[외신 번역/자체 번역] 금속 연료가 청정 에너지가 될 수 있을까? 2편

원문 기사: https://www.chemistryworld.com/news/burning-metal-to-make-clean-energy/4014723.article

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독특한 장점

영국의 워릭 대학 소속의 에너지 시스템 전문가 Wei He 는 이렇게 말합니다. "이상적으로는 높은 에너지 밀도와 높은 에너지 효율성, 환경에 나쁜 영향을 미칠 가능성이 낮은, 가능한 한 저렴한 비용을 가지는 에너지 운반체가 필요한 상황이지만 아직까지 우리에게는 그러한 기술이 없다는 게 문젭니다."

 

그는 배터리 기술이 현재 많은 시장 요구 사항을 충족하는 데 가장 적합하다며, 특히 왕복 효율(기존에 저장된 전기 에너지에 대해 에너지 운반체에서 회수할 수 있는 전기 에너지의 비율 측정)은 금속 연료를 능가한다고 말합니다. 리튬 이온 배터리는 최대 95% 왕복 효율에 도달할 수 있지만 금속 연료에서는 이것이 약 40%로 제한됩니다. 화석연료를 태울 때 활용되는 에너지 수준과 유사하게 금속 연료에 저장된 에너지의 절반 정도만이 연소 시 온디맨드 전력으로 전환될 수 있기 때문입니다.

 

그러나 그는 금속 연료의 높은 에너지 밀도(리튬 배터리의 약 10배)와 장기적인 안정성을 고려할 때 금속 연료가 특정 상황에서 보완적인 역할을 할 수 있다고 생각합니다. Wei He는 풍력 에너지나 태양열 에너지와 같은 재생 가능 에너지원이 더 많은 전력을 공급함에 따라 에너지 인프라의 요구 사항이 변경될 것이라고 지적합니다. 금속 연료는 여러 위치에 청정 에너지를 저장하는 방법을 제공하여 지역 에너지원이 생산량이 적을 때(예: 바람이 적거나 구름이 많은 기간) 부담을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. "전력 시스템이 더 탈탄소화되었을 때, 이러한 에너지 저장 기술에 대한 필요성은 지금보다는 확실히 더 높을 겁니다."

 

Wei He는 이상적인 상태에서는 강력한 전기 전송 시스템이 재생 가능 에너지가 생산되는 위치에서 장거리로 전기를 분배할 수 있다고 설명합니다. 그러나 그러한 시스템에 들어갈 비용은 천문학적이며 , 청정 에너지에 대한 접근성이 낮은 일부 지역에는 도달키 어렵다는 현실적인 문제도 존재합니다. "그래서 대안적인 전송 시스템이 매우 가치가 있을 거예요. 왜냐면 현대 사회에서 거의 대부분의 지역은 도로와 기반 시설을 갖추고 있으니까요. 기존 기반 시설을 사용하여 일부 에너지를 수송할 수만 있다면, 그걸로 우리의 전기 전송 시스템을 보완할 수 있을 겁니다. 아주 저렴한 해결책이 될 수 있겠죠."

 

그러나 그는 금속 연료에 '독특한 장점'이 많기는 해도, 초기에 얼마나 많은 투자를 유치하고 기술 개발에 얼마나 많은 사람들이 참여하는지에 금속 연료의 미래 대부분이 달려있다고 말합니다. 

 

기본적인 질문

Bergthorson은 특히 금속 입자가 연소하는 방법에 대한 기본적인 사항을 탐구하는 데 관심이 많은 인물입니다. "연구에 대한 질문은 끝이없죠. 그 중 하나는 얼마나 빨리 금속을 태울 수 있을까? 고요. 이 속도는 발전소에서 이 연료를 안정화하는 데에 있어 아주 핵심적인 질문입니다. 연소 생성물은 무엇일까? 그들은 어떻게 생겼을까? 태우는 조건에 따라 어떻게 달라질까? 화염의 구조는 어떨까? 그들은 어떻게 작동할까? 정말 무궁무진합니다."

