<사진. 자기 수복 재료로 긴 수명을 가지는 해저 설비
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

해저 설비에 적용할 수 있는 새로운 자기 수복 재료

노르웨이 연구진은 스스로 수복되는 재료를 개발했는데, 이것은 해저의 고전압 설비 재료로서 매우 유망하게 적용될 수 있을 것이다.

해저 고전압 설비의 결함을 감지하는 것은 매우 어렵고 수리하는데 많은 비용이 든다. 이번 연구진은 자기 수복 재료들이 이것을 해결할 수 있을 것이라고 믿고 있다. 이 연구로 인해서, 민감한 고전압 장치를 둘러싸고 있는 중요한 절연 재료는 응급 수리를 받을 수 있을 것이다. “우리는 이것이 유망한 개념이라는 예비 결과를 가졌지만, 다른 해결책을 찾기 위해서는 더 많은 연구가 수행되고 다른 조건 하에서 작동할 수 있는 기술을 개발할 필요가 있다”고 이 연구를 이끌었던 Cedric Lesaint가 말했다.

이 기술을 ‘마이크로캡슐(microcapsule)’이라고 부르는데, 이것은 재료의 피로를 제거하고 분자들을 수리할 수 있는 능력을 가진 절연 재료를 포함하고 있다. 이 프로젝트는 다학제간 연구진들이 포함되었고, 고가의 전기 설비에 적용될 수 있는 차세대 절연 재료를 개발하기 위해서 진행되었다.

소위 전기 트리(electrical tree)는 절연 재료로 만들어진다. 전기적 응력장은 절연체 재료 속의 작은 약점을 이용해서 나무 가지처럼 생긴 재료로 확산되는 매우 얇은 채널을 생성한다. 이런 채널이 절연 재료의 표면에 최종적으로 도달할 때, 손상이 발생되고 단락이 발생될 것이다. “단락은 전기 트리에서 거의 항상 발생된다”고 Øystein Hestad가 말했다.

이런 유형의 고장은 수리하는데 많은 비용이 든다. 특히 그들이 해상 풍력 발전 지역 또는 해저 석유 생산 설비가 설치된 장치에서 발생될 경우에는 더 많은 비용이 든다. 이러한 조건 하에서, 자기-수리 절연 재료들은 기존의 수리 방법을 대체할 수 있는 비용-효율적인 대안이 된다.

이번 연구진은 복합 재료의 기계적 손상 및 균열을 수리할 수 있는 연구를 수행하였다. 복합물은 액체 단량체로 채워진 마이크로캡슐로 혼합된다. 단일 분자는 긴-사슬 분자를 형성하기 위해서 서로 결합되는 특성을 가진다. 크랙 또는 다른 형태의 손상으로 인해서 캡슐이 깨진다면, 단량체는 방출되고 크랙은 채워진다.

“우리가 아는 한, 우리는 전기적 응력장으로 인한 손상에 이 기술을 최초로 테스트했다”고 Lesaint가 말했다. 절연 재료가 포함된 마이크로캡슐은 그들이 전기 트리의 가지 중의 하나를 만났을 때 터지게 된다. 그 후에 액체 단량체는 트리와 중합을 하면서 매우 얇은 채널들을 침입한다. 채널은 채워지고 절연 재료의 전기적 분해는 중단된다.

이런 방식으로, 절연 재료의 ‘면역 방어’는 강해지고 설비의 수명은 연장된다. 이번 연구진은 미국 필라델피아에서 열린 학회에서 이 개념을 제안했다. “많은 사람들이 놀라워했다. 특히 우리가 이 개념을 다른 사람들과 공유했을 때 특히 놀라워했다”고 Lesaint가 말했다. “다른 연구진들과 이러한 우수한 아이디어를 공유함으로써 이 아이디어가 빼앗길 수 있는 위험을 감수했다”고 그는 말했다.

산업계에서는 약간의 관심을 표현했지만, 추가적인 연구를 지원하기에 충분한 자금을 지원하지 않았다. “그들은 이 개념에 큰 관심을 가졌지만, 우리가 더 많은 테스트 결과를 가질 때까지 기다릴 것이라고 말했다”고 Lesaint가 말했다. “프로젝트를 추가적으로 수행하기 위해서는 충분한 자금 지원이 필요한데, 아직까지 이 문제는 해결되지 않았다” 라고 그는 말했다.

이번 연구진은 자기-수리 프로젝트로 차세대 절연 재료의 개발을 앞당길 수 있도록 내년에 더 많은 연구를 수행할 계획을 가지고 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr