신재생에너지(핵융합, 바이오가스, MHD, 빙축열시스템) 기술 소개

신재생에너지 개요

신재생 에너지는 지구 온난화 및 화석연료의 대체 에너지로 지금까지 인류가 연구 계발한 결과한 결과이며 지속가능한 발전과 인류 생존을 위하여 필요한 에너지 입니다. 이에 신재생에너지에 대해 종류 및 기술을 소개하고자 이글을 작성 했습니다.

태양광 에너지

핵융합 에너지

핵융합 에너지핵융합은 수소, 헬륨 등 가벼운 원소가 충돌하여 무거운 원소로 바뀌는 반응원리입니다. 바닷물 내부에 0.015%의 비율로 포함된 중수소를 연료로 사용할 수 있으며, 방사성 물질이 발생하지 않는 등 장점이 많으나 고온, 고밀도의 플라스마 처리기술이 개발 단계에 있어 실용화되기까지는 많은 시간이 필요합니다. 중수소와 삼중수소를 1억℃의 온도로 가열하면 핵융합 반응이 일어나면서 질량 결손이 발생하며 결손 질량만큼의 에너지가 발생하는 것을 이용하는 것이 핵융합로입니다. 그러나 중수소를 1억℃로 올리는 과정이 매우 어려워 실용화하기가 쉽지 않습니다.

즉 지구상에는 1억℃를 가둬 놓을 물질이 없기 때문에 그 대안으로 강력한 자기장을 만들어 그 안에 가둬 놓는 방법을 고안하여 실험해 왔습니다. 핵융합 실험 장치를 토카마크라고 하며, 현재 세계 4대 토카마크로는 미국의 TFTR, 러시아의 T10M, 유럽공동체의 JET, 일본의 JT6O이 있습니다. 국내에서는 기초과학지원연구소 주관으로 여러 대학 및 기업들과 같이 연구 및 사업을 수행하고 있습니다.

바이오가스(biogas) 발전

바이오가스 발전은 태양광으로 합성되는 유기물을 가스화하고 연소시켜 전기로 변환시키는 기술입니다. 유기물을 가스화하여 발전하는 기술은 크게 두 가지로 구분되며 첫째는 나무, 건초, 농산물의 줄기를 비롯한 목질계 바이오매스를 건류하거나 열적 또는 촉매를 이용한 가스화 반응을 통하여 가스화하고 이를 연소시켜 가스 엔진이나 터빈을 돌려 열과 전기를 얻는 것으로 보통 바이오매스 가스화 발전이라 하고, 다른 하나는 물을 많이 함유한 유기물이 혐기상태(산소가 공급되지 않는 상태)에서 발효되며 발생하는 메탄가스를 이용하는 발전 방식이 있습니다. 종래에는 유기물 농도가 높은 축산 분뇨 폐수, 전분질 폐수 등을 혐기 소화 처리할 때 발생하는 메탄가스를 이용하여 발전하는 것에 국한되었으나, 최근에는 유기성 고형 폐기물(음식 쓰레기 등)을 반응기 안에서 혐기 소화시킬 때 나오는 가스를 이용하거나(바이오가스 발전) 또는 이들을 매립하였을 때 발생하는 농도 50∼70%의 메탄가스를 이용하는(매립지 가스 발전) 방식도 보편화되고 있습니다. 바이오가스 발전이 최근 급속히 보급되고 있는 것은 먼저 바이오매스 자원은 이용되지 않을 경우 폐기물로써 주변 수계나 토양을 오염시킬 수 있기 때문이다. 따라서, 이들 폐기물성 바이오매스 자원(예를 들면, 축산 폐수, 음식 쓰레기, 폐지 등)은 재활용되거나 에너지로 재순환되지 않으면 폐기물로 환경 문제를 일으키게 됩니다. 또 다른 이유는 바이오매스 에너지를 이용하면 화석 연료와는 달리 대기 중의 CO2를 증가시키지 않고 순환되기 때문이다. 즉, 바이오매스의 생장기간 동안 CO2는 유기물로 고정화되고 이를 연소시키거나 분해시키면 CO2가 방출되는 사이클이 반복되어 CO2보다 11배나 강력한 지구 온난화 물질인 대기 중의 메탄을 연소시켜 CO2로 방출하는 효과도 있습니다(지구상의 유기물은 결국 장기간에 걸쳐 분해되면서 메탄을 발생시킵니다). 우리나라에서는 대체 에너지 기술 개발 사업으로 연구가 진행 중이나 경제성과 매립지 자체의 문제와 수분이 많은 특성 때문에 아직은 실용화되지 못하고 있습니다. 그러나 최근에는 매립지 자체의 문제는 많이 해결되었고 한정된 매립지의 효율적인 이용이 요구되고 있기 때문에 앞으로는 보급이 많이 늘어날 것으로 전망되고 있습니다.

MHD 발전

MHD(magneto hydro dynamic) 발전은 고효율의 신발전 방식 기술 중의 한 분야입니다. 자장 속을 유체가 운동을 하면 자장의 방향 및 유체의 운동 방향과 각각 직각이 되는 방향으로 전류가 발생하는 패러데이의 전자유도 법칙을 응용한 것입니다. 전기전도성 유체(이온화된 가스 또는 액체금속)를 강한 자장이 걸린 유체 관 속으로 고속으로 통과시켜 작동 가스에 생기는 초 전력으로 전기에너지를 얻는 발전 방식입니다. MHD 발전은 작동유체에 따라 액체금속 MHD 발전(작동유체가 나트륨, 칼륨 등의 금속), 비평형 MHD 발전(작동유체가 헬륨, 아르곤 등의 희가스), 연소 MHD 발전(작동유체가 화석연료 등의 고온 연소가스)으로 분류됩니다. 석탄과 같은 화석연료를 사용하며, 증기터빈 발전과의 복합발전이 가능하여 발전 효율 면에서나 용량 면에서 기존의 화력발전소를 대체할 수 있는 새로운 발전기술입니다.

빙축열시스템

빙축열냉방시스템(Ice Thermal Storage System)은 야간에 얼음을 생성하여, 저장하였다가 주간에 이 얼음을 녹여서 건물의 냉방에 활용하는 시스템입니다. 이 시스템의 장점으로는 열원기기의 운전 시간이 연장되므로 냉동기 및 열원설비 용량의 감소가 가능하고, 심야전력 사용에 따른 전력 사용료의 절감과 수전설비와 계약전력 감소에 의한 기본 전력비의 절감이 가능합니다. 공급 열원기기를 전부하 연속 운전에 의해 정격 운전이 가능하고, 부하 변동이 심하거나 공조 계통 시간대가 다양한 곳에서도 안정된 열공급이 가능합니다. 건물의 증설 또는 용도변경에 따른 미래부하 변화에 대한 적용성도 높습니다. 단 빙축열 시스템의 설치 운용에 있어서 축열조 설치에 따른 소요 공간과 초기투자비가 증가하고, 운전시간 장기화에 따른 관리 인건비가 상승하며, 심야 운전에 따른 진동 또는 소음 등의 환경 문제에 대한 대책이 요구되고 있습니다. 동작 원리는 물이 얼음으로 변할 때나 녹을 때에 발생하는 잠열을 이용, 냉방 열원으로 사용합니다.