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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(73)] 물로 전기 생산하는 휴대용 발전기, 워터릴리 터빈

물을 전기로 바꿔주는 '수차(워터릴리 터빈)'가 개발돼 가정에서 지속가능한 에너지 생산에 힘을 보태고 있다. 태양광 패널만이 자가 발전의 유일한 수단은 아니다. 가정에서 에너지를 생산하는 방법은 점점 다양해지고 있으며, 그중 하나가 물을 전기로 바꾸는 '워터릴리 터빈(WaterLily Turbine)'이다. 워터릴리 터빈은 흐르는 물과 강에서 에너지를 쉽게 활용할 수 있는 휴대용 발전기다. 이 장치는 휴대폰 충전도 가능하며, 초기 투자 비용은 비교적 저렴하고 에너지 생산 과정은 무료라고 에코뉴스가 전했다. 물을 전기로 변환하는 이 바퀴는 캐나다에 본사를 둔 씨포매틱스(Seaformatics) 제품으로, 오지 등 전기가 없는 지역에서 전자 기기에 전력을 공급할 수 있다. 워터릴리 터빈의 주요 부품은 내구성 있는 케이스 안에 있는 프로펠러다. 이 장치를 물에 담그거나 바람이 불면 프로펠러가 회전해 전기를 생산한다. 생산된 전기는 방수 케이블을 통해 휴대폰, 카메라, 보조 배터리 등을 충전하는 데 사용된다. 물로 휴대폰 충전 가능 워터릴리 터빈은 악천후에도 발전을 멈추지 않는다. 비나 눈이 내리는 날, 흐린 날에도 꾸준히 물이 흐르기만 하면 전기를 생산할 수 있다. 따라서 야외 활동, 캠핑, 전기가 없는 오지 등에서도 유용하게 사용할 수 있다. 씨포매틱스는 최대한의 전력 생산과 휴대성을 고려해 프로펠러를 설계했다. 그 결과 약 1.4kg의 휴대용 터빈이 탄생했으며, 최대 15W의 전력을 생산할 수 있다. 이 정도 출력이면 휴대폰, 카메라, 소형 전자기기, 보조 배터리, 캠핑용 조명이나 스피커 등을 충전하기에 충분하다. 15W 에너지와 극한의 에너지 효율 워터릴리 터빈은 물의 흐름 속도에 따라 1mph에서 최대 7mph 이상의 흐름에서 최대 15W까지 에너지를 얻을 수 있다. 이러한 융통성 덕분에 완만한 개울부터 강이나 급류까지 다양한 환경에서 사용할 수 있다. 소규모로 전기를 생산하는 것은 쉽지 않지만 워터릴리 터빈과 같은 가정용 발전 장치는 에너지 생산과 자가 소비의 미래를 이끌어 갈 것으로 보인다. 이러한 기술은 탄소 배출량 감소에도 기여하며, 가정에서도 친환경 에너지 생산을 가능하게 할 것이다.
- 포커스온
2024-07-09
[신소재 신기술(57)] 영국 스타트업, AI로 희토류 없는 영구자석 개발

영국의 한 스타트업이 인공지능(AI)을 활용해 희토류를 사용하지 않고도 영구 자석을 제작했다. 런던에 본사를 둔 스타트업 머티리얼스 넥서스(Materials Nexus)는 영국 헨리 로이스 연구소 및 셰필드 대학교와 협력해 AI 기반 소재 발굴 플랫폼을 활용해 희토류 원소를 사용하지 않고 새로운 영구 자석인 '마그넥스(MagNex)'를 개발했다고 인터레스팅엔지니어링(IE)이 11일(현지시간) 보도했다. 영구 자석은 외부 에너지 공급 없이도 자기장을 유지할 수 있는 자석이다. 전자레인지 문이나 스피커, 하드디스크 드라이브뿐만 아니라 풍력 터빈 로터, 첨단 로봇, 전기자동차(EV)에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다. 현재 사용되는 영구 자석은 네오디뮴과 디스프로슘 등과 같은 희토류 광물을 사용해서 만들어진다. 이들은 매우 희귀하며 공급망 문제에 매우 취약한 광물이다. 머티리얼스 넥서스는 강력한 인공지능 모델을 활용해 기존 재료를 대체하거나 프로세스를 줄이는 새로운 재료를 설계해 산업생산 과정의 여러 문제를 해결하고자 했다. 새로 개발된 영구 자석 제작은 기존 프로세스보다 200배나 빨랐고, 탄소 배출량은 70%나 절감됐다. 조나단 빈(Jonathan Bean) 머티리얼스 넥서스 공동 설립자 겸 CEO는 "이 AI 기반 플랫폼은 원하는 물성을 지닌 원소 조합을 빠르고 체계적으로 주기율표에서 검색한다. 모든 데이터는 자체 양자역학 계산을 통해 생성되기 때문에 실험 데이터 세트보다 정확성과 범위가 넓다. 이 데이터는 기계 학습 알고리즘을 통해 입력되고 최적의 공식을 생성한다"고 설명했다. 1억개 이상 후보 물질 조성 연구팀은 이 기술을 희토류를 사용하지 않는 영구 자석 개발에 적용하여 1억 개 이상의 후보 물질 조성을 분석해 새로운 유형의 영구 자석을 제작했다. 보도자료에 따르면 연구팀은 3개월간의 설계 및 테스트를 거쳐 기존 방식 대비 20% 저렴한 소재 비용으로 마그넥스를 개발하는데 성공했다. 개발 속도는 기존 방식의 200배나 빨랐다. 셰필드 대학의 야금 및 재료 가공교수인 이안 토드(Iain Todd)는 "머티리얼스 넥서스와의 첫번째 협력이 이처럼 긍정적인 결과를 낳게 되어 매우 기쁘다"고 말했다. 토드 교수는 "재료 발견을 위해 AI를 사용하는 머티리얼스 넥서스의 접근 방식과 셰필드의 헨리 로이스 연구소에서 고급 합금을 제조하기 위해 보유하고 있는 세계적인 시설이 결합되어 새로운 자성 재료를 놀라운 속도로 개발할 수 있었다. 이 접근 방식의 추가적인 이점은 현재 사용 가능한 희토류 재료에 비해 탄소 배출량이 70% 감소한다는 것이다"라고 강조했다. 탄소 배출량 70% 감소 빈 CEO는 "AI 기반 재료 설계는 자기 뿐만 아니라 재료 과학 전체 분야에도 영향을 미칠 것"이라면서 "이제 우리는 모든 종류의 산업 요구에 맞는 새로운 재료를 설계할 수 있는 확장 가능한 방법을 확인했다"고 말했다. 그는 "마그넥스에 대한 소재 발굴 재료 검색에 3개월이 걸렸다. 데이터 세트와 기능을 확장함에 따라 검색 속도도 더욱 빨라질 것"이라고 IE와의 인터뷰에서 밝혔다. 빈은 또한 "이미 반도체, 촉매제, 코팅 등 다양한 제품 분야에 대한 광범위한 관심을 불러일으켰다. 점점 더 시급해지는 공급망과 환경 문제 해결을 위한 새로운 소재 개발에 시장 수요를 충족시키는데 우리 플랫폼이 어떤 역할을 할지 기대된다"고 덧붙였다. 마그넥스의 개발은 희토류 없는 영구 자석 제조 기술의 발전을 가속화하고 미래 청정 에너지 개발에 기여할 것으로 잔망된다.
