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구리-염소 사이클로 열화학적 수소 생산: 구리 산화염소로부터 산소 방출

전문가 제언: ○ 앞으로 수소는 전기와 함께 공해물질을 배출하지 않는 깨끗한 에너지 매체로 등장할 것은 의심의 여지가 없다. 그러나 현재 가장 비용 면에서 효율적인 수소 생산 방법은 탄화수소의 수증기 개질인데 이 공정은 다량의 이산화탄소를 대기로 방출한다. 더구나 앞으로 도래할 화석연료 고갈에도 대비하여 화석연료를 사용하지 않고 온실가스 배출을 최소화 하는 수소 제조 방법의 개발은 절실한 문제이다.

○ 열화학적 물의 분해는 고급 에너지 매체인 전기를 사용하지 않고 가용 에너지원을 이용하는 우수한 수소 생산 방법으로 고려되어 왔다. 그러나 열의 흐름과 물질의 흐름이 일치되지 않아 반복되는 열 교환이 필요하며 이로 인한 에너지 손실과 기술적 어려움이 많다. 더구나 중간 매질로 고체가 포함되는 경우 그 취급이 어렵고 기기의 비용이 높아 비효율적인 경우도 많다. 여기서 제시하는 구리-염소 사이클도 고체상이 개입되어 이 문제가 발생할 가능성이 크다.

○ 본문에서 같이 원자력 에너지를 수소 제조의 열원으로 사용하면 대기에 무 이산화탄소 배출 공정이 될 수 있다. 그 동안 원자력이 주는 개념적 위험성과 원자력 발전소 사고(체르노빌과 스리마일 아일랜드)의 실질적 피해가 특히 유럽을 중심으로 대중에게 원자력 발전소의 거부감을 주어왔으나 작금의 석유가격 폭등과 온실가스 배출의 억제 필요성이 세계적으로 다시 원자력 에너지의 설득력을 높여주고 있다.

○ 본문이 수소 생산 사이클 중 가장 선도적으로 소개한 황-옥소(S-I) 사이클은 다음 7단계를 거친다. 첫째 액체상에서 발열반응을 통하여 섞이지 않는 두 액체 상, L1(H2SO4+4H2O)과 L2(2HI+10H2O+8I2)를 만든다. 둘째 L2상에서 HI를 분리한다. 셋째 HI를 열분해한다. 넷째 L1상의 황산과 물을 분리한다. 다섯째 액체 황산을 기화시키고 여섯째 기체 황산을 분해한다. 그리고 삼산화황을 이산화황과 산소로 분해한다. 따라서 셋째 반응에서 수소가, 그리고 다섯째에서 일곱째까지 반응은 기체상에서 진행되어 H2O, SO2와 산소를 생산한다. 이 가스들은 산소를 분리하고 냉각되어 다시 첫째 반응으로 돌아간다. 이 사이클은 고체가 개입되지 않는 것이 특징이다.

저자: Naterer, G.F., Gabriel, K., Wang, Z.L., Daggupati, V.N., Gravelsins, R.
자료유형: 학술정보