 에너지 하베스팅은 환경 보호와 보수 유지가 간편하다는 이점이 있다. 현재 에너지 하베스팅 소재 및 제품이 전세계적으로 이슈화되고 있으며, 다양한 주위의 미소 에너지원을 전기적 에너지로 변환시키는 에너지 하베스팅 기술에 대한 연구 개발에 대한 관심이 고조되고 있다.
전세계의 여러 연구기관들이 에너지 하베스팅 기술 연구 개발을 통하여 유망한 미래 기술인 이 분야의 원천 기술을 선점하기 위해 노력하고 있는 것이다. 따라서 이제 시작 단계인 이 분야의 기술 및 시장 동향을 조사하고 파악하는 것은 매우 시급히 필요한 것이다.
에너지 하베스팅 소재 연구 개발 및 시장 동향 조사는 이 분야 기술을 선도하고 있는 관련 우수기관과 그런 기관에서 수행하고 있는 기술의 연구 동향을 조사하고 현재 시장의 동향도 조사하는 것이 목적이다.
3. 사업의 내용 및 범위
에너지 하베스팅은 주위 환경으로부터 낮은 전력을 요구하는 무선 센서 네트워크 및 휴대용 전자 기기를 가동하기 위해 주변의 에너지를 수확하여 전기적 에너지로 변환하고 저장하는 프로세스이다. 에너지 하베스트는 바람, 파도, 태양열과 같은 자연적인 에너지, 기계류에서 발생하는 진동으로 인한 기계적 진동 에너지, 공장이나 자동차 등에서 발생하는 열에너지, 태양광이나 인공광에서 나오는 빛에너지, 인덕턴스 코일, 변압기 등에서 발생하는 전자기 에너지 등을 포함한 다양한 에너지원을 이용한다.
에너지 하베스팅 기술에서 핵심적인 것은 이런 다양한 에너지원을 전기적 에너지로 바꾸어 주는 에너지 변환 소재이다. 이런 변환 소재는 독특한 물리적, 화학적, 기계적 특성을 가진다. 예를 들면 압전 소재는 압전 효과에 의해서 기계적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 준다. 본 보고서는 이런 에너지 변환을 가능하게 해주는 에너지 변환 소자의 원리와 그런 원리를 바탕으로 개발되고 있는 에너지 하베스팅 소재 연구 개발 현황을 조사하였다. 그리고 관련 연구 우수기관, 우수 기술 및 국가별 기술 개발 동향과 시장 동향도
조사에 포함하였다.
4. 정보조사 결과
현재 전세계적으로 에너지 하베스팅 기술에 대한 연구 개발이 진행되고 있으며, 이런 기술은 휴대용 전자기기 및 무선 전자 시스템에 새로운 에너지원이 될 수 있을 것이다. 에너지 하베스팅 기술로 얻은 에너지는 유한한 배터리나 축전기 대신에 안정적이고 무한한 에너지를 공급하여 줄 수 있을 것이다.
이런 에너지 하베스팅 기술 개발을 위해 미국, 일본, 유럽등 기술 선진국들이 정부의 연구비 지원과 기업들을 중심으로 새로운 에너지 하베스팅 소재 개발, 혁신적인 전력 조정 회로 및 에너지 저장 소자, 혁신적인 새로운 에너지 변환기 디자인 등을 통한 에너지 하베스팅 기술을 연구 개발하고 있다.
또한 나노기술과 분자 기술로 디바이스의 크기를 줄임으로써 에너지 소모를 급격히 감소시키는 연구를 통하여 에너지 하베스팅 기술로 얻은 에너지로 외부 에너지 공급없이 자체적으로 운영되는 시스템 개발도 하고 있다. 그러나 아직 에너지 하베스팅 기술은 대부분 시작 단계이다. 휴대용 전자 기기나 시스템에 사용되고 있는 현재의 배터리나 축전기를 대체하기 위해서는 더 효율성이 뛰어나고 안정적인 에너지 하베스팅 변환 소재가 개발되어여 할 것이다.
5. 정보조사의 활용계획
에너지 하베스팅 기술은 태양열, 풍력, 조력, 지열, 중력, 인공광, 생체열, 자력 등 주변의 무궁 무진한 에너지원을 이용하는 친환경 대체 에너지를 생산할 수 있는 기술이다. 이런 에너지들을 적합한 에너지 하베스팅 소재를 이용하여 회수하는 것은 매우 중요하다.
현재 개발되고 있는 가장 유망한 기술들로 압전소재를 이용하여 진동, 운동 및 소리를 전기적 출력으로 변환시키는 것과 열전 소재로 열에너지를 전기적 출력으로 바꾸는 것등이다. 아직 에너지 하베스팅 기술은 대부분 시작 단계로써 에너지 변환 효율성이 뛰어나고 안정적인 에너지 하베스팅 변환 소재들이 개발되어여 할 것이다.
이를 위해서는 에너지 하베스트 기술을 성공적으로 개발하기 위해서는 물리학, 화학, 계측학, 재료공학, 시스템 공학 등 다학제간의 공동 연구가 필요하다. 우리나라는 현재 우수한 제조 공정 기술에 비해서 원천 기술 개발이 기술 선진국에 비해서 취약한 면이 있다. 이 분야의 기술 선진국들의 연구 개발 동향 정보 조사는, 우리가 강한 부분은 더욱 발전시키고 취약한 부분은 새로운 기술과 시장 창출을 위한 원천 기술 확보를 위해 보강할 수 있도록 활용될 수 있을 것이다.
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