- 포커스온
2024-06-12
희토류 원소 방사성 '프로메튬' 비밀 80년 만에 밝혀져

특수 용도로 사용되는 희토류 원소인 방사성 물질 프로메튬(promethium)이 발견된 지 80년 만에, 과학자들이 처음으로 프로메튬의 신비하고도 중요한 특성을 밝혀내 주목된다고 라이브사이언스가 전했다. 프로메튬은 주기율표의 맨 아래 15개의 란타넘족에 속해 있는 원자번호 61번의 원소다. 희토류로 알려진 프로메튬은 강한 자성과 특이한 광학 특성을 포함해 여러 가지 유용한 특성을 나타내 현대 전자 장치 소재로 중요하게 사용된다. 프로메튬은 안정된 동위원소는 없고 방사성 동위원소들만 존재한다. 프로메튬은 미국 오크리지 국립연구소(ORNL: Oak Ridge National Laboratory)가 지난 1945년 처음으로 발견했다. ORNL 연구원들이 발견한 프로메튬 자체는 원자 배터리 및 암 진단 분야에서 적용됐다. 그러나 이 원소의 화학적 성질은 지극히 일부만 알려졌고, 이 때문에 더 널리 사용되는 것은 지금까지 불가능했다. 방사성 원소를 연구하는 것 자체가 적합한 샘플 확보의 어려움으로 인해 수십 년 동안 높은 장벽으로 작용했던 것. 연구팀인 ORNL의 알렉산더 이바노프는 "프로메튬에는 안정된 동위원소가 없고 모두가 방사성이기 때문에 시간이 지남에 따라 다른 원소로 붕괴된다. 프로메튬은 핵분열 과정을 통해 얻어지기 때문에 특히 희소하고 연구하기 어렵다"고 말했다. 그런데 작년에 개발된 프로메튬 생산 방법을 사용, ORNL 연구팀은 이 동위원소를 원자로 폐기물로부터 분리, 연구를 위한 가장 순수한 샘플을 만들어내는 데 성공했다. 그 후 연구팀은 이 샘플을 금속 원자를 가두기 위해 특별히 고안된 분자인 리간드(수용체에 결합하는 항체·호르몬·약제 등의 분자)와 결합해 물속에서 안정적인 복합체를 형성했다. PyDGA로 알려진 배위 분자(리간드 배위 결합을 통해 형성된 분자)는 9개의 프로메튬-산소 결합을 형성했다. 이 결합은 연구팀에 프로메튬 복합체의 결합 특성을 분석할 수 있는 기회를 처음으로 제공했다. 그러나 분석하는 일도 쉽지는 않았다. 프로메튬이 방사성이었기 때문에 일단 붕괴되면, 주기율표상 인접 원소인 사마륨으로 변환된다. 사마륨 형태로 소량의 오염이 발생하게 됐던 것이다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 ‘싱크로트론 기반 X선 흡수 분광법’이라는 극도로 전문화된 기술을 사용했다. 입자 가속기에 의해 생성된 고에너지 광자는 프로메튬 복합체에 충격을 가해 원자의 위치와 결합 길이의 그림을 만들었다. 금속-산소 결합 길이의 미묘한 차이를 통해 팀은 오염된 사마륨과 관계없이 주요 프로메튬-산소 결합 분석에 집중할 수 있었다. 결국 이런 방식을 통해 연구팀은 처음으로 프로메튬의 특성을 다른 희토류 복합체와 비교할 수 있었다. 리간드는 모든 란타넘족 원소에 안정적인 복합체를 형성할 수 있는 방법을 제공했다. 동일한 원소 비율과 동일한 종류의 기하학적 구조를 가질 수 있게 된 것이다. 이로써 복합체의 기본적인 물리적 화학적 특성을 연구할 수 있었다. 란타넘족은 자연적인 원소들의 혼합물로 발견되므로, 결합 길이 및 복합체 형성과 같은 주기적인 경향을 이해하는 것은 과학자들이 금속을 분리하는 새롭고 보다 효율적인 방법을 개발하는 데 도움이 된다. ORNL의 연구원이자 '네이처' 지에 발표된 새로운 연구를 이끈 일자 포포브스는 라이브사이언스와의 인터뷰에서 "프로메튬은 레이저에 사용되며 스마트폰 화면에도 일부 들어간다. 또한 풍력 발전을 위한 풍력터빈과 전기자동차의 자석에도 쓰인다"고 말하고, 프로메튬에 대한 추가 연구가 이루어지면 응용을 대폭 확대할 수 있다고 설명했다. 현재 ORNL 연구팀은 프로메튬 원소의 화학적 움직임과 배위 환경에 대한 보다 명확한 그림을 만들기 위해 물속의 프로메튬 연구를 확대하고 있다. 포포브스는 "우리의 연구가 다른 과학자들에게 더 나은 분리 기술을 설계하는 방법을 알려주고, 다른 응용 분야 연구에 더 많은 관심을 불러일으킬 수 있기를 바란다"고 말했다.
