연료 자원이 감소하고 휘발유 비용이 증가하는 시대에 자동차 제조업체는 자동차를 보다 에너지 효율적으로 만들기 위해 최선을 다하고 있습니다. 그러나 자동차가 달리는 동안 에너지가 단순히 낭비되는 한 가지 분명한 장소가 있습니다. 바로 배기관에서 나오는 열입니다.
열역학 제1법칙은 에너지는 생성되거나 소멸될 수 없다고 말하지만, 그렇다고 해서 일정량의 에너지가 단순히 쓸모없게 될 수 없다는 의미는 아닙니다. 일반적으로 쓸모없는 에너지는 열의 형태로 시스템을 떠나며, 자동차에서 낭비되는 열 에너지의 대부분은 배기 가스에서 찾을 수 있습니다. 그러나 우리가 그 열 에너지의 일부를 전기와 같은 유용한 형태로 다시 변환할 수 있다면 어떨까요? General Motors는 SMA(형상 기억 합금)를 사용하여 이를 정확하게 수행하는 프로토타입 장치를 개발했습니다. SMA는 온도에 따라 두 가지 다른 모양으로 만들 수 있는 합금으로, 이른바 홈 상태(home state)가 뜨거울 때와 차가울 때 두 번째 상태가 된다. 뜨거운 환경과 차가운 환경 사이에서 형상 기억 합금 조각을 앞뒤로 움직이면 이 두 모양 사이에서 앞뒤로 바뀝니다. 과학자들은 와이어로 압출된 SMA가 열에서 사용 가능한 에너지를 생성하는 방법이 될 수 있다는 것을 꽤 몇 년 동안 깨달았지만 GM의 시스템은 자동차에서 전기를 생성하는 방법으로 진정한 약속을 보여주는 최초의 시스템입니다.
GM의 장치가 어떻게 작동하는지 이해하려면 삼각형의 모서리에 3개의 회전 도르래가 배열되어 있는 시스템을 상상해 보십시오. 풀리를 연결하는 것은 형상 기억 합금 와이어로 만들어진 연속 밴드입니다. 이 도르래 배열의 한 모서리가 자동차의 뜨거운 배기관 근처에 배치되고 다른 두 모서리가 더 시원하고 통풍이 잘되는 지역에 배치되면 뜨거운 모서리의 도르래에 가까워지면 밴드가 더 짧은 홈 상태로 수축됩니다. 이 수축은 밴드의 나머지 부분을 잡아 당겨 풀리를 회전시키고 더 많은 와이어를 가열된 풀리 쪽으로 이동시킵니다. 그런 다음 회전하는 풀리가 가열된 SMA 와이어를 냉각 영역으로 다시 잡아당겨 계속 순환하면서 다시 확장됩니다. 도르래에 의해 생성된 원형 운동은 전기를 생산하는 발전기를 구동하는 데 사용될 수 있으며, 이 발전기는 차례로 자동차의 라디오, 에어컨, 전기 콘센트 등 비교적 낮은 수준의 전력원이 필요한 모든 것을 작동할 수 있습니다.
GM의 연구원들에 따르면 이 장치가 프로토타입 단계에서 실용화되기까지 약 10년이 걸릴 것으로 예상되지만 여전히 걸림돌이 많다. SMA 와이어에 홈 상태 모양을 주입하는 것은 시간이 많이 걸리는 프로세스이며 현재 약 3개월이 소요됩니다. 금속 피로로 인해 SMA는 잠시 사용한 후 파손되기 쉽습니다. GM의 기존 프로토타입은 약 2와트의 전기를 생성하지만 이를 담당하는 연구팀은 실제 적용을 위해 확장할 수 있다고 믿고 있습니다. 물론, 형상 금속 합금에 의해 생성되는 전기의 응용 분야는 자동차를 넘어서지만 SMA는 앞으로 몇 년 동안 열 에너지를 재활용하는 수단으로 일반적으로 사용되지 않을 것입니다.
