반도체소자에 의한 또 하나의 녹색성장

반도체소자를 이용한 발전기술 관련 특허출원 급증

최근 우리 사회 각 분야에서 녹색성장(Green Growth)이 화두이다. 녹색성장이란 에너지 및 환경관련 산업에서 미래 유망품목과 신기술을 개발하고, 기존 산업과 융합하면서 새로운 성장동력과 일자리를 창출하는 것을 말한다.

녹색성장을 위한 기술개발은 다양한 분야에서 시도되고 있는데, 에너지 자원의 대부분을 수입에 의존하는 우리나라 실정에 비추어 볼 때, 에너지 절감 및 재활용을 위한 기술개발은 시급한 상황이다.

즉, 태양광발전이나 풍력발전과 같이 자연에너지를 이용하여 새로운 에너지를 얻는 기술뿐만 아니라, 산업현장이나 일상생활에서 발생하는 에너지를 활용가능한 에너지로 변환하기 위한 기술개발이 절실히 요구되고 있다.

이 중에서, 압전소자나 열전소자와 같은 반도체소자를 이용한 발전기술에 관한 관심이 증가하고 있다. 특허청(청장 고정식)에 의하면, 압전소자 및 열전소자를 이용한 발전기술 관련 특허는 2000년부터 2009년까지 228건이 출원되었는데, 그 절반인 114건이 최근 2년간 출원될 정도로 그 건수가 급증하고 있다.

압전소자란 산화아연(ZnO), 질화알루미늄(AlN), 강유전체(PZT) 등의 압전물질을 정교하게 가공하여 만드는 특수한 반도체소자로서 기계 에너지와 전기 에너지를 상호변환할 수 있는데, 그 구조가 간단하여 내구성이 좋고 에너지 변환효율이 높은 장점이 있다.

이와 같은 압전소자는 압력, 진동과 같은 기계 에너지가 존재하는 곳이라면 어디에든 활용될 수 있다. 현재까지는 신발, 자동차, 전철 등에 설치되어 소용량의 전기를 생산하는 기술 및 제품이 주류를 이루고 있지만, 향후에는 고속도로, 철도 등에 설치되어 상당한 양의 전기를 생산하는 것도 가능하게 될 전망이다.

한편, 열전소자란 외부에서 가해지는 열에 민감하게 반응하는 특수한 반도체소자로서 열 에너지와 전기 에너지를 상호변환할 수 있는데, 그 구조가 간단하고 소음 및 진동이 없는 장점이 있다.

이와 같은 열전소자는 100℃ 미만에서 1000℃ 이상까지의 광범위한 온도범위에서 작동될 수 있기 때문에, 자동차 배기관, 화학공장의 공정라인, 하수처리시설의 배수관 등 폐열이 발생하는 곳이라면 어디에든 설치되어 전기를 생산할 수 있다.

녹색성장이라는 시대적 패러다임에서, 압전소자나 열전소자와 같은 반도체소자를 이용한 발전기술은 에너지 활용을 극대화하기 위한 기술이기 때문에 지속적인 연구개발이 이루어질 것이고, 특허출원 또한 계속 증가할 전망이다.