- 경제
2024-06-03
[신소재 신기술(41)] 극한의 강도와 인성 가진 혁신적인 합금

미국 버클리 국립연구소 과학자들은 원자 수준에서 합금 결정의 꼬임이나 굽힘으로 인해 극한의 온도에서도 균열이 발생하지 않는 특별한 금속 합금을 발견했다. 과학 전문매체 사이테크데일리는 지난 4월 29일(현지시간) 로렌스 버클리 국립연구소와 UC 버클리의 연구원들이 개발한 신소재에 대해 거의 불가능에 가까운 강도와 인성으로 재료 과학자들에게 충격을 주는 혁신적인 새로운 합금이라고 전했다. 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄으로 구성된 금속 합금은 지금까지 거의 달성하기 불가능해 보였던 극한의 고온과 저온 모두에서 놀라운 강도와 인성을 보여주었다고 한다. 여기서 강도는 재료가 원래 모양에서 영구적으로 변형되기 전에 견딜 수 있는 힘의 양으로 정의되며, 인성은 파단(균열)에 대한 저항력을 의미한다. 광범위한 조건에서 굽힘과 파단에 대한 합금의 복원력은 더 높은 효율로 작동할 수 있는 차세대 엔진을 위한 새로운 종류의 재료에 대한 문을 열 수 있다고 평가된다. 이전에는 이러한 특성을 동시에 달성하는 것이 거의 불가능하다고 여겨졌다. 이 연구는 로버트 리치(Robert Ritchie) 박사가 이끄는 로렌스 버클리 국립연구소(Berkeley Lab)와 UC 버클리 팀과 디란 아펠리안(Diran Apelian) 교수가 이끄는 UC 어바인 팀, 엔리케 라베르니아(Enrique Lavernia) 교수가 이끄는 텍사스 A&M 대학교 팀의 협력으로 진행됐다. 이 연구는 최근 '사이언스(Science)' 저널에 게재됐다. 이 합금의 특징은 넓은 온도 범위에서 강도과 파손에 대한 놀라운 저항성을 가지고 있다는 것이다. 이는 차세대 엔진을 위한 새로운 소재 개발에 혁신을 가져올 수 있는 가능성을 열어준다. 새로운 금속 합금 RHEA/RMEA 연구팀은 이 합금의 놀라운 특성을 발견하고 원자 구조에서 발생하는 상호 작용으로 인해 이러한 특성이 어떻게 발생하는지 밝혀냈다. 이들은 특히 RHEA/RMEA(Refractory High or Medium Entropy Alloys)라고 불리는 새로운 금속 합금 계열에 속하는 합금에 집중했다. 리치 연구실의 박사 과정 학생인 제1저자 데이비드 쿡(David Cook)은 "열을 전기 또는 추력으로 변환하는 효율은 연료가 연소되는 온도에 따라 결정되며, 온도가 높을수록 더 좋다. 그러나 작동 온도는 이를 견뎌야 하는 구조 재료에 의해 제한된다"고 설명했다. 쿡 연구원은 "우리는 현재 고온에서 사용하는 재료를 더욱 최적화할 수 있는 새로운 금속 재료가 절실히 필요하다. 이 합금이 바로 그 가능성을 보여주는 것"이라고 덧붙였다. 기존 RMEA의 한계 돌파한 뛰어난 인성 대부분의 상업용 또는 산업용 응용 분야에서 사용되는 금속은 하나의 주요 금속에 소량의 다른 원소를 혼합하여 만든 합금이지만, RHEA/RMEA는 매우 높은 녹는점을 가진 금속 원소를 거의 동일한 비율로 혼합해서 만든다. 이로 인해 RHEA/RMEA는 과학자들이 아직 밝혀내지 못한 독특한 특성을 가지고 있다. 리치 박사 팀은 고온 응용 분야의 잠재력으로 인해 수년 동안 이러한 합금을 연구해 왔다. 해당 논문의 공동 저자인 푸닛 쿠마르(Punit Kumar)박사는 "저희 팀은 이전에 RHEA/RMEA에 대한 연구를 진행했으며 이러한 재료가 매우 강하지만 일반적으로 극도로 낮은 인성을 가지고 있다는 것을 발견했다. 따라서 이 합금이 예외적으로 높은 인성을 보이는 것을 발견했을 때 매우 놀랐다"고 말했다. 극한의 온도에서도 강도와 인성 유지 쿡에 따르면 대부분의 RMEA는 파단 인성이 10MPa√m 미만으로, 기록상 가장 부서지기 쉬운 금속 중 하나다. 골절에 견디도록 특별히 설계된 최고의 극저온 강은 이 소재보다 약 20배 더 강하다. 하지만 니오븀, 탄탈륨, 티타늄, 하프늄(Nb45Ta25Ti15Hf15) RMEA 합금은 상온에서 일반적인 RMEA보다 25배 이상의 강도를 기록하여 극저온 강철을 능가할 수 있었다. 연구팀은 -196°C(액체 질소 온도), 25°C(실온), 800°C, 950°C 및 1200°C의 총 5가지 온도에서 새로운 합금의 강도와 인성을 평가했다. 마지막 온도인 1200°C는 태양 표면 온도의 약 1/5에 해당한다. 마침내 연구팀은 합금이 추위에서는 가장 강도가 높고 온도가 상승함에 따라 다소 약해졌지만 여전히 넓은 범위에서 인상적인 수치를 자랑한다는 것을 발견했다. 인성은 기존 균열에 얼마나 많은 힘이 필요한지 계산해서 산출되며 모든 온도에서 높았다. 원자 배열의 비밀 풀기 거의 모든 금속 합금은 결정질이며, 이는 재료 내부의 원자가 반복 단위로 배열되어 있음을 의미한다. 그러나 완벽한 결정은 없으며 모두 결함을 포함하고 있다. 가장 눈에 띄는 결함은 결정 내 원자의 미완성 평면인 전위라고 불리는 결함이다. 금속에 힘이 가해지면 모양 변화를 수용하기 위해 많은 전위가 움직이게 된다. 예를 들어 알루미늄으로 만든 종이 클립을 구부리면 종이 클립 내부의 전위가 움직이면서 모양이 변한다. 그러나 낮은 온도에서는 전위의 움직임이 더 어려워지고, 그 결과 많은 재료가 저온에서 전위가 움직이지 못해 부서지기 쉽다. 타이타닉의 강철 선체가 빙산에 부딪혔을 때 부서진 것도 바로 이 때문이다. 녹는 온도가 높은 원소와 그 합금은 이러한 현상을 극한으로 끌어올려 800°C까지 부서지기 쉽다. 하지만 이 RMEA는 액체 질소(-196°C)와 같은 낮은 온도에서도 잘 깨지지 않는 특성을 보이고 있다. 공동 연구자인 앤드류 마이너와 연구팀은 이 놀라운 금속 내부 특성을 이해하기 위해 버클리 랩 분자 파운드리의 일부인 국립 전자 현미경 센터의 4차원 주사 투과 전자 현미경(4D-STEM)과 주사 투과 전자 현미경(STEM)을 사용해 응력을 받은 샘플과 구부러지지 않고 금이 가지 않은 대조 샘플을 분석했다. 전자 현미경 데이터에 따르면 합금의 특이한 인성은 '꼬임 밴드(kink band)'라는 희귀 결함의 예상치 못한 부작용에서 비롯된 것으로 밝혀졌다. 꼬임 밴드는 가해진 힘으로 인해 결정 조각이 스스로 붕괴되어 갑작스럽게 구부러질 때 결정에 형성된다. 연구팀은 이전 연구를 통해 RMEA에서 꼬임 밴드가 쉽게 형성된다는 사실을 알고 있었지만 연화 효과가 격자를 통해 균열이 퍼지기 쉽게 만들어 재료의 강도를 낮출 것이라고 가정했다. 하지만 실제로는 그렇지 않았다. 쿡은 "우리는 원자 사이에 날카로운 균열이 있는 경우 꼬임 밴드가 실제로 손상을 멀리 분산시켜 균열의 전파에 저항하여 균열을 방지하고 매우 높은 파괴 인성을 이끌어 낸다는 것을 처음으로 보여주었다"라고 말했다. 한편, 리치는 "기계 엔지니어는 실제 세계에서 사용하기 전에 재료의 성능에 대한 깊은 이해가 당연히 필요하기 때문에 Nb45Ta25Ti15Hf15 합금을 제트기 터빈이나 스페이스X 로켓 노즐과 같은 것을 만들기 전에 훨씬 더 근본적인 연구와 엔지니어링 테스트를 거쳐야 한다"고 지적했다.
