과학자들이 연꽃잎으로 발전기를 만들다

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SCMP는 중국 과학자들이 식물의 증산작용을 이용해 전기를 생산하는 발전기를 개발했다고 보도했습니다. 구체적으로, 푸젠성 농업 및 임업 대학(중국)의 연구팀장인 호 카이 쑤옹(Ho Khai Xuong) 씨가 이끄는 교수 그룹은 연꽃 잎에서 물이 증발하는 현상을 이용한 발전기를 발명했습니다. 이 제품은 장치에 전기를 공급하고, 공장 운영에 도움이 되는 전력망을 구축할 수 있습니다.

연구팀은 9월 16일 Nature Water 저널 에 게재한 논문에서 "이 연구는 연꽃 잎의 증산작용을 이용한 수력 발전 효과를 탐구할 뿐만 아니라, 미래에 폭넓게 적용될 수 있는 녹색 에너지 기술에 대한 새로운 관점을 제공합니다."라고 밝혔습니다.

연구팀은 "식물 잎의 자연 증산 작용은 막대한 수열 에너지를 보유하고 있음에도 불구하고, 그 활용이 미미했습니다. 따라서 저희는 연잎 증산 작용(LTG)을 기반으로 한 발전기 프로토타입 개발에 앞장섰습니다."라고 밝혔습니다.

*발전기의 구조는 연꽃 잎의 증산작용에 기반을 두고 있습니다. 사진 출처: 옵저버 뉴스*

이에 연구팀은 연꽃 잎의 증산작용을 이용한 발전기를 개발하였는데, 음극으로는 티타늄 메쉬 전극을 잎 표면에 가깝게 배치하고, 양극으로는 티타늄 바늘 전극을 뿌리에 삽입하였다. 증산작용이 일어나면 기공(식물 세포의 중요한 유형인 호흡 구멍)이 위쪽으로 열리면서 두 전극 사이에 전위차가 발생합니다.

쉬옹 씨는 "식물은 증산작용을 통해 주변 환경과 계속해서 물을 교환하기 때문에, 특히 날씨가 맑은 날에는 하루 종일 전기 생산 과정이 진행될 수 있습니다."라고 설명했습니다.

"저희는 전기 생산 능력을 검증하고 현장 전기 측정을 수행하기 위해 일련의 실험을 설계했습니다. 실험 결과, 신선한 잎의 증산 작용을 이용하여 전기를 생산하는 것이 완전히 실현 가능하다는 것이 입증되었습니다."라고 쉬옹 교수는 Observer News 와의 인터뷰에서 밝혔습니다.

치과에서 연꽃 발전기를 만들었습니다.jpg — *일러스트 사진. 사진 출처: SCMP*

이 기사에 따르면, 증산작용은 물이 뿌리에서 식물의 꼭대기로 이동하고 잎이나 꽃을 통해 증발하는 과정을 말합니다. 연구자들은 식물의 증산작용을 통한 전 세계 전기 생산량이 연간 67.5TWh라고 추정합니다. 이 기술은 폭넓게 적용 가능하고 상업적으로 실행 가능한 기술이 될 수 있습니다. 장점은 지속 가능성, 환경 친화성, 낮은 비용입니다.

기존 발전기와 비교했을 때, 식물 증산작용을 이용한 발전기는 장비가 간단하고 대규모의 물 공급원이 필요하지 않습니다. 쉬옹 교수는 이 발전기는 대규모 인프라가 필요 없이 밭이나 농장과 같은 분산된 지역의 에너지원으로도 사용될 수 있다고 말했습니다.

연구팀은 또한 주변 온도, 증산율, 기공 개방도가 출력 전력에 유리한 요소라는 사실도 발견했습니다. 이때 증발 속도가 가장 큰 영향을 미치며, 습도가 낮으면 용량이 감소합니다.

쉬옹 교수는 이 제품을 널리 적용하려면 연구팀은 단일 잎의 발전 효율을 높이고, 에너지 수집 및 저장 시스템을 최적화하고, 적용 사례를 확대하는 등 많은 과제를 극복해야 한다고 말했습니다.

그는 현재 단일 잎에서 생산되는 전기량은 매우 적다고 말했다. 연구에 따르면 많은 나무와 잎을 연결하면 대규모의 분산형 발전 네트워크를 형성할 수 있다고 합니다. 쉬옹 씨는 "이 기술은 에너지 인터넷, 스마트 그리드, 센서 등의 분야에 폭넓게 적용될 수 있는 잠재력을 가지고 있다"고 말했다.

연꽃 잎의 증산작용을 이용하는 발전기는 아직 개발 초기 단계이지만, 쉬옹 교수의 연구팀은 이 제품의 성능을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 계속 모색하고 있습니다. 이 장치의 다재다능성을 입증하기 위해 연구팀은 다양한 식물에서 이를 테스트했고, 모든 식물이 전기를 생산할 수 있다는 것을 발견했습니다.

호 카이 쑤옹 교수는 중국 푸젠성의 C급 인재 목록에 오른 과학자입니다. 그는 전기화학적 박막 생명공학과 농업 센서 응용 분야 연구 분야에서 수년간의 경험을 쌓았습니다.

그는 지난 5년 동안 Science Advances, Nano Energy, Research, Biosensors & Bioelectronics, Chinese Science 등의 저널에 20편 이상의 과학 논문을 게재했으며, 인용 횟수는 약 500회, H-지수는 12입니다. 현재까지 그는 9건의 특허를 보유하고 있습니다.