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2017년 2월 18일 토요일

천연 가스에서 수소를 생산하는 엔진



(This schematic shows the components of a CHAMP cylinder-piston assembly used to create hydrogen from methane and steam via variable volume catalytic reaction. The process also concentrates carbon dioxide emissions from the process. Credit: David Anderson, Georgia Tech)


(Georgia Tech researchers have demonstrated a CHAMP reactor, which uses the four-stroke engine cycle to create hydrogen while simultaneously capturing carbon dioxide emission. Credit: Candler Hobbs, Georgia Tech)


 전기차의 보급으로 미래에는 내연 기관의 입지가 흔들릴 것으로 보는 시각도 있지만, 아직 내연 기관은 가장 중요한 동력을 제공하고 있어 쉽게 사라지지는 않을 전망입니다. 내연 기관의 가장 큰 장점인 쉽게 연료 보충이 가능하다는 점은 아직 전기 자동차가 따라가기 어려운 부분 가운데 하나입니다. 


 조지아 공대의 연구팀은 화석 연료를 사용한 내연 기관과 전기 자동차의 절충안에 해당하는 독특한 4행정 엔진을 내놓았습니다. 정확히 말하면 엔진보다는 천연 가스에서 수소를 만드는 장치로 CO2/H2 Active Membrane Piston (CHAMP) 리액터라고 부릅니다. 


 이 장치의 개념은 비교적 낮은 압력과 촉매 그리고 여과막 등을 활용해서 천연가스의 주성분인 메탄 가스 (CH4)와 물(H2O)를 수소와 이산화탄소로 바꾸는 것입니다. 이산화탄소는 따로 분리하고 수소를 동력원으로 쓰는 장치라고 할 수 있습니다. 만들어진 수소는 연료 전지를 이용해서 전기를 생산하면 기존의 내연 기관보다 더 효율적으로 에너지를 추출할 수 있습니다.


 이 새로운 수소 추출 반응로는 기존의 내연 기관보다 더 낮은 온도인 섭씨 400도 정도에서 작동하며 분 당 수회 정도의 낮은 사이클로 수소를 추출할 수 있습니다. 연구팀의 생각은 압축 천연 가스 차량에 도입하거나 혹은 수소 충전소에 도입하는 방식입니다. 이미 도시 가스는 널리 보급되어 있으므로 충전소는 말할 것도 없고 가정에도 수소를 쉽게 사용할 수 있게 되는 것입니다. 분리한 이산화탄소는 따로 저장할 수 있습니다. 


 이 방법은 화석연료에 의존하기는 하지만 온실 가스 배출을 억제할 수 있다는 장점이 있습니다. 다만 수소 연료 전지가 대중화된다는 점을 전제하지 않으면 널리 사용되기는 어려운 방식이기도 합니다. 동시에 분리한 이산화탄소를 처리할 방법도 있어야 합니다. 


 친환경 미래 에너지를 만들기 위한 여러 가지 시도 가운데 하나는 기존의 화석 연료를 이용하는 것입니다. 신재생 에너지만으로 충분한 에너지 공급이 어렵다면 생각해볼 수 있는 대안 가운데 하나일 것입니다. 최선의 방법이 어려우면 차선의 선택도 있어야 하겠죠. 



David M. Anderson et al, Comprehensive Analysis of Sorption Enhanced Steam Methane Reforming in a Variable Volume Membrane Reactor, Industrial & Engineering Chemistry Research (2017). DOI: 10.1021/acs.iecr.6b04392 



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