- 포커스온
2024-05-02
[신소재 신기술(39)] 식염수로 폐전자제품서 희토류 광물 회수

미국 에너지부 산하 태평양 북서부 국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory) 연구원들은 폐전자제품에서 망간, 마그네슘, 디스프로슘, 네오디뮴 등 주요 희토류를 선택적으로 회수하는 방법을 개발했다고 마이닝닷컴이 전했다. 연구팀은 간단한 혼합염 수용액과 금속 특성에 대한 지식을 활용하여 연속 흐름 반응로(챔버)에서 이러한 미네랄을 분리할 수 있었다. 두 개의 보완 연구 기사에 자세히 설명되어 있고 시애틀에서 열린 2024 재료 연구 학회(MRS) 춘계 회의에서 발표된 이 방법은 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 흐르는 화학 반응 챔버에 배치되었을 때 서로 다른 금속의 거동을 기반으로 합니다. 연구팀은 금속이 시간이 지남에 따라 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 금속을 분리하고 정제했습니다. 이 방법은 2024년 시애틀에서 열린 재료 연구 학회(MRS) 봄 회의 발표와 함께 두 편의 연구 논문에 상세히 설명되어 있으며, 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 연속 흐름 반응로(챔버)에서 다른 금속들의 행동을 기반으로 한다. 연구팀은 금속들이 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 광물을 분리 및 정제했다. 이 그룹은 2024년 2월에 처음으로 두 가지 필수 희토류 원소인 네오디뮴과 디스프로슘을 혼합 액체에서 성공적으로 분리했다고 보고했다. 기존 분리 방법에 일반적으로 필요한 30시간에 비해 4시간 만에 반응 챔버에서 두 개의 분리되고 정제된 고체가 형성되었다. 두 가지 중요한 광물은 무엇보다도 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈에서 발견되는 영구 자석을 제조하는 데 사용된다. 지금까지 매우 유사한 특성을 가진 이러한 요소를 분리하는 것은 어려운 일이었다. 전자 폐기물에서 이를 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 주요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 이 두 가지 중요 광물은 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈 등에 사용되는 영구 자석 제조에 사용된다. 지금까지는 성질이 매우 유사한 이러한 원소들을 분리하는 것은 어려운 과제였다. 전자 폐기물에서 이들을 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 중요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 마그네슘 공급원인 광산 폐기물과 염수 전자 폐기물에서 광물을 회수하는 것이 이 분리 기술의 유일한 응용 분야는 아니다. 연구팀은 바닷물은 물론 광산 폐기물과 염호 염수로부터 마그네슘을 회수하는 방법을 연구하고 있다. 수석 연구원 친푸 왕(Qingpu Wang)은 보도자료에서 “다음으로 더 많은 양의 제품을 효율적으로 회수하기 위해 원자로 설계를 수정하고 있다”고 말했다. 왕과 그의 동료 엘리아스 나쿠지(Elias Nakouzi)는 보완 기술을 사용해 용해된 리튬 이온 배터리 폐기물을 모방한 용액에서 거의 순수한 망간(>96%)을 회수할 수 있음을 보여주었다. 배터리용 망간은 전 세계적으로 소수의 회사에서 생산되며 주로 음극 또는 배터리의 음극 또는 음극에 사용된다. 본 연구에서 연구팀은 젤 기반 시스템을 사용하여 샘플 내 금속의 다양한 이동 및 반응 속도를 기반으로 물질을 분리했다. 나쿠지는 "이 프로세스의 장점은 간단하다는 것이다"라고 말했다. 그는 "고비용 또는 특수 재료에 의존하는 대신 우리는 이온 거동의 기본 원리를 다시 생각했다. 그리고 거기에서 영감을 얻었다"라고 설명했다. 연구팀은 연구 범위를 확대하고 중요 미네랄과 희토류 원소의 안정적인 국내 공급망을 제공하기 위해 환경 친화적인 새로운 분리 기술을 개발하는 PNNL의 새로운 이니셔티브인 '비평형 수송 구동 분리(NETS, Non-Equilibrium Transport Driven Separations)'를 통해 프로세스를 확장시킬 예정이다. 나쿠지는 "이 접근 방식은 복합적인 공급 흐름과 다양한 화학 성질로부터의 화학 분리와 관련하여 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 이는 더욱 지속 가능한 재료 추출 및 처리를 가능하게 할 것으로 기대한다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-29
[퓨처 Eyes(30)] 한국형 인공태양, 1억도 플라즈마 세계 신기록 수립

한국 핵융합에너지연구원(핵융합연·KFE) 연구팀은 인공태양 연구에서 획기적인 성과를 달성하며 과학 역사에 찬란한 족적을 남겼다. 바로 1억도 플라즈마를 48초간 유지하는 놀라운 기록을 세운 것이다. 이는 핵융합 에너지 실현이라는 꿈에 한 발짝 더 다가선 뜻깊은 성과이다. KSTAR(한국 초전도 토카막 핵융합 연구장치)라는 인공태양 핵융합로를 활용한 이번 연구는 한국 과학자들의 탁월한 기술력을 여실히 보여준다. 1억도라는 극한의 온도를 48초간 유지하는 것은 쉬운 일이 아니다. 이는 핵융합 에너지 개발 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 자랑하는 한국 과학의 위상을 더욱 굳건히 하는 계기가 되었다. 토카막(Tokamak)은 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치다. 플라즈마를 구속하는 D자 모양의 초전도 자석으로 자기장을 만들어 플라즈마가 도넛 모양의 진공용기 내에서 안정적인 상태를 유지하도록 제어한다. 1억도 플라즈마 48초간 유지 KFE는 한국의 '인공태양'으로 불리는 KSTAR가 최근 실험에서 핵심 부품을 업그레이드해 태양 중심핵 온도의 7배에 해당하는 1억도의 플라즈마를 48초 동안 연속 운전하는데 성공했다고 지난 3월 27일 밝혔다. 이는 2022년 기록했던 30초를 크게 뛰어넘는 놀라운 발전이며, 핵융합 기술의 지속적인 진보를 보여주는 명확한 증거이다. 