화력 발전소의 효율을 2% 높일 수 있는 새로운 물질

(Copper steam condenser pipes coated with F-DLC (top) and without a coating (bottom). The F-DLC coating allows the condensed water to form into droplets rather than a thin film covering the pipe. Credit: The Grainger College of Engineering at the University of Illinois Urbana-Champaign)

석탄 및 천연 가스 발전은 아직도 상당한 비중을 차지하고 있으며 아마도 한동안 사라지지 않을 것입니다. 쓰레기 소각장을 포함한 발전소는 계속 유지될 것이고 물을 끓이는 방식의 원전 역시 앞으로 확대 가능성이 높습니다.

이렇게 증기 터빈을 돌리는 발전소에서 의외로 중요한 부분이 수증기를 다시 물로 응축하는 콘덴서 혹은 응축기 (condenser)입니다. 뜨거운 증기가 터빈을 돌리고 난후 빨리 식어서 다시 물이 되어야 전체 열기관의 효율이 올라갑니다.

일리노이 대학 (University of Illinois Urbana-Champaign)의 네나드 밀즈코빅 (Nenad Miljkovic) 교수가 이끄는 연구팀은 매우 간단한 방법으로 응축기의 효율을 크게 높이는 방법을 개발했습니다.

연구팀이 개발한 F-DLC (fluorinated diamond-like carbon)은 이름만 들으면 강도가 매우 강한 신소재처럼 보이지만, 실제로는 더 단순한 방법으로 증기 응축기의 효율을 높입니다.

평범한 응축기 파이프에 F-DLC로 코팅하면 물을 밀어내는 소수성 성질 때문에 물이 표면에 있지 못하고 물방울 형태로 떨어지게 됩니다. 따라서 열 전도율을 높여 효율을 높이는 것입니다.

연구팀에 따르면 이런 방식으로 발전소의 효율을 2% 높일 수 있는데 전 세계적으로 연간 4억 6000만톤의 이산화탄소 발생을 줄이고 발전소에서 사용할 물의 양도 크게 줄일 수 있습니다.

F-DLC의 또 다른 장점은 매우 튼튼하고 내마모성이 강하다는 것입니다. 연구팀은 1095일 간의 내구성 테스트에서 성능 저하를 관찰할 수 없었습니다.

원리상 발전소는 물론 물을 응결시켜야 하는 장소에서는 어디든지 사용이 가능한 만큼 앞으로 이 신물질이 상용화될 수 있을지 주목됩니다.

참고

https://techxplore.com/news/2023-08-steam-condenser-coating-million-tons.html

Muhammad Jahidul Hoque et al, Ultra-resilient multi-layer fluorinated diamond like carbon hydrophobic surfaces, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-40229-6

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