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태양열을 이용한 수소 제조기술의 최근 동향

전문가 제언: ○ 수소는 지속 가능한 친환경 에너지매체로 주목받고 있다. 수소 제조공정에는 열화학공정의 물 열분해를 통해 수소를 생산하는 공정이 있으며 최근 10년간 많은 연구가 이루어지고 있다. 이 자료는 태양광 집광으로 얻어진 고온 열로 물을 열분해하여 수소를 생산하는 시스템의 최근 개발동향을 소개하고 있다. 여기에는 초고온 가스냉각 원자로의 고온 열을 이용하는 방법도 있으나 태양광 집광으로 1,400도 이상의 고온을 만들고 금속산화물 열 환원/열 분해반응의 2단계 반응시스템으로 수소를 생산하는 기술의 연구개발동향이다.

○ 고온 열을 활용하여 수소를 생산하는 S-I공정은 2005년에 일본이 상압에서 세계 최초로 수소와 산소를 연속 생산함으로써 이론적으로뿐만 아니라 실제 실현 가능함을 입증하였다. 또한 2008년에 미국의 GA와 SNL이 프랑스의 CEA와 함께 가압상태에서 상용물질을 사용하여 엔지니어링 측면에서 S-I공정을 입증하였다. 중국도 2009년에 상압운전에 성공한 후 가압운전을 준비 중에 있다. 한국은 에너지기술연구원에서 2006년에 상압에서 세계 최초로 전기투석을 이용한 HI농축을 통해 3.5리터/시간의 수소 발생을 확인한 바 있다.

○ 태양광을 집광하여 고온의 열을 만들고 이를 활용하여 물 페라이트계 철 산화물과 세리아계 산화물의 물 열분해 반응시스템은 EU의 HYDROSOL 프로젝트로 대표되는 honey-com 반응기 방식, 미국 SNL의 회전 링 방식 반응기, 한국 에너지기술연구원과 일본 Niigata대학이 공동 개발하는 발포체 반응기 등이 있다. 또한 스위스의 Paul Scherrer 연구소와 프랑스의 PROMES-CNRS도 세리아를 발포체로 사용하는 물 열분해 반응시스템을 개발하고 있다.

○ 미국 남서부, 지중해연안, 오스트레일리아, 중동 및 북아프리카 등 연간 직사일사량이 1,800kWh/입방미터가 넘는 소위 sun-belt 지역에서 태양광을 이용한 물 열분해로 생산한 수소를 일본 등지의 소비처로 수송하는 비즈니스모델이 구상되고 있는데 기술 경제적 타당성분석에 따라서는 sun-belt 지역의 새로운 비즈니스 사업이 될 가능성이 높다.

저자: T. Kodama & N. Gokon
자료유형: 학술정보