플라즈마는 높은 온도에서 전자와 양이온이 분리되어 형성되는, 전기적으로 중성인 기체 상태이다. 이는 태양과 별의 뜨거운 심장부에서 발견되는 특별한 물질 상태이며, 핵융합 반응의 필수적인 요소이다. KSTAR는 한국 초전도 토카막 첨단연구의 정식 명칭으로, 2022년에 1억도 플라즈마를 30초간 유지하는 기록을 세웠다. 텅스텐 디버터로 안정성 향상 2023년 12월 31일부터 3개월간 진행된 최근 테스트에서 KSTAR은 텅스텐 디버터를 사용해 플라즈마의 안정성을 크게 향상시키고 유지 시간을 48초까지 늘리는 데 성공했다. 이는 이전 기록 30초를 크게 뛰어넘는 성과다. 또한 저감속 모드보다 안정적인 고성능 플라즈마 운전 모드인 'H 모드(H-mode)'를 102초 동안 장시간 유지하며 기록을 경신했다. H-모드는 토카막형 핵융합 장치 운전시 특정 조건 하에서 플라즈마의 가둠 성능이 약 2배 증가하는 현상이다. 이는 핵융합 연구 분야에서 획기적인 진보를 의미하며, 미래 에너지 문제 해결에 중요한 기여를 할 것으로 기대된다. 1억도 운전을 추진한 고성능시나리오연구팀 한현선 박사는 "1억도 초고온 이온 플라즈마(High-Ti shot) 운전을 기존 30초에서 48초간 유지 달성하며 우리의 운전 방식이 40초대에서도 유효함을 확인했다. 지난해에는 플라즈마를 충분히 가열하고 유지할 파워가 부족해 실험이 어려웠다. 이번에는 중성자빔 가열장치의 성능 향상이 48초 유지의 바탕이 됐다"며 1억도 플라즈마의 장시간 운전은 초고온 플라즈마에 대한 이해를 높일 수 있는 자료이자 향후 핵융합 발전로에 쓰일 새로운 운전 모드 연구의 기반이 된다고 말했다. 텅스텐 재질 디버터(divertor)의 도입이 이러한 획기적인 성과를 가능하게 했다. 디버터는 핵융합 반응에서 발생하는 열과 불순물을 제거해 플라즈마 오염을 최소화하고 주변 장벽을 보호하는 역할을 한다. 텅스텐은 기존 탄소 재질보다 녹는점이 훨씬 높아 열 부하에 대한 내구성이 뛰어나다. 실험 결과, 텅스텐 디버터는 동일한 열 부하 상황에서 표면 온도 상승률이 25% 감소했다. KSTAR 연구 본부 고성능시나리오팀 김현석 선임연구원은 "디버터는 플라즈마의 열속이 집중되는 부분이다. 이번 테스트를 준비하면서 KSTAR처럼 토카막 내벽을 텅스텐으로 교체한 해외 융합 장치들의 사례를 토대로 KSTAR의 새로은 텅스텐 환경이 기본 카본 환경과 크게 다르지 않을 것으로 에상했다. 하지만 초기 실험에서 무언가 달랐다"고 전했다. 김 연구원은 "초기에 토카막 내벽 온도가 잘 안 올라갔다. 디버터는 소재만 바뀐 게 아니라 아랫부분의 구조(형상)도 기존 직선형에서 고래꼬리 형태로 바뀌었다. 형상과 소재 두 가지 요인이 복합적으로 작용해서 플라즈마 성질이 바뀌었는데, 바뀐 형태에서 어떻게 해야 좋은 성능을 발휘할 수 있을지 고민했다. 샷이 발생하면 과거의 형상을 만드는 것에서 시작해서 플라즈마 성능을 잠시 유지하고 안정이 되면 바뀐 디버터 형상으로 바꾸어 유리하는 전략으로 운전하며 기존 성능을 재현할 수 있엇다"고 설명했다. 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 합쳐져 더 무거운 원자핵을 만들면서 엄청난 양의 에너지를 방출하는 과정이다. 모든 금속 중 가장 높은 녹는점(3422°C)을 자랑하는 텅스텐은 핵융합 반응의 극한 환경에서도 흔들림 없이 자리한다. 또한 낮은 불순물 형성은 플라즈마 오염을 최소화하여 핵융합 반응의 순도를 높이는 데 기여한다. 프랑스에 건설 중인 ITER 실험로는 핵융합 에너지의 실현 가능성을 검증하는 국제 핵융합 연구의 중심 무대이다. 텅스텐 다이버터를 사용하는 ITER 실험로는 내년 첫 플라즈마 생성을 목표로 하고 있다. KSTAR의 이번 성과는 ITER 실험로의 성공적인 운영에 중요한 데이터를 제공할 것으로 기대된다. 한국핵융합연구소 소장은 이번 성과가 미래 핵융합 발전 시설 개발에 필요한 핵심 기술 확보에 중요한 발걸음이라고 강조했다. 연구팀은 앞으로 ITER 운영 및 미래 핵융합 발전 시설에 필수적인 핵심 기술 확보에 집중할 계획이다. 연구팀은 '토카막'이라 불리는 도넛 모양의 핵융합로 안에 뜨거운 플라즈마를 가두어 물을 가열하고 터빈과 발전기를 사용하여 생성된 증기를 전기로 전환함으로써 반응에서 순 양의 에너지를 획득할 수 있기를 희망한다. 토카막 융합로의 다양한 성과 한편, 전 세계 다른 토카막 핵융합로 또한 최근 몇 년 동안 중대한 성과를 거두었다. 지난해에는 중국 과학자들이 실험용 첨단 초전도 토카막 내부에 플라즈마를 403초 동안 유지하는 데 성공했다. 또한 영국은 JET(Joint European Torus) 장치를 사용해 핵융합 에너지 세계 기록을 수립했다. 뉴사이언티스트에 따르면 단 5초 동안이지만 약 1만 2000가구에 전력을 공급할 수 있는 69메가줄의 에너지를 생산했다. 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소는 재래형 토카막 설계와는 크게 다른 레이저 기반 핵융합로인 내셔널 이그니션 퍼실리티(National Ignition Facility)에서 투입한 에너지의 두 배를 얻었다고 주장했다. 하지만 이러한 모든 연구 결과가 핵분열 원자로를 완전히 대체할 수 있는 핵융합 에너지 혁명으로 이어질지 여부는 아직 불확실하다. 위에서 언급한 것처럼 프랑스 남부 생폴레즈듀랑스 카다라쉬에 다국적 거대 핵융합 연구 시설 'ITER(국제핵융합실험로·International Thermonuclear Experimental Reactor)'가 건설되고 있다. ITER 총 사업 기간은 2007~2042년으로 건설과 운영, 방사능감쇄, 해체 등 4단계를 포함한다. 총건설비는 약 117.7억유 한국을 비롯해 중국, 인도, 일본, 유럽연합(EU·29개국) 등 35개국이 참여하는 이 프로젝트는 핵융합 에너지 상용화의 가능성을 판단하는 중요한 단계이며, 현재까지 건설된 토카막 핵융합로 중 가장 큰 규모를 자랑한다. 2007년 설립된 ITER는 2025년 완공 예정이다. 현재 우리가 사용하는 화석 연료 대신 안전하고 지속 가능한 에너지원 개발 가능성을 가진 ITER는 완공 후 핵융합 실험을 통해 핵융합 에너지의 실현 가능성을 평가할 계획이다. 프랑스의 ITER 시설이 완공되면 인공태양으로 불리는 핵융합에너지에 대한 실용성과 타당성 등에 대한 중요한 답변을 얻을 수 있을 것으로 기대된다.
