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열역학과 지속가능성에서의 공업적 에너지 분석

전문가 제언: ○ 본문은 Willem van Gool(1926~1998) 교수에게 헌정한 논문이다. 고 Willem van Gool은 탁월한 네덜란드의 물리화학자로 1970년대 초 일차 ”석유파동“ 직후 에너지 시스템 연구에 열역학적 방법의 사용을 기도한 선구자이다.

– 그는 원래 University of Amsterdam에서 수학했고 유럽과 미국의 여러 연구소에서 연구에 종사하였다. 1967년 네덜란드의 State University of Utrecht의 무기화학 교수로 임명되어 그곳에서 은퇴했다. 1974년 석유파동 뒤 van Gool 교수는 새로 설립된 네덜란드의 국가 에너지 조정위원회 의장에 임명되었고 열역학적 연구와 화학적 및 그 외 공정의 최적화 연구에 기여했다. 1998년 그는 사망 몇 달 전 ‘Exergie en Energie란 책을 발행하고 다음 세대의 학자들과 학생들을 위하여 엑서지와 에너지 분야를 종합하였다.

○ 우선 본문에서도 정의하였지만 엑서지(exergy)에 대한 새로운 정의가 필요하다. 기술적으로 엑서지는 한 시스템이 주변과 열역학적 평형에 도달할 때까지 연속된 가역과정을 통하여 할 수 있는 최대의 일의 양으로 정의된다.

– 그러나 이 에너지를 모두 인간이 사용할 수 있는 것은 아니다. 거기에는 열역학적 제약이 있는 외에 그 마저도 인간이 만든 기기의 효율은 낮다. 실제로 인간이 사용할 수 있는 에너지를 엑서지로 정의할 수 있으나 이 엑서지도 ‘평형에 이를 때까지’와 ‘가역적 과정’이라는 인간이 극복할 수 없는 조건이 포함되어 있다. 따라서 이 엑서지도 인간이 완전히 이용한다는 것은 불가능하다.

○ 그럼에도 불구하고 에너지 효율을 계산할 때 열역학 1법칙에 의한 에너지보전 법칙에 의한 에너지 수지보다는 이 엑서지 수지를 취함이 더 현실적이다. 에너지보전 법칙에 의한 에너지 수지는 마찰열이나 아주 낮은 온도의 방출 같은 소위 무효 에너지도 계산에 중요하게 나타난다. 그러나 엑서지 수지는 무효 에너지를 에너지 손실로 보지 않고 인간에게 유효한 에너지만 따지기 때문이다.

저자: Geoffrey P. Hammond
자료유형: 학술정보