김 태 희 기자

연료전지자동차의 연료로 쓰이거나 에너지 저장을 위해 사용될 수소에너지는 전기분해나 열분해, 개질기를 통한 방식 등으로 얻을 수 있지만, 이러한 방식을 구동하기 위해서는 기존의 화석 에너지를 사용해야 했기 때문에 환경 문제가 늘 제기되어왔다. 때문에 한국에너지기술연구원은 태양열을 이용한 ‘초고온 고집광 태양로’를 새롭게 개발했다. 이 기술은 수소 생산에 필요한 높은 온도의 열을 태양에너지로부터 얻을 수 있기 때문에 수소에너지의 상용화를 앞당길 수 있는 기술로 평가받고 있다.

새롭게 개발된 태양로는 포물면을 갖는 집광기와, 집광기로 수평광을 보내주는 헬리오스탯(Heliostat)으로 구성된다. 이 헬리오스탯은 태양의 고도 및 방위를 계산해 정밀하게 추적하고 태양광을 반사해 포물면 집광기로 수평광을 보내 태양에너지를 모은다. 태양광을 집광하게 되면 높은 온도를 얻을 수 있는데, 집광율에 따라 얻을 수 있는 온도를 조절할 수 있다. 1차 집광기를 사용할 때 3,000배의 집광이 가능하며 온도를 약 1,600℃까지 올릴 수 있고, 2차 집광기를 사용하면 1만배 집광으로 현재 2,200℃ 이상까지 온도를 올릴 수 있다. 이는 다단계 공정을 통해 물로부터 수소를 확보할 수 있다.

이와 같이 높은 열을 이용하기 위해서는 태양 위치의 정확한 추적과 태양광의 반사 기술이 요구된다. 이번 헬리오스탯은 100m2의 반사면적을 가지고 있으며, 태양추적 및 반사 정밀도는 3mrad(0.17°)로 세계적 수준을 갖고 있다. 100% 국내 기술로 개발된 태양로의 규모는 40kWt로 독일, 스위스 등이 보유하고 있는 태양로와 동일한 용량이다. 이로써 해외에서 수행 중인 태양연료 및 고온용 재료에 대한 연구도 국내에서 가능하게 되었고, 이를 통해 세계적 경쟁력까지 갖추게 되었다.

이 태양로는 다양한 온도대의 고온이 요구되는 수소 생산반응 기술에 활용될 수 있다. 메탄 수증기 개질반응이나 메탄 직접분해 반응을 통해 수소를 얻을 수 있으며, 수증기 개질반응의 경우 반응전과 비교해 약 25% 정도 향상된 열량의 반응 생성물을 얻을 수 있다. 현재의 열화학적 방법은 태양광으로부터 열을 얻을 수 있기 때문에 재생 가능한 청정공정이며, 높은 전환 효율을 가질 수 있고, 태양에너지를 화학에너지로 변환해 장기간 저장하거나, 장거리 수송이 용이하다는 점 등 다양한 장점을 가지고 있다.

앞으로 이 태양로는 물을 이용한 다단계 수소생산반응으로 수소를 얻을 수 있는 연구에 활용할 예정이며, 일본 니가타 대학 등과의 국제 공동연구로 새로운 기술에 적용할 예정이다. 연구책임자인 강용혁 박사는 “고집광 태양로의 국산화는 연료전지 자동차 등에 사용될 연료와 석유, 석탄을 대체할 발전용 연료로 쓰일 수 있는 미래 에너지인 수소를 생산하는데 사용될 것이며, 신물질 제조기술이나 우주산업 대응 기술로까지 확장이 가능할 것”이라고 밝혔다.

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