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태양열을 이용하여 물과 이산화탄소의 열화학적 분리에 사용되는 산소교환재료

전문가 제언: ○ 수소는 온실효과가스를 생성하는 화석연료를 대체할 수 있는 유망한 에너지원이다. 수소는 현재 공업적으로는 전기분해나 탄화수소의 수증기 개질로 생산할 수 있으나 이산화탄소의 발생과 에너지 효율의 문제로 그 이용은 한정적이다. 집중된 태양 에너지를 일차원적인 에너지원으로 사용하는 열화확적인 물분해 사이클이 대안으로 제시되고 있다. 직접 물을 분해하려면 약 2500K의 고온이 필요하므로 이를 해결하기 위해 촉매(반응 중간물)가 사용된다. 혼합된 금속 산화물은 태양 열화학 사이클을 사용하여 수소를 생산하는 유망한 중간물(촉매) 후보이다. 이들 사이클은 금속산화물과 촉매를 포함하는 두 단계로 진행되는 경우가 많다.

○ 태양열의 열화학 레독스 사이클은 가장 일반적으로 반응성 중간물로서 금속산화물(MO)을 이용하여 두개의 별도의 환원/산화 단계에서 일어난다. 첫 단계에서 금속산화물은 집광된 태양에너지에 의해 생성된 고온에서 환원되며 다음 단계에서 환원된 산화물은 낮은 온도에서 H2O 및 CO2와 반응하여 수소와 일산화탄소를 생성한다. 결과로서 생긴 합성가스혼합물은 Fischer？Tropsch 합성 등의 산업적으로 확인된 기술을 사용하여 대체가능한 탄화수소(가솔린, 디젤, 등유 등)로 촉매적으로 전환된다.

○ 본고는 태양열의 열화학 레독스 사이클서 이용되는 최신의 금속산화물 레독스 페어(pair) 중에서 산화철, 페라이트, 허시나이트, 세리아, 도핑된 세리아, 퍼로브스카이트 등의 물성과 연구 현황 등을 종합적으로 소개하고 있어 이 분야 연구에 큰 도움이 될 것이다.

○ 열화학 사이클에 대한 국내연구는 일부 국내 대학에서 활발히 수행되고 있으며 특히 인하대학의 신에너지 기술연구실에서는 국내에서 유일하게 5kWth 규모의 접시형 고온 태양열 시스템을 활용한 수소생산기술을 연구하고 있어 그 결과가 기대되고 있다.

저자: Jonathan R. Scheffe, Aldo Steinfeld
자료유형: 학술정보