【브레이크뉴스 구미】이성현 기자=국립금오공과대학교(총장 직무대행) 기계공학부 정지훈 교수 연구팀이 중앙대학교 이상민 교수 연구팀과의 공동 연구를 통해 ‘테슬라 터빈(Tesla Turbine)’에서 영감을 얻은 입자 정전기 효과 기반의 고출력 전력 발생 메커니즘을 개발하는 데 성공했다.

▲ 국립금오공대·중앙대 공동연구, 테슬라 터빈 응용 고출력 전력 발생 기술 개발  © 금오공대

이번 연구에는 국립금오공대 기계공학부 석사과정 서동원 학생이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 에너지 및 재료 분야의 세계적 권위 학술지인 Advanced Energy Materials(IF 24.4, JCR 상위 3%)에 'Particulate Static Effect Induced Electricity Generation Inspired by Tesla Turbine'라는 제목으로 게재됐다.

연구팀은 산업 현장에서 광범위하게 사용되지만 상당 부분이 버려지는 압축공기와 그 내부의 미세입자에 주목했다. 테슬라 터빈의 점성력(Viscous force) 원리를 적용해 외부 전원 없이도 로터가 초고속으로 회전하는 구조를 설계하고, 압축공기 속 입자들이 벽면과 충돌하며 발생하는 입자 정전기 효과(Particulate Static Effect)를 활용해 전기 에너지로 효율적으로 변환하는 데 성공했다.

개발된 장치는 별도의 외부 전원 없이 최대 800V의 전압과 2.5A의 전류를 생성하는 고출력 성능을 구현했으며, 이를 통해 LED 전구 1,000개를 동시에 점등하고 상용 온습도계를 구동하는 데 성공했다. 또한 생성된 고전압을 활용해 음이온을 방출함으로써 공기 중 미세먼지를 기존 대비 1.56배 효과적으로 제거하고, 대조군 대비 2배 이상의 습기를 포집하는 등 산업 환경 내 유해 요소를 제어할 수 있는 통합 시스템으로서의 가능성도 입증했다.

공동 제1저자인 서동원 학생은 “산업 현장에서 버려지는 압축공기를 테슬라 터빈과 결합해 입자 정전기 효과를 유용한 에너지원으로 전환했다는 점에서 의미가 크다”며 “에너지 생산과 동시에 산업 현장의 다양한 유해 요소를 억제할 수 있는 실질적인 대안이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

정지훈 교수는 “이번 연구는 입자 정전기 효과를 기반으로 한 새로운 에너지 생성 메커니즘을 제시하는 데 그치지 않고, 산업용 정화 시스템이나 자가 구동형 센서 등 다양한 응용 기술로 확장될 수 있는 가능성을 갖고 있다”며 “앞으로도 실용적 에너지 전환 기술 개발을 통해 사회적 가치 창출에 기여하겠다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 '강건한 금속유기구조체 표면 기반 자가 발전 기체 센서 개발(과제번호 RS-2023-0021036)' 연구의 일환으로 진행됐다.

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

Kumoh National Institute of Technology (KIT) and Chung-Ang University Joint Research Develop High-Power Power Generation Technology Using Tesla Turbines

A research team led by Professor Ji-Hoon Jeong of the Department of Mechanical Engineering at Kumoh National Institute of Technology (KIT) (Acting President) and Professor Sang-Min Lee of Chung-Ang University, through joint research, successfully developed a high-power power generation mechanism based on the particle static effect, inspired by the Tesla Turbine.

This research was co-first authored by Dong-Won Seo, a master's student in the Department of Mechanical Engineering at KIT. The results were published in Advanced Energy Materials (IF 24.4, top 3% of JCR), a world-renowned academic journal in the energy and materials field, under the title "Particulate Static Effect Induced Electricity Generation Inspired by Tesla Turbine."

The research team focused on compressed air, which is widely used in industrial settings but significantly wasted, and the fine particles contained within it. By applying the viscous force principle of the Tesla turbine, the team designed a structure that allows the rotor to rotate at ultra-high speeds without an external power source. They also successfully utilized the particulate static effect generated when particles in compressed air collide with the wall, efficiently converting them into electrical energy.

The developed device demonstrated high-power performance, generating up to 800 V of voltage and 2.5 A of current without a separate external power source. This performance was able to simultaneously light 1,000 LED bulbs and drive a commercial thermo-hygrometer. Furthermore, by utilizing the generated high voltage to emit negative ions, the device effectively removed fine dust 1.56 times more effectively than conventional devices and captured more than twice the moisture content compared to a control group, demonstrating its potential as an integrated system for controlling harmful elements in industrial environments.

Co-first author Seo Dong-won said, "This research is significant in that it combines compressed air wasted at industrial sites with a Tesla turbine to convert the particle electrostatic effect into a useful energy source. It could be a practical alternative that simultaneously generates energy and suppresses various harmful factors in industrial settings."

Professor Jeong Ji-hoon stated, "This research not only presents a new energy generation mechanism based on the particle electrostatic effect, but also has the potential to be expanded into various applications, such as industrial purification systems and self-powered sensors. We will continue to contribute to creating social value through the development of practical energy conversion technologies."

Meanwhile, this research was conducted as part of the "Development of Self-Powering Gas Sensors Based on Robust Metal-Organic Framework Surfaces (Project Number RS-2023-0021036)" project, supported by the National Research Foundation of Korea.