| [미국] 도로 에너지를 하베스팅하는 센서개발 프로젝트
텍사스 대학교 샌 안토니오 캠퍼스(UTSA)와 텍사스 A&M 교통연구소(TTI) 연구진들이, 미국 연방 도로국(Federal Highway Administration)의 주 연구 프로그램에 의해 공동으로 자금이 지원되는 텍사스 교통부(TxDOT)의 1.32백만 달러 계약을 수주했다. 이 프로젝트는 주 정부의 도로를 따라 자동차의 움직임에서 발생하는 에너지를 하베스팅하는 시스템을 설계하고 개발하여, 그것을 저비용의 재생 전기력으로 변환시키는 것이다. 또한, 이 시스템은 여행자의 안전 향상을 위해 텍사스 교통부(TxDOT)가 도로의 상태를 연속적으로 모니터링할 수 있도록 할 것이다.
텍사스 A&M 교통연구소(TTI) 루빈다 왈루비타(Lubinda Walubita)씨와 공동으로 이 연구를 이끄는 텍사스 대학교 샌 안토니오 캠퍼스(UTSA) 토목환경공학과 조교수인 사메르 디소우키(Samer Dessouky) 교수 연구팀은, 아스팔트 레이어 아래에 위치할 수 있는 압전 센서를 개발할 예정이다. 이 센서들은 도로의 가로등, 교통 신호, 광고판, 전기자동차용 충전소 그리고 도로 모니터링 센서에 전력을 공급하기 위해 이동하는 자동차에서 생산되는 에너지를 이용하게 될 것이다.
압전 물질은 교통 부하에서 생성되는 압력에 대응하여 전력을 생산할 수 있다. 이 기술에 대해서는 이미 미국과 세계적으로 많은 연구를 통해 현장시험이 진행된 바 있다. 이것은 매력적인데, 그 이유는 온실가스를 배출하지 않고 전력을 생산할 뿐 아니라 화석연료가 생산하는 정도의 전력을 생산하기 때문이다. 더욱이, 이 기술은 태양열 발전처럼 추가적인 공간도 불필요한데, 그 이유는 전력 생산 모듈이 도로 레이어에 임베딩되기 때문이다.
"이 프로젝트는 클린 파워를 생산할 뿐 아니라 교통 인프라시설에 대한 지속가능한 수익원을 창조하는 스마트 도로를 창조하기 위해 압전기술을 사용한다는 측면에서 텍사스주를 이 기술의 선두주자로 만들 것이다. 우리 대학교는 사회에 영향을 미치는 혁신적인 솔루션을 개발하도록 임무를 부여받았다"고 이 대학교 엔지니어링 컬리지 학장인 조안 브라우닝(JoAnn Browning) 교수는 말했다.
연구팀에는 텍사스 대학교 샌 안토니오 캠퍼스(UTSA), 텍사스 A&M 교통연구소(TTI) 그리고 사우스웨스트 연구소의 포장재료 분야, 다기능성 나노물질분야, 센서 디자인 분야 그리고 표면 화학물질 분야 전문가가 포함되어 있다.
이 프로젝트의 첫 단계는 에너지 하베스팅 모듈의 설계와 개발을 포함하며, 18개월이 소요될 것이다. 만약 이 프로젝트의 추가적 연구단계가 진행된다면, 연구진들은 3년 6개월 이내에 설치하기 위한 완벽하고 기능성이 있는 에너지 하베스팅 시스템과 센싱 시스템 개발을 원한다. 이 시스템은 포장면 2인치 아래에 영구적으로 설치되어 아스팔트 포장작업과 재포장 유지관리작업과 인터페이스되는 일은 없을 것이다. 추가로, 이 시스템은 저비용의 압전 물질과 센서로 제작되어, 포장 유지관리 운영비용을 증가시키지도 않을 것이다.
일류 연구조직으로서, 텍사스 대학교 샌 안토니오 캠퍼스(UTSA)는 지속가능성 분야의 선두주자이며 전 세계적인 에너지 도전에 대한 우수한 솔루션을 찾고 새로운 지식을 창조하고 있다. 이 대학교 교수진과 학생들은 [CPS Energy]사, 미국 에너지부, 마이크로소프트, 국립 재생에너지 연구소, 산안토니오 수계시스템(San Antonio Water System), 텍사스 교통부, 민간 에너지기업, 비영리기관 및 다른 대학교와의 파트너십을 통해 지속가능한 기술의 혁신적인 연구를 진행 중이다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 12월 16일]
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Sensors that could harvest clean energy from traffic on Texas roads
Researchers at The University of Texas at San Antonio (UTSA) and the Texas A&M Transportation Institute (TTI) have been awarded a $1.32 million contract from the Texas Department of Transportation (TxDOT) as part of the jointly funded Federal Highway Administration's state research program. Its premise is to design and develop a system to harvest energy created by the movement of vehicles along the state's roadways and convert it into low-cost renewable electric power. The system also would allow TxDOT to continuously monitor the health of roadways to improve traveler safety.
Led by UTSA associate professor of civil and environmental engineering Samer Dessouky, in conjunction with Lubinda Walubita at TTI, the research team will develop piezoelectric sensors that can be placed under asphalt layers. Those sensors will use the energy generated from moving vehicles to power roadside lights, traffic signals, billboards, charging stations for electric cars and roadway monitoring sensors.
Piezoelectric materials are capable of generating electric power in response to the applied pressures from traffic loading. This technology has been field tested already by a number of U.S. and international studies. It is attractive, because it generates power without emitting greenhouse gasses, as fossil fuel-generated power does. Furthermore, it requires no additional space as solar power does, since the power-generating modules are embedded into the road layers.
"This project could make Texas a leader in the use of piezoelectric technology to create 'smart' roads that not only generate clean power but also create a sustainable source of revenue for transportation infrastructure," said JoAnn Browning, dean of the UTSA College of Engineering. "UTSA is committed to developing innovative solutions that impact society."
The research team includes experts in pavement materials, multi-functional nanomaterials, sensor design and surface chemistry from UTSA, TTI and Southwest Research Institute (SwRI®).
The first phase of this project involves the design and development of the harvesting modules and will take 18 months. If the subsequent phases of this project get the go-ahead, the researchers anticipate having a complete, functional harvesting and sensing system ready for implementation within three-and-a-half years.
The systems would be installed permanently two inches below the pavement surface and would not interfere with the asphalt pavement milling and overlaying maintenance. Additionally, the system would be made from low-cost piezoelectric materials and sensors, and would not raise the cost of pavement maintenance operations.
As a top-tier research institution, UTSA is on the forefront of sustainability, creating new knowledge and finding top-tier solutions to global energy challenges. UTSA faculty and students are involved in groundbreaking research in sustainable technologies through partnerships with CPS Energy, Department of Energy, Microsoft, National Renewable Energy Laboratory, San Antonio Water System, Texas Department of Transportation, private energy companies, nonprofits and other universities.
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