- 포커스온
2024-04-04
에디슨 설립 GE, 132년만에 해체 마무리⋯3개 기업으로 새 출발

1892년에 설립된 미국 제조업의 상징인 제너럴 일렉트릭(GE)이 2일(현지 시각) 3개기업으로 해체를 마무리했다. 토머스 에디슨이 ‘에디슨 제너럴일렉트릭’과 ‘톰슨-휴스턴’을 합병해 설립한 지 132년 만이다. CNN, 월스트리트저널(WSJ) 등에 따르면 GE는 이날 항공기 엔진 회사인 ‘GE에어로스페이스’와 풍력 터빈을 생산하는 ‘GE베르노바’ 분할 작업을 완료하고 뉴욕증권거래소(NYSE)에서 각각 독립 상장기업으로서 거래를 시작했다고 보도했다. 이는 GE가 지난 2021년 11월 GE헬스케어·GE에어로스페이스·GE베르노바 등 3개 회사로 분할하겠다고 발표한 데 따른 것이다. 가장 먼저 분사됐던 GE헬스케어는 지난해 1월 나스닥에 상장됐다. 미국 CNN 방송은 이날 GE의 해체가 완료됐다며 이 업체가 한때 전형적인 미국 가정들을 위해 거의 모든 것을 제공하는 '만물상' 역할을 했다고 전했다. GE는 TV에 다수의 부품을 제공하는 것을 비롯해 전구와 가전제품, 전기, 심지어 서브프라임 모기지(비우량 주택담보대출)까지 제공했다는 것이다. 2001년까지 20년 동안 잭 웰치 전 최고경영자(CEO)가 GE를 이끌던 시절에는 매출이 약 5배 증가하면서 1300억 달러를 기록했고, 시가총액은 140억 달러에서 4100억 달러 이상으로 치솟기도 했다. 이에 포천은 잭 웰치를 '세기의 경영자'로 불렀고, 영국 일간 파이낸셜타임스(FT)는 2000년대 초반에 GE를 3년 연속 '세계에서 가장 존경받는 기업'으로 선정했다. 하지만 2008년 세계 금융위기가 닥치면서 GE는 신용경색에 빠지기 시작했다. 잭 웰치의 후임이었던 제프 임멜트 전 CEO는 금융 부분인 'GE 캐피털'을 축소하는 등 덩치 줄이기에 나섰다. GE의 민첩성은 부족했고, 큰 규모와 복잡성은 스스로를 갈아먹기 시작했다. 이후 21세기 들어와 부실한 기업을 인수하면서 자금 부족을 겪기도 했다. 2017년 새로운 GE CEO로 선임된 존 플래너리는 200억 달러 규모의 구조조정과 기업 분할에 들어가면서 '거대 대기업의 시대는 끝났다'고 선언했다. GE를 더 작고 단순하게 만들겠다는 구상이었다. 플래너리 전 CEO는 이렇다 할 성과를 내지 못했고, GE는 2018년 6월 들어 1907년부터 상장됐던 다우존스 산업평균에서 퇴출됐다. 그해 CEO로 부임한 래리 컬프는 GE가 소유한 기업 매각에 속도를 냈고 2020년에는 전구 사업마저 매각했다. 이후 컬프 전 CEO는 2021년 11월, GE헬스케어를 완전히 분사했다. 이번에 GE에어로스페이스, GE베르노바까지 분사되면서 해체가 마무리됐다. GE에어로스페이스는 GE에 남은 핵심 사업인 항공 부문을 중심으로 한다. GE에어로스페이스의 새로운 CEO는 컬프 전 CEO가 맡는다. GE베르노바는 스콧 스트라지크 CEO가 이끈다. NYSE에서는 'GEV' 티커로 거래된다. 지난해 가장 먼저 분사해 상장한 GE헬스케어는 나스닥에서 'GEHC' 티커로 거래 중이다.
