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태양열 수소 생산법의 엑서지 분석

전문가 제언: ○ 본문은 태양에너지를 이용한 여러 가지 수소 제조 기술의 엑서지 효율과 이에 해당되는 지속가능 지수를 비교하였다. 그러나 지속가능성은 개념적으로 파괴 엑서지보다는 온실가스 배출에 따른 환경 문제에 더 직접적인 관계가 있는 것으로 느껴진다. 아울러 아직 개발 단계에 있음을 인정하더라고 경제성 분석이 추가되었으면 하는 아쉬움이 있다.

○ 기술적으로 엑서지(exergy)는 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 에너지 보전 법칙에 의한 에너지 수지보다는 이 엑서지 수지를 취함이 더 현실적이다. 에너지 보전 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.

○ 광-생물학적 수소 생산의 전환 효율이 아직 매우 낮은 것으로 본문은 기술하고 있으나 분석자는 견해를 달리 한다. 조류는 광합성으로 물 분자를 수소 이온(H+)과 산소로 분리하는 데 이 수소 이온은 뒤이어 수소화 효소에 의해 H2로 전환된다. 수소화균은 산소에 의하여 활성이 억제됨으로 바이오-H2 생산을 위한 조류 배양은 혐기성 조건이어야 한다. 먼저 호기성 단계에서 조류가 광합성에 의하여 성장한다. 둘째 단계인 혐기성 분위기에서는 조류에게서 황을 박탈하여 수소의 생산을 촉진한다. Melis와 Happe(2001)는 이 방법으로 처리된 녹색조류의 최대 이론적 H2 생산은 80kg/에이커/일이라 밝혔다.

저자: Joshi, A.S., Dincer, I., Reddy, B.V.
자료유형: 학술정보