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원자력을 이용한 황-옥소 사이클 평가

전문가 제언: ○ 앞으로 수소는 전기와 함께 공해물질을 배출하지 않는 깨끗한 에너지 매체로 등장할 것은 의심의 여지가 없다. 그러나 오늘날 수소의 대부분은 화석연료, 즉 석유(18%), 석탄(30%) 그리고 천연가스(48%)에서 생산되며 온실가스인 이산화탄소를 대량 배출한다. 오직 약 4%의 H2만이 물의 전기분해로 생산되고 있다. 21세기의 세계 에너지 수요의 증가와 온실가스 배출 억제의 필요성은 새롭고 탄소 배출 없는 수소 제조 공정의 도입이 절실하게 한다.

○ 열-화학적 물의 분해는 고급 에너지 매체인 전기를 사용하지 않고 가용 에너지원을 이용하는 우수한 수소 생산 방법으로 간주된다. 그러나 열과 물질의 흐름이 일치되지 않으므로 반복되는 열-교환이 필요하며 이로 인한 에너지 손실 등 기술적 어려움이 많다. 더구나 중간 매질로 고체가 포함되는 경우 그 취급이 어렵고 기기의 비용이 높아 비효율적인 경우도 많다. 본문이 취급한 황-옥소 사이클은 공정 중 고체-상이 없어 이 문제에서 자유롭다.

○ 200개 이상의 제시된 열화학적 수소 생산 사이클 중 황-옥소(S-I) 사이클은 파일럿 공장 수준까지 스케일-업된 몇 안 되는 선도적 공정이다. Japan Atomic Energy Agency(JAEA)는 이 S-I 사이클을 30l/시간 규모로 파일럿 시설에서 시범하였고, 2020년까지 60,000㎥/시간의 수소를 생산할 수 있는 대규모 S-I 공장을 완결할 목표를 가지고 있다. 미국이 선정한 여덟 개의 우수한 열화학적 사이클에 하이브리드 황 사이클, UT3 사이클, Ispra 하이브리드 사이클과 함께 이 황-옥소 사이클이 포함되었다(Gas Research Institute).

○ 옥소의 가격과 가용성으로 이 사이클의 경제적 타당성에 의문을 제기할 수도 있다. 세계의 연간 옥소 생산량 20,000톤과 세계의 비축량 15×106톤에 비교하여 공장 규모를 결정하여야 한다. 다른 문제는 옥소의 손실에 관한 것이다. 어떤 연구는 수소 생산비용 목표(kg-H2당 2불 차원)를 달성하려면 옥소 손실이 10-4㏖보다 적어야 한다고 한계를 설정한바 있다(Vitart, X., Le Duigou, A., Carles, P., Energy Conversion and Management, 47(2006), pp. 2740~2747).

저자: Leybros, J., Gilardi, T., Saturnin, A., Mansilla, C., Carles, P.
자료유형: 학술정보