스마트 섬유로 만든 ‘입고 벗을 수 있는 태양광 발전소’

‘옷깃만 스쳐도 인연’이라는 말이 있죠. 사람 사이의 관계는 아무리 사소한 것이라도 소중히 여겨야 한다는 말을 의미합니다. 최근엔 이 ‘옷깃’이 인연을 만드는 것 외에 다른 일도 하고 있습니다. 바로 ‘전기’를 만들어낸다는 거죠. 옷을 입고 걸어 다니기만 해도 전기가 생기는 일. 이제 더 이상 공상과학(SF) 영화 속 먼 미래가 아닌 현실에 가까워졌습니다.

인간의 역사에서 ‘옷’은 항상 필수적인 존재였어요. 햇빛을 가려 피부를 보호하고, 추위를 견디게 도와주었으니까요. 당연하게 생각하던 ‘옷’은 산업이 발전하면서, 개성을 표현하는 수단까지 되었다가 최근에는 여기에 한가지 기능이 더 추가되었습니다. 과학기술이 발달하면서 처음에는 더 따뜻하게, 더 땀 배출이 잘 되게 기능성이 보강되기 시작하더니 이젠 옷이 스스로 사용자의 맥박, 체온 등을 채취해 건강 상태를 파악하는 등 하나의 컴퓨터가 됐습니다. 

이를 가능하게 하는 것은 ‘스마트 섬유’ 기술인데요. ‘스마트 섬유’는 일반직물과 같은 질감과 촉감을 유지하면서도 첨단 기능이 부가된 새로운 개념의 직물을 말합니다. 스마트 섬유 기술은 발전에 발전을 거듭하고 있는데요. 최근에는 옷을 텔레비전(TV) 화면처럼 쓸 수 있다는 국내 연구결과도 발표됐답니다. 바로 최경철 한국과학기술원(KAIST) 교수 팀이 개발한, 옷감 위에 유기발광다이오드(OLED) 소자를 구현해 스스로 빛을 내는 의류 디스플레이 입니다. 

연구진이 개발한 의류 형 디스플레이는 수분과 산소가 스며들지 않는다고 해요. 덕분에 물에 빨아도 1000시간 이상 멀쩡하며, 구부러져도 소자가 멀쩡히 구동하기 때문에 고이 접어 옷장 안에 두는 일도 가능하다고 합니다. 전문가들은 이런 부분에서, 스마트 섬유가 앞으로 패션을 넘어 자동차 산업, 광 치료 등 헬스케어(Healthcare) 산업에도 다양하게 적용할 수 있을 것이라 전망하고 있어요.

여기서 궁금해지는 게 있죠. 일반적으로 컴퓨터가 구동되려면 전기가 필요한데, 어떻게 입고 다니는 옷에 전기를 공급할 수 있을까요? 이와 관련된 연구결과도 있습니다! 지난 8월 25일, 김선정 한양대 교수 팀은 국제학술지 ‘사이언스’를 통해 입고 숨쉬는 것만으로 전기를 만들어낼 수 옷을 발표했는데요. 연구팀이 개발한 ‘트위스트론(Twistron)’ 덕분이라고 합니다. 

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용되었습니다. [출처 – 한양대 제공]

트위스트론은 전기적 특성이 우수한 탄소나노튜브(CNT)를 꼬아 만든 섬유인데요. 꼬인 상태의 트위스트론을 양끝에서 잡아 당기면 섬유가 얇아지면서 부피가 줄어들고, 이때 전하 저장 용량도 함께 줄며 전하를 밖으로 내놓는 과정에서 전류가 생긴다고 합니다. (* 전하: 물체가 띠고 있는 정전기의 양으로 모든 전기현상의 근원이 되는 실체로, 양전하와 음전하가 있고 전하가 이동하는 것이 전류)

쉽게 이야기 하자면 섬유가 수축하고 이완하는 과정에서 저절로 전기가 만들어진다고 볼 수 있습니다. 트위스트론을 포함한 의류를 만들고 숨을 쉬면, 가슴 넓이의 변화에 따라 힘들이지 않고도 전기가 만들어지는 것이죠. 약 0.02g의 트위스트론으로 소형 발광다이오드(LED) 전구의 불을 밝힐 수 있으며, 초당 30회 속도로 수축·이완한다면 1㎏으로 250W(와트)의 전력을 생산할 수 있다고 합니다. 이는 태양광 패널 1개가 생산하는 정도의 용량이라고 하네요.

섬유의 수축, 이완을 이용해 전기를 만드는 방법뿐만 아니라, 이젠 태양광 발전도 가능하다는 사실! 태양광 발전이라고 하면 딱딱하고 큰 태양광 패널을 먼저 떠올리시는 분들이 많을 텐데요. 이제 그런 것도 머지 않아 옛말이 될 것 같습니다.

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용되었습니다. [출처 – 닛케이 비즈니스 제공]

일본의 후쿠이현 공업기술센터는 실리콘 기판을 기존과 같은 평면이 아닌 반경 1.2㎜ 구 형태로 가공하는 데 성공했다고 해요. 구슬에 실을 꿰듯 구 형태의 태양전지 2개를 전선에 끼우면 태양광 발전 실이 완성된다고 하네요. 일명 ‘태양광 발전 실’로 만든 섬유는 자유자재로 구부러지고, 다양한 방향에서 태양광을 받아 발전할 수 있다는 것이 특징이에요. 이 섬유로 만들어진 침낭과 이불이라면, 사막에서도 언제든지 휴대전화를 충전하는 일이 가능해지겠죠? 한국전기연구원(KERI) 역시 입고 벗을 수 있는 형태의 태양전지를 개발·제작했어요. 연구진이 개발한 이 전지는 재봉과 재단도 가능하고, 옷감처럼 직조기에서 짜낼 수도 있다고 해요.

스마트하다 못해 이제 태양광 발전까지 해내는 옷에 대해 알아봤습니다. 우리나라에서는 한화케미칼이 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 등 섬유로 제작 가능한 고분자 물질들을 국내 최초로 생산하여 지금까지 우리나라의 화학 산업을 이끌어 왔는데요. 한화케미칼은 지난 50년 간 각종 산업의 기반이 되는 화학제품을 생산해왔고, 어느덧 현재는 세계 2위 수준의 생산 규모를 갖추게 됐죠. 그리고 한화그룹의 주력 사업인 태양광 발전에 필요한 폴리실리콘을 만들고 있기도 합니다. 스마트 섬유에 대해 알아보면서, 앞으로 한화케미칼의 고분자 생산능력과 한화그룹의 태양광 기술력이 합쳐진다면 어떻게 될까 하는 상상도 해보았는데요. 우리나라 연구진과 기업들의 연구/개발 성과가 계속되어, 지금까지는 상상할 수 없었던 새로운 스마트 의류가 탄생할 수 있기를 한번 더 바라봅니다. 

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