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산화세륨을 이용하여 밀집 태양열에 의한 CO2와 H2O의 열화학적 분해

전문가 제언: ○ 본문은 지구상에 구리만큼 풍부한 금속인 세륨의 산화환원 반응을 이용하여 이산화탄소 또는 수증기를 환원시켜 연료를 얻는 공정을 소개했다. 여기에 필요한 에너지는 태양열을 집중시켜 얻고 부산물로 생성되는 산소는 불활성 기체인 질소를 주입하여 배기시킨다.

○ 산화세륨의 환원은 고온에서 이루어지며 이 때 태양열이 조사되어 산화세륨은 그 구성 산소에 일부를 잃고 환원된다. 이 단계에서는 산소가 방출된다. 산화세륨의 산화 반응은 그 보다 낮은 온도에서 진행되는데 이 때 원료 가스(CO2 또는/그리고 H2O)는 산소를 금속에게 잃고 연료로 전환된다. 따라서 공정은 산화 단계와 환원 단계의 사이클을 가질 수밖에 없다.

○ 본문은 열 회수는 고려하지 않고 CO2와 H2O 분해의 최고 순간 효율은 각각 0.8 및 0.7%에 이른다고 주장한다. 시간에 걸쳐 투입 원료를 평균 80% 분해 시키려면 원료 CO2와 H2O의 순간분해는 효율 0.4%가 필요하나 본문의 결과는 이 값을 넘는다는 주장이다.

○ 열화학적 수증기 또는 이산화탄소의 분해에서 문제는 산소와 생성된 연료 가스가 공존하는 동안 재결합할 확률이 크다는 점이다. 이를 극복하기 위하여 탄소 같은 제3의 물질을 투입하여 유리 산소를 snatch하기도 한다. 본문이 설명한 기술의 장점은 유리 산소를 생성연료와 분리하여 배출하기 때문에 이 문제가 없고 순수한 산소를 부산물로 얻는다는 점이다. 이 부생 산소를 유용하게 사용할 수 있다면 공정의 경제성이 대폭 향상될 것이다.

○ 본 공정은 기공성 산화세륨을 통한 물질전달 속도가 제한 요소라 하는데 이는 세륨 매질의 가열속도가 결정한다고 한다. 따라서 밀집 태양열을 조리개 위에 정확하고 낭비 없이 조사하는 것이 매우 중요하다. 이 점에서 이 기술은 태양열 탑이나 태양열 접시 같은 태양열 집중 기술과 밀접하게 관련된다.

저자: William C. Chueh, et al.
자료유형: 학술정보