▲ 강용태 경희대학교 공과대학 기계공학과 교수
[투데이에너지] 최근 IT기술의 발달과 함께 다양한 형태의 휴대기기의 사용으로 인해 유선 전력공급이 더이상 휴대기기에 적합한 전력공급원이 아님을 보여주고 있다. 예를 들어 IT기술 발달과 더불어 사용량이 급증하는 스마트폰이나 태블릿PC의 경우 배터리의 급격한 소모와 이를 충전하기 위한 전력을 공급받을 수 있는 곳을 찾아야 하는 제약이 따른다. 배터리의 충전용량을 키우면 휴대성이 떨어지게 되고 반대로 휴대기기의 휴대성을 높이기 위해 충전용량을 줄이게 되면 재충전 주기가 짧아지게 되는 문제를 가지고 있다.

또한 일반 가정에서 매우 많은 전자기기들의 전원공급선이 플러그에 문어발처럼 꼽혀 있는 것을 많이 볼 수 있다. 전원공급선의 길이에 따라 전자기기들을 사용할 수 있는 위치가 제한적이며 미관상으로도 좋지 않다. 만약 이러한 전원공급선이 모두 제거되고 전원이 공급되는 공간에서 무선으로 자유롭게 공급될 수 있다면 일상생활에 큰 변화가 생길 것으로 예상된다.

이러한 관점에서 전세계적으로 무선에너지 전송기술에 대한 관심도가 증가되고 있어 관련 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.

그러나 한편으로는 인체에 미치는 영향과 기술적인 문제 등으로 인해 상용화 되지는 못하고 있는 실정이다.

무선으로 에너지를 전송하는 기술은 전송거리에 따라 근거리 전송과 장거리 전송으로 나눌 수 있다. 근거리 전송기술은 수미터 내 짧은 거리에서 에너지를 전달하는 방식으로 전자파 방사에 기반하고 비교적 작은 출력을 전달하는 방식이다. 방사(radiative)방식의 근거리 전송은 UHF(Ultra High Frequemcy) 대역의 RFID/USN(Radio Frequemcy Identification/ Ubiquitous Sensor Network) 주파수 대역 또는 2.4GHz ISM(Industrial, Scientific, Medical) 대역을 이용한 RFID를 의미한다. 이 기술은 방사손실에 의해 최대 수십 MW의 전력전송만 가능하다. 유도결합을 이용하는 방식은 수 mm의 거리에서 접촉식으로 수W의 전력을 전송하는 방식으로 교통카드, 무선면도기, 전동칫솔 등에서 실용화가 이뤄졌으나 전송거리가 매우 짧은 한계를 가지고 있다.

2007년 MIT의 솔라서치(Soljacic)교수에 의해 제안된 비방사(non-radiative) 방식의 자기공명의 경우 두 매체가 같은 주파수로 공진할 경우에 전자파가 근거리 전자장을 통해 한 매체에서 다른 매체로 이동하는 일종의 에너지터널을 만들어 2m 거리에서 60W의 전력 전송이 가능하다고 발표함으로써 향후 휴대기기를 무선으로 충전하는 기술에 적용할 수 있는 유망기술로 대두되고 있다.

원거리 전송기술은 태양열 등 신재생에너지의 장거리 무선수송기술로 산업·교통·통신 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 하지만 원거리 고출력 마이크로파 방사방식은 우주발전 등에서 연구가 진행되고 있으나 인체 영향 등으로 인해 상용화에는 더 많은 연구가 필요한 실정이다.

국내에서는 전자기 유도 방식으로 휴대폰, 태블릿 PC등이 휴대기기의 배터리를 무선으로 충전하거나 에너지를 공급하는 방식에 대한 특허출원이 증가하고 있다. 무선 충전은 충전 접속단자가 내장되기 때문에 방수의 기능을 높여주고 추후 무선충전의 표준안이 통과하게 되면 별도의 케이블 없이 무선충전을 지원하는 충전기에서 전원을 공급받을 수 있을 것으로 예상된다.

이러한 다양한 무선에너지 전송기술은 지금까지와는 다른 혁명적인 변화를 만들 수 있는 큰 첨단기술이지만 주파수 할당, 인체에 미치는 영향 및 기술적인 한계점 등 아직까지 더 많은 연구가 필요하다. 이를 극복할 수 있도록 다양하고 체계적인 기술개발, 제도개선 및 표준화가 이뤄져야 한다.

 

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