기본 콘텐츠로 건너뛰기

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 



댓글

이 블로그의 인기 게시물

100 테슬라급 자기장 도달

 미국의 로스 알라모스 국립 연구소 (Los Alamos National Laboratory) 에서 과학자들이 지금까지 인간이 개발한 가장 강력한 자기장을 발생시키는 장치 개발에 도전하고 있습니다. 자기장의 세기를 나타내는 방법으로 자기력선의 밀도를 나타내기 위해 단위 면적당 자기력선의 수를 표시하는 단위인 테슬라 (T) 가 있습니다. (1T = 1Wb/㎡  웨버 (Wb) 는 자속의 단위)   의료용으로 사용되는 초전도체를 이용한 MRI 의 경우 1.5 - 3 테슬라급의 강력한 자기장으로 인체 내부를 볼 수 있게 만들지만 과학 연구용으로 이보다 더 강력한 자기장이 필요할 수 있습니다. 최근에 등장한 90 테슬라급 자기장에 이어 이번에 로스 알라모스 국립 연구소에서는 100 테슬라급인 100.75 T 를 실현 했다고 합니다.   이를 구현한 것은 18000 파운드 (8.16 톤 정도) 의 코일과 여기에 에너지를 공급할 1200 메가줄 (Megajoule) 급 모터 제네레이터등의 설비입니다.  (   The 1,200-megajoule motor generator that powers the magnetic pulse.  )  이와 같은 연구를 통해 알아내고자 하는 것은  Quantum Phase transitions and new ultra high field magnetic states Electronic Structure determination Topologically protected states of matter  로 요약할 수 있다고 합니다.   아무튼 수 T 급 MRI 만 해도 자기장의 힘이 엄청난데 100 T 라니 엄청난 자기장이네요. 이는 지구 자기장 세기보다 200만배 강력한 (물론 좁은 범위에서 작용하는 자기장이라 지구 전체...

고대 양서류 이야기 (2) - 악어를 닮은 거대 양서류들

  페름기에는 다양한 양막류가 진화해서 앞서 소개한 육상형 템노스폰딜리는 점차 설 자리를 잃게 됩니다. 하지만 양서류는 본래 자신의 서식지인 물과 습지에서 여전히 번성을 누렸습니다. 당시에는 악어류 같은 대형 양서형 파충류도 없던 시절이었기 때문에 이와 비슷한 생태학적 지위는 여전히 양서류의 몫이었습니다. 이들에 대한 이야기는 제 책인 포식자에서 비교적 간단히 다뤘는데, 오늘은 여기에 대한 보충 설명입니다.  책 정보:  http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200 Yes 24:  http://www.yes24.com/24/goods/58772859 11번가:  http://books.11st.co.kr/product/SellerProductDetail.tmall?method=getSellerProductDetail&prdNo=1977867160 알라딘:  http://www.aladin.co.kr/shop/wproduct.aspx?ItemId=134877825 교보문고:  http://www.kyobobook.co.kr/product/detailViewKor.laf?ejkGb=KOR&mallGb=KOR&barcode=9788970447988&orderClick=LAG&Kc= 인터파크 :  http://book.interpark.com/product/BookDisplay.do?_method=detail&sc.prdNo=279593764&sc.saNo=003002003&bid1=search_auto&bid2=detail&bid3=prd_img&bid4=001 영풍문고:  http://www.ypbooks.co.kr/book.yp?bookcd=100843205&gubun=NV ...

이빨이 다시 진화한 개구리

  ( CT scans of Gastrotheca guentheri skulls revealed what appeared to be identical rows of teeth on both the upper and lower jaws, which researchers later confirmed through dissection. Credit: Florida Museum/Daniel Paluh )  개구리는 2억년 전 진화 과정에서 이빨을 잃어버리고 큰 턱과 혀를 이용해 곤충 같은 작은 먹이를 잡아 먹는 방향으로 진화했습니다. 파충류나 포유류 같은 다른 사지류와의 경쟁에서 밀려 양서류가 쇠퇴하고 멸종하던 시기에도 개구리는 여전히 생존할 수 있었던 비결입니다.   이빨이 없는 덕분에 큰 혀를 발사하기 편해졌을지는 모르지만, 이빨이 없으면 종종 불편할 때가 있습니다. 씹는 대신 삼키기 때문에 음식을 씹을 수 없다는 점은 문제되지 않지만, 필사적으로 달아나려는 먹이를 잡기 힘들기 때문입니다. 이런 이유 때문에 일부 개구리는 이빨 같이 보이는 엄니 (fang)을 지니고 있으나 이는 사라진 이빨이 다시 난 것이 아니라 다른 부분이 진화한 것입니다.   이는 돌로의 법칙 ( Dollo's Law )으로 알려져 있습니다. 진화 과정에서 퇴화한 부분이 다시 생겨나지 않으며 대신 필요하면 다른 부분이 진화해 그 역할을 대신한다는 것입니다. 예를 들어 아가미가 사라진 사지 동물은 다시 물에 들어온다고 해도 아가미가 다시 생기진 않습니다. 대신 고래처럼 폐가 커져서 그 기능을 대신하게 됩니다.   하지만 모든 법칙엔 예외가 있기 마련입니다. 남미에서 발견된 멸종 위기 개구리 중 하나인 구엔터 유대류 개구리 ( Gastrotheca guentheri, Guenther's marsupial frog, dentate marsupial frog)는 완전한 형태의 이빨을 지니고 있습니다. 참고로 유대류 개구리라는 명칭은...