이산화탄소, 물, 태양열로 제트 연료를 만드는 솔라 타워

(Taking sunlight, water and carbon dioxide as inputs, this solar tower in Spain produces carbon-neutral jet fuel and diesel. Credit: ETH Zurich)

(The 50-kW pilot reactor, installed in Spain, uses heat from a concentrating solar tower to drive a thermochemical redox cycle. Credit: ETH Zurich)

(Schematic of the solar reactor for splitting water and carbon dioxide through the ceria-based thermochemical redox cycle. Credit: ETH Zurich)

취리히 스위스 연방 공과 대학 (ETH Zurich)의 연구팀은 몇 년 전부터 태양열과 이산화탄소, 물을 이용해서 케로신 같은 합성 연료를 만드는 기술을 연구하고 있습니다. 원리는 간단합니다. 세리아 (ceria) 혹은 이산화세륨 (CeO2) 반응 용기를 태양열로 섭씨 1500도까지 가열한 여기에 물과 이산화탄소를 넣으면 일산화탄소와 수소의 합성 가스 (syngas)를 얻게 되고 이를 다시 액화 유닛 (gas-to-liquid unit)에서 케로신 같은 연료로 바꾸는 공정입니다.

이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222558433209

이제 연구팀은 스페인에서 실제 솔라 타워를 이용한 실증 플랜트 운용에 나섰습니다. IMDEA Energy Institute의 50kW 실증 플랜트는 3㎡ 거울 169개를 이용해서 15m 높이의 솔라 타워에 열을 집중시킵니다. 16cm 정도의 구멍에는 405mm 길이의 솔라 리액터가 있어 물과 이산화탄소를 합성 가스로 바꿉니다. 원리상 두 개의 용기가 필요한데, 사진으로 보면 하나 씩 가열하는 것으로 보입니다.

액체 연료 생산 유닛은 액체 단계와 왁스 단계 두 가지 단계로 작동하며 각각 16% 케로신과 40%의 디젤 혹은 7% 케로신과 40% 디젤을 생산할 수 있습니다. 연구팀은 매 사이클당 53분씩 총 55시간 플랜트를 가동해 5191리터의 합성 가스를 만드는 데 성공했다고 발표했습니다. 이 연구 결과는 저널 Joule에 실렸습니다.

현재 에너지 생산 효율은 태양 에너지 중 4% 만을 연료로 바꾸는 수준입니다. 따라서 연료 생산 효율은 매우 낮다고 할 수 있습니다. 상업 생산이 가능하려면 20% 이상 효율을 크게 높여야 하고 규모의 경제도 이뤄야 합니다. 이 과정에는 막대한 연구 개발비와 설비 투자가 필요할 텐데 과연 상업적인 규모로 성공할 수 있을지 결과가 주목됩니다.

참고

https://newatlas.com/energy/solar-jet-fuel-tower/

https://techxplore.com/news/2022-07-all-in-one-solar-powered-tower-carbon-neutral-jet.html

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(22)00286-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2542435122002860%3Fshowall%3Dtrue

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