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2015년 12월 15일 화요일

차세대 태양열 - 수소 발전 방식 구상



(사진은 크레센트 듄 태양열 발전소. 출처: 위키피디아)


 현재의 태양 에너지 발전은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 태양 전지(PV)를 이용한 태양광 발전 방식이고 두 번째는 태양열을 집중시켜 증기를 발생시키는 태양열 방식입니다. 최근에는 태양 전지의 가격이 매우 저렴해지면서 태양광 쪽이 더 대세가 되고 있습니다. 


 그런데 사실은 태양광 방식은 태양 에너지의 전체 파장 중 일부만 에너지로 바꿀 수 있습니다. 반면 태양열 방식은 태양 에너지 전체를 반사시키기 때문에 훨씬 에너지 집중도는 좋지만 실제로는 극히 일부만 에너지로 전환할 수 있기 때문에 생각보다 효율이 좋지 않습니다. 


 이 문제를 극복하기 위한 가장 간단한 아이디어는 바로 더 높은 온도에서 태양열 발전을 하는 것입니다. 현재의 태양열 발전소는 대략 섭씨 625도 정도의 온도에서 발전을 하게됩니다. 참고로 발전 온도가 이렇다는 것은 태양열을 받는 역할 하는 리시버의 온도는 훨씬 높다는 것이죠. 아무튼 온도가 상승하면 온도차에 의해 발전을 하는 증기 터빈은 효율이 더 좋아집니다. 


 그런데 최근 미국 퍼듀 대학과 스위스 로잔 연방 공과대학의 과학자들이 저널 PNAS에 발표한 새로운 연구에서는 여기서 한 발 더 나아간 방식을 사용합니다. "hydricity" 라고 명명된 이 방식은 태양열을 이용해서 발전을 하는 것은 물론 이 뜨거운 증기를 이용해서 물을 직접 수소와 산소로 열분해를 하게 됩니다. 


 사실 높은 열과 촉매를 이용한 물의 분해 방식은 현재도 연구되는 방법 가운데 하나입니다. 연구팀은 이 두 가지를 합칠 경우 전기 생산은 물론 수소 생산도 가능해지므로 효율이 50% 수준으로 높아질 수 있다고 지적했습니다. 


 수소의 경우 높은 온도에서 분해된 후 고압으로 압축되면 그 자체로 상당한 에너지를 절약하게 됩니다. 왜냐하면 쉽게 간과하는 문제 중 하나가 수소는 압축할 때 상당한 에너지가 든다는 것입니다. 만약 고온 고압에서 바로 압축이 가능하다면 이 문제를 극복할 수 있습니다. 


 두 번째로 더 높은 온도와 압력으로 물을 끓이게 되면 그 자체로 발전 효율이 높아집니다. 여기에 저장한 수소를 밤에 태우는 방식으로 밤에도 전력 생산이 가능해지게 됩니다. 연구팀은 이런 방식으로 24시간 발전이 가능한 태양열 발전소의 효율이 35%에 이를 수 있다고 보고 있습니다. 


 이것이 가능하려면 경제적이면서 효과적인 촉매와 더불어 아주 높은 온도에 견딜 수 있는 소재가 필요합니다. 이론상으로는 솔깃하지만 실제 실용화 여부는 아직 장담하기는 어렵습니다. 


 아무튼 꽤 재미있는 개념인데 실제 발전소 제작으로 이어질 수 있을지 궁금하네요. 



 참고 





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