습기로부터 전기를 얻는다는 생각

https://www.newscientist.com/article/dn19367-can-we-grab-electricity-from-muggy-air

http://gtp.or.kr/antp/new_tech/view.jsp?cPage=36&gubun=003&keyType=&keyWord=&menu=71&no=151637&left=4

...중략...

“나는 전기중성 원리에 대한 IUPAC의 설명을 문제 삼는 것이 아니다. 그러나 그러한 설명은 실제 물질에는 좀처럼 들어맞지 않는다. 왜냐하면 실제 물질들은 종종 이온 불균형을 나타냄으로써 측정 가능한 전하를 발생하기 때문이다.”라고 갈렘벡은 말했다. 그의 연구팀은 크롬이 도금된 황동 관을 전기적으로 격리시킨 뒤에 주변 공기의 습도를 증가시켰다. 상대습도가 90퍼센트에 이르자, 대전되지 않은 관이 300 μC/m2이라는 작지만 검출할 수 있는 정도의 음전하를 얻었다. 이 정도의 전기용량은 AA 배터리의 전기용량보다 100만 배 정도 작은 것이다.

빅토리아 시대의 노동자들이 그러한 충격을 불평하기 위해서는 특별히 민감한 사람들이어야 했겠지만, 갈렘벡은 증기전기가 확실한 현상일 수도 있다는 것이 이번 연구를 통해서 증명되었다고 생각한다. 전하가 증가되는 이유는 관의 표면에 형성된 산화크롬 층과 대기 중에 있는 물 사이의 작용 때문이라고 그는 생각한다. 상대습도가 증가되면, 더 많은 물이 관의 표면에 응집된다. 물 속의 수소 이온들이 산화크롬과 반응하면 이온 불균형이 생겨서 잉여 전하들이 절연된 금속으로 전해진다.

이번 연구는 워싱턴대(Univeristy of Washington)의 제럴드 폴락(Gerald Pollack)의 마음을 사로잡았다. 작년에 그는 물에 잠긴 2개의 전극 사이에 전류를 흐르게 하면 물 속에 pH 경사도가 만들어지고, pH 경사도는 전류가 꺼진 뒤에도 1시간 동안 유지된다는 것을 발견하였으며, 순수한 물이 전하를 저장할 수 있고 배터리와 비슷하게 작용할 것이라고 제안했었다. 이것이 바로 물이 양전하 영역과 음전하 영역을 저장한다는 증거라고 그는 말하지만, 이러한 결과가 실제로 전기중성 원리를 어기는 것인지, 아니면 물 속에 있는 염류 불순물 때문에 보통의 전기화학 전지처럼 작용한 것인지에 관해서 그 실험은 저널 ‘Langmuir’에서의 활발한 논쟁으로 이어졌다. “캄피나스 팀의 연구는 흥미롭다. 이 연구는 수많은 새로운 가능성을 열고 있다.”라고 폴락은 말한다. 

...중략...

갈렘벡의 연구는 지난 주 보스턴에서 열린 미국화학회 전국학술대회에서 발표되었고, 그에 앞서 ‘Langmuir(DOI: 10.1021/la102494k)’에도 발표되었다. 폴락의 연구도 ‘Langmuir(DOI: 10.1021/la802430k)’에 발표되었다. 이들의 연구에 대한 논쟁은 ‘http://dx.doi.org/10.1021/la900723t’, ‘http://dx.doi.org/10.1021/la901533c’, ‘http://dx.doi.org/10.1021/la902030p’ 등에서 볼 수 있다.  

습도가 높을 때 물은 전하를 모아 전달한다
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=shm&sid1=105&oid=092&aid=0001967707

...중략...

연구진은 공기중에서 고준위의 물이 증발할 때, 즉 습도가 높을 때 실리카가 훨씬 더 많은 음전하를 가지게 되는 것을 발견했다. 또한 습도가 높을 때 알미늄인산염이 더욱더 많은 양전하를 띠게 된다는 사실도 알아냈다.

갈렘벡은 발표문을 통해 “이것은 대기 중의 물이 전하를 모을 수 있으며, 자신과 접촉하는 다른 물질로 전하를 전달한다는 명백한 증거”라며 “우리는 이를 ‘하이그로전기'(hygroelectricity)’, 즉 ‘습기 전기(humidity electricity)’로 부르기로 했다”고 말했다.

그러나 이 발견이 사실이라고 해도 이는 과학자들 사이에서 지금까지 국제순수응용화학회(International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC)가 일반적으로 받아들여져 온 “물은 전기적으로 중성이어서 전하를 저장할 수 없다”는 이론과 배치되는 것이다.

IUPAC회원이기도 한 갈렘벡은 뉴사이언티스트와의 인터뷰에서 자신은 “이론적으로 전기중성의 원칙을 부정하지 않는다”고 말했다.

하지만 그 자신은 "물같은 실생활 속의 물질은 이온불균형을 가지고 있어 전하를 만들도록 허용하는 것으로 믿는다“고 말했다.

■지붕위에 습기전기 패널 설치해 번개를 전기로

캄피나대 언구팀은 이 습기전기의 발견에 따라 이러한 에너지를 공급하는 기기를 발명하는 길을 열 수 있을 것으로 보고 있다.

연구팀은 마치 지붕 위에 태양전지패널과 유사한 습기전기 패널을 설치함으로써 대기의 전기를 잡아가두어 이를 빌딩의 에너지용으로 사용하도록 전달할 수 있을 것이라고 주장했다.  

이러한 기기는 전기를 잡아 가두는 외에 번개치는 동안 대기중의 전기 방출을 막으면서 건물주변의 전하를 빠져나가게 하는데도 사용될 수 있다.

갈렘벡은 “우리는 확실히 갈 길이 멀다는 것을 알지만 습기전기를 잡아 가두는 오랜 여정의 이점이 현실화될 수 있을 것”이라고 말했다.

연구팀은 연구결과보고서를 보스턴에서 열리는 240회 미국립화학학회 모임에 제출됐다.