- 산업
2024-04-04
[퓨처 Eyes(26)] 소형 원자로 건설 혁명, 획기적인 전자빔 용접으로 1년 공정 하루로 단축

소형 모듈 원자로(SMR) 건설에서 1년 걸리는 공정을 하루 만에 끝낼 수 있는 획기적인 전자빔 용접 기술이 개발됐다. 영국 대형 제조회사 셰필드 포지마스터스(Sheffield Forgemasters)는 풀사이즈 소형 모듈형 원자로(SMR) 용기를 일반적인 공정 기간인 12개월이 아닌 단 24시간 만에 용접에 성공하면서 소형 원자로 건설 시장이 급변하고 있다. 이 획기적인 기술은 소형 원자로 보급에 엄청난 파급력을 가져올 것으로 예상된다. 소형 원자로(Small Modular Reactor, SMR·소형 모듈 원전)는 그 이름처럼 작은 크기의 원자로를 의미하며, 경제성, 유연성, 안전성, 확장성 등의 장점을 지닌다. 특히, 최근 급격한 기후 변화의 위협으로 탄소 배출을 최소화하는 에너지원에 대한 수요가 급증하면서 미래의 주요 전력 공급 수단으로 주목받고 있다. 소형 원자로는 기존 대규모 토목 프로젝트 형태의 원자력 발전소 건설 방식을 공장 생산 방식으로 전환해 원자력 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 모듈형 원자로는 표준화된 설계로 대량 생산이 가능하며, 지역 수요에 맞게 필요한 수만큼 설치할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 또한, 기존 원자로와 달리 엄청나게 비싼 건물이 필요하지 않아 경제성이 높다. 소형 원자로는 원자력 연료 재사용 기술을 통해 연료 수명을 연장하고 방사성 폐기물 발생량을 감소시킨다. 이는 지속 가능한 에너지 공급을 위한 중요한 기술로 평가된다. 또한, 초기 투자 비용이 상대적으로 적기 때문에 소규모 전력 시장과 개발도상국에서도 원자력 발전 도입이 용이해진다. 소형 원자로는 크기와 디자인의 유연성을 바탕으로 외딴 지역, 도시 인근, 심지어 산업 시설 내부에도 설치가 가능하다. 대부분의 부품은 공장에서 사전 제작되어 현장 설치 과정을 빠르고 효율적으로 진행할 수 있다. 필요에 따라 여러 개의 소형 원자로를 한 지역에 설치해 발전 용량을 조절할 수 있어, 전력 수요 변동에 유연하게 대응하고 안정적인 전력 공급을 가능하게 한다. 소형 원자로는 앞서 언급된 장점들로 인해 투자자들에게 상업적으로 매력적인 대안으로 떠오르고 있다. 특히, 전통적인 대형 원자로에 비해 빠른 수익 회수가 가능하다는 점에서 투자 가치가 높게 평가된다. 혁신적인 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술 모든 규모의 원자로 건설에서 발생하는 주요 과제는 원자로 노심을 담는 용기를 용접하여 외부 환경과 격리하는 것이다. 기존 용접 기술은 이 작업에 1년 이상 소요되었지만, 셰필드 포지마스터스는 국소 전자빔 용접(LEBW) 기술을 통해 하루 만에 완료하는 획기적인 결과를 달성했다. 국소 전자빔 용접은 국소 진공 상태에서 고출력 전자총을 사용해 고에너지 밀도 융합 공정을 통해 두 개의 금속 조각을 용접하는 혁신적인 기술이다. 기존 용접 방식에 비해 작업 효율을 95% 향상시키고, 깊은 침투와 높은 깊이 대 너비 비율을 구현할 수 있다. 셰필드 포지마스터스는 지난 2월 20일 국소 전자빔 용접 기술을 이용해 직경 3미터, 두께 200밀리미터(8인치)의 벽을 결함 없이 저렴하게 용접하는데 성공했다고 밝혔다. 또한, 혁신적인 슬로핑 인 및 아웃 기술을 통해 용접 시작과 마무리 과정을 개선했다. '슬로핑 인(Sloping In)'은 원자로 용기 내부의 핵연료봉을 용기 벽면에서 중심부로 향해 경사지게 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격을 넓히고 중심부 밀도를 높여 핵연료 활용도를 극대화하고, 냉각재 흐름 개선으로 냉각 효율을 높여 과열 위험을 낮춘다. 핵출력 증가 또한 가능하다. '슬로핑 아웃(Sloping Out)'은 '슬로핑 인'과 반대로 핵연료봉을 배치하는 방식이다. 핵연료봉 간 간격 확대로 냉각 효율을 높이고 핵연료봉 밀도 감소로 핵출력을 조절하여 안전성을 강화한다. 또한, 용기 내부 공간 확보에도 유리하다. 셰필드 포지마스터스의 수석 개발 엔지니어이자 프로젝트 책임자인 마이클 블랙모어는 "이 기술이 원자력 산업에 미치는 영향은 기념비적이며, 잠재적으로 고비용의 용접 공정을 없앨 수 있다"고 강조했다. 블랙모어는 "LEBW 기술은 용접 접합부가 모재(parent material, 원물질)를 완벽하게 복제하기 때문에 용접 검사의 필요성을 줄일 수 있다는 점에서 획기적이다. 또한 영국과 전 세계 SMR 원자로의 상용화 속도를 크게 높일 수 있다"고 설명했다. 세계 최초로 성공적인 전자빔 용접 시연을 완료한 셰필드 포지마스터스는 수십 년 동안 정체되었던 영국 원자력 산업에 새로운 활력을 불어넣을 것으로 기대된다. 이 기술은 앞으로 핵잠수함용 원자로, 시범 발전소, 핵연료 처리 분야뿐만 아니라 SMR 원자로 건설에도 적용될 수 있다. 영국 정부는 이제 롤스로이스가 건설할 모듈형 원자로 15기를 포함한 새로운 원전 건설 계획을 통해 원자력 르네상스를 이끌 계획이다. 셰필드 포지마스터스의 혁신적인 전자빔 용접 기술은 이러한 계획의 성공적인 실행에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 한국 소형원자로 건설 현황 원전 강국인 한국도 세계적인 추세인 소형 모듈 원전 건설을 주도하고 있다. 우리나라 원전 산업의 중심지인 경상남도는 지난 2월 28일 정부의 원전 산업 집중 육성 방침에 발맞춰 핵심 전략을 담은 '경상남도 원전 산업 육성 방안'을 발표했다. 이에 앞서 2월 22일 윤석열 대통령은 경남도청에서 열린 '다시 뛰는 원전산업, 활력 넘치는 창원·경남'이라는 주제의 14번째 민생토론회에 참석했다. 이 자리에서 정부는 원전 생태계 완전 복원, 소형 모듈 원자로(SMR) 독자기술 개발, 경남도·창원시를 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 구체적인 계획을 공개했다. 경상남도는 정부의 정책 방향에 적극적으로 호응하며, 정부 지원과 별도로 지역 원전 기업에 대한 경영 및 시설 자금 중심의 금융 지원을 강화하겠다는 방침을 밝혔다. 이는 지역 원전 산업의 경쟁력 강화와 지속가능한 성장을 위한 중요한 발걸음이 될 것이다. 경상남도는 SMR 제조 기술, 신형로 설계, 친환경 원전 해체 기술 등 6개 원전 기술을 조세 특례 제한법에 명시된 '국가 전략 기술'로 지정해 달라고 정부에 건의할 예정이다. 또한 경상남도는 SMR 혁신 제작 기술 정부 공모 사업에 지역 업체 참여를 추진하는 등 SMR 독자 기술 확보를 위해 적극적인 노력을 기울일 계획이다. 이를 통해 지역 기업의 경쟁력 강화와 SMR 산업 발전을 동시에 도모할 수 있을 것으로 보인다. 아울러 경상남도는 창원 방위·원자력 융합 국가 산업 단지 조속 추진, 원자력 산업 종합 지원 센터 신설, 원자력 연구원 분원 및 글로벌 SMR R&D 센터 유치 등을 통해 글로벌 SMR 클러스터로 발돋움할 수 있는 구체적인 청사진을 제시했다. 경상남도는 창원시를 중심으로 세계 유일하게 원자력 발전소 주기기 일괄 생산이 가능한 창원 국가 산업 단지 내 두산 에너빌리티를 비롯해 300여 개 협력 업체가 자리잡고 있다. 원자력 발전소 주기기는 원자로, 증기발생기, 터빈, 발전기, 냉각 시스템 등 원자력 발전의 핵심 과정에서 주요한 역할을 하는 장치들을 말한다. 걍상남도는 이러한 유리한 조건을 바탕으로 차세대 원전의 글로벌 제조 거점으로 도약할 수 있는 잠재력을 갖추고 있다. 류명현 경남도 산업국장은 "대통령이 참석한 경남 민생 토론회의 핵심은 경남도·창원을 글로벌 SMR 클러스터로 육성한다는 것이었다"며 "정부 정책에 맞춰 경남이 차세대 원전 글로벌 제조 거점이 되도록 노력하겠다"라고 밝혔다.