 

Bergthorson의 팀은 아인트호벤(Eindhoven), 에어버스(Airbus), 유럽 우주국(European Space Agency)과 협력하여 궤도 이하 비행에서 금속 입자가 미세 중력 조건에서 연소되는 Perwave라는 프로젝트에 참여했습니다.

목표는 무기한 재활용입니다.

Bergthorson은 "산화 가스 속에서 움직이지 않는 철 입자의 현탁액을 만들 수 있습니다. 그런 다음 크세논을 불활성 가스로 사용합니다. 크세논은 무겁고 열 전달을 늦추기 위해 매우 낮은 열확산율을 가지고 있습니다." 라고 말합니다. "불꽃이 철 입자를 통해 전파됨에 따라 우리가 탄화수소 연료에 익숙했던 것과는 매우 다른 유형의 작용을 보여줍니다. 물리적으로 완전하게 다르죠. 우리들은 이제 막 이것에 대해 연구하기 시작했고, 이 독특한 화염의 속성이 실제로 적용되면 어떻게 나타나는지 보고 싶습니다."

 

더 많은 연구를 통해 금속 연료의 에너지 효율성이 증가하고 연료 수집 및 재생과 관련된 손실이 최소화될 수 있기를 바랍니다. 일부 연구자나 과학자는 여전히 금속 연료가 에너지 문제에 대한 지속 가능한 해결책으로 간주될 수 있는지에 대해 의문을 품고 있습니다. Bergthorson은 모든 대체 에너지 시스템에는 새로운 기반 시설과 재료 비용이 필요하다고 덧붙입니다.

 

출처: © Airbus sounding rocket team Bremen / 금속 가루에 불을 지피고 이것들이 어떻게 타는지 연구합니다. 가루들이 중력에 의해 뭉치기 때문에 무중력 상태해서 행해야합니다. 무중력 상태에서는 금속 가루가 균일한 간격을 두고 떨어지기에 실험이 용이합니다.

 

"금속 연료 비축량을 늘려야할 초기에는 약간의 추가 채굴이 필요할 겁니다. 그러나 우리는 이 에너지를 무기한으로 재사용, 재활용하려는 목표를 가지고 있습니다. 화석 연료를 사용하는 것처럼 일회 사용에 그치는 것이 아닌, 1000, 10,000, 1,000,000번 순환하는 방법론에 대해 연구할 계획입니다." 그에게는 금속 연료 연구에 있어 이 부분 가장 핵심적이라고 말합니다. 그의 논증 '현재까지 제시된 가장 많은 양의 탄소중립' 에도 이러한 그의 주장이 잘 드러납니다. "같은 철을 계속해서 반복 사용하는 거죠. 한 곳에서 충전하고 다른 곳에서 방전하게끔."

 

금속 연료는 먼 미래의 이야기처럼 들리겠지만, 이미 여러분이 생각하는 것보다 훨씬 더 일반적입니다. 녹색 에너지 전환에 대한 가장 큰 희망 중 하나로 간주되는 수소는 그 자체로 알칼리 금속으로 간주될 수 있습니다. 연구에 따르면 높은 압력에서의 수소는 금속 구조를 가질 수 있다는 사실이 밝혀졌기 때문입니다. "수소는 엄밀히 말하면 금속 연료입니다. 탄소를 포함하지 않는 모든 지속 가능한 옵션은 모두 금속 연료입니다. 현재 널리 사용되는 배터리는 리튬 이온 배터리, 니켈-금속 수소화물 배터리, 알루미늄-공기 배터리이고, 일부 금속 연료를 사용하기도 합니다. 따라서 금속 연료는 늘 우리 주변에 있으며, 이제는 이 과도기에서 금속 연료가 큰 역할을 할 수 있음을 많은 사람들이 인식해야 할 때라고 봅니다."

 

 

추가 정보

P Julien and J M Bergthorson, Sustainable Energy Fuels, 2017, 1, 615 (DOI: 10.1039/c7se00004a)

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 Jamie Durrani                                                                                                                                       Science correspondent, Chemistry World

 

 

 

 

 

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