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섭씨 1400도에서 작동하는 세라믹 펌프



(Liquid metal flowing at 1400 degrees Celsius in the laboratory of Asegun Henry at Georgia Tech. Even though all the surrounding materials are glowing, the tin remains reflective and the ripples from the pool of tin below are visible via reflections from the stream. Credit: Caleb Amy, Georgia Tech)

(Georgia Tech Graduate Student Caleb Amy shows how two ceramic gears mesh in a pump developed to transfer molten tin at more than 1,400 degrees Celsius. Credit: Christopher Moore, Georgia Tech)


 역대 가장 높은 온도에서 액체 금속을 펌프로 이동시키는 데 성공했다는 소식입니다. 조지아 공대 및 퍼듀 대학, 스탠포드 대학의 연구팀은 세라믹 소재를 이용해서 기어 방식으로 작동하는 펌프를 만들어 섭씨 1400도까지 작동할 수 있음을 보여줬습니다. 이 연구는 Advanced Research Projects Agency - Energy (ARPA-E)의 지원을 받아 이뤄졌습니다. 동영상을 보면 어떤 원리로 작동하는 펌프인지 쉽게 이해할 수 있습니다. 




(동영상)


 연구팀이 외접기어펌프 (external gear pump) 방식을 선택한 이유는 구조가 단순하고 낮은 회전 속도에서 구동이 가능하기 때문이라고 합니다. 물론 이런 초고온 상태에서 구동될 전기 모터는 처음부터 생각하기 힘들기 때문에 당연한 선택일 것입니다. 


 이 세라믹은 흑연 (graphite) 소재로 만들어져 높은 고온에서 잘 견딘다고 합니다. 세라믹 펌프를 포함한 전체 시스템은 액체 금속을 섭씨 1200도 환경에서 72시간 연속으로 작동할 수 있다는 것을 보여줬으며 잠시간 1400도도 견딜 수 있다는 것을 검증했습니다. 


 연구팀은 앞으로 이 시스템이 금속 소재 제조 부분은 물론 에너지 저장 시스템에서도 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 앞서 소개했듯이 용융염 태양열 발전소의 경우 수만톤에 달하는 용융염을 섭씨 수백도 이상 고온으로 가열해서 열을 보존합니다. 만약 더 높은 온도를 견딜 수 있는 펌프와 시스템이 있다면 온도를 더 높여 더 많은 에너지를 저장할 수 있을 것입니다. 




 고온에서 내열성을 지닌 시스템은 여러 가지 산업적인 용도로 활용될 수 있습니다. 더구나 구하기 힘든 소재로 만든 물건도 아니라서 생각보다 쉽게 상용화될 가능성도 있을 것 같습니다. 섭씨 1400도의 벽을 깨는 것도 어쩌면 시간 문제일지도 모르겠다는 생각입니다. 


 참고 


Pumping liquid metal at high temperatures up to 1,673 kelvin, Nature (2017). nature.com/articles/doi:10.1038/nature24054 

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