- 포커스온
2024-03-07
합금의 한계를 뛰어넘는 레이저 제작 금속

미국 에너지부(DOE)의 오크리지 국립 연구소(ORNL) 연구팀은 레이저 기반 적층 제조(AM)를 사용하여 더 강하고 파손 가능성이 적은 고엔트로피 합금을 개발했다. 적층 제조는 금속 분말을 레이저나 열 등으로 녹여서 원하는 모양의 구조물을 만드는 공정으로, 3D 프린팅이라고도 한다. 미국의 과학기술 전문 매체인 사이테크데일리(SciTechDaily)에 따르면 연구원들은 다섯 가지 이상의 원소를 일정 비율로 혼합하여 고엔트로피 합금(HEA)이라는 내구성 있는 합금을 개발했다. 고엔트로피 합금은 심각한 마모 저항성, 극한의 온도와 방사선, 높은 응력을 견딜 수 있는 특성으로 인해 다양한 산업 분야의 사용이 기대된다. 그러나 기존의 3D 프린팅으로 만든 고엔트로피 합금은 강도는 높지만 연성이 부족해 성형하기 어렵고 하중이 가해질 때 쉽게 파손될 수 있다는 단점이 있다. 이는 합금의 응용 범위를 제한하는 문제점 중 하나다. 새로운 고엔트로피 합금의 특징 연구팀은 레이저 기반 적층 제조 공정을 활용하여 나노미터 두께의 나노 라멜라 구조를 가진 새로운 고엔트로피 합금을 개발했다. 이 나노 라멜라는 서로 다른 결정 구조를 가지고 있어 고강도를 제공한다. 또한, 이 판들의 명확한 가장자리는 일정 정도의 어느 정도의 미끄러짐을 허용하여 합금에 연성을 제공한다. 이것은 나노 라멜라가 여러 층으로 쌓인 판 구조와 유사하다는 것을 의미한다. 이러한 층과 층 사이에는 서로 다른 원소들이 포함되어 있다. 이 구조 덕분에 각 층이 서러 잘 붙어 강도가 높아지고, 판의 가장자리가 미끄러짐을 통해 연성이 향상되는 것이다. 새로운 고엔트로피 합금의 성능 새로운 고엔트로피 합금은 기존의 3D 프린팅 고엔트로피 합금에 비해 강도가 1.3배, 연성이 2배 이상 향상됐다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 연구팀은 오크리지 국립 연구소에 있는 파쇄 중성자 소스(Spallation Neutron Source)와 고급 광자 소스(Advanced Photon Source)를 활용하여 나노 라멜라의 구조와 특성을 분석했다. 파쇄 중성자 소스는 핵분열을 통해 생성된 중성자를 이용하여 물질의 내부 구조를 연구하는 장비이다. 반면, 고급 광자 소스는 고에너지의 광자를 사용하여 물질의 구조와 특성을 조사하는 장비다. 연구팀은 이러한 장비를 사용해 나노 라멜라의 두께와 결정 구조를 측정하고, 나노 라멜라가 합금의 강도와 연성에 미치는 영향을 연구했다. 연구 결과 나노 라멜라의 두께가 100나노미터(nm) 미만인 경우 강도가 가장 높고, 나노 라멜라의 결정 구조가 서로 다른 경우 연성이 가장 높다는 것을 발견했다. 고엔트로피 합금 응용 분야 연구팀은 이번 연구를 통해 레이저 기반 AM을 사용하여 고엔트로피 합금의 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. 이는 고엔트로피 합금의 한계를 극복하여 다양한 산업 분야에서 활용 가능성을 높일 것으로 기대된다. 예를 들어, 새로운 고엔트로피 합금은 더 안전하고 연료 효율적인 차량, 더 강력하고 더 오래 지속되는 기계를 생산하는 데 사용될 수 있다. 새로운 고엔트로피 합금은 △더 가볍고 강한 항공기 및 우주선 제작, △더 안전하고 연료 효율적인 자동차 제작, △더 내구성이 뛰어난 풍력 터빈 및 태양광 패널 제작, △더 강하고 내식성이 뛰어난 의료 기기 제작 등에서 활용될 수 있다.
- 산업
2024-01-18
포스코, 포항제철소도 '신재생에너지용 후판공장' 인증 획득

포스코 포항제철소가 신재생에너지용 후판공장으로서 인증을 획득했다. 포스코는 17일, 자사의 포항제철소 후판 공장이 세계적으로 권위 있는 전문 인증 기관 노르웨이선급협회(DNV)로부터 신재생 에너지용 공장 인증을 받았다고 발표했다. 노르웨이선급협회는 에너지와 조선·해양 산업에 대한 소재부터 설계까지 안전성 및 기술적 평가를 통해 인증을 부여하는 세계 최대 규모의 에너지 분야 전문 기술 기관이다. 후판 공장은 철강 산업에서 사용되는 용어로, 두꺼운 강판을 제조하는 공장을 의미한다. '후판(Thick Plate)'이란 일반적으로 두께가 6mm 이상인 강판을 지칭하며, 이러한 강판은 주로 큰 구조물이나 중장비, 선박, 대형 파이프라인, 풍력 터빈과 같은 다양한 산업 분야에서 사용된다. 즉, 후판 공장에서는 원자재인 강철을 녹여, 롤링 및 가열 과정을 통해 일정한 두께와 크기의 강판으로 만든다. 이 과정은 고도의 기술과 엄격한 품질 관리를 요구한다. 후판의 품질은 사용되는 재료의 성질, 제조 공정, 최종 용도에 따라 크게 달라질 수 있다. 후판 공장의 주요 공정에는 제강(철광석에서 순수한 강을 만드는 과정), 연주(강을 연속적으로 주조하는 과정), 그리고 열간압연(고온에서 강을 압연하여 원하는 두께와 크기로 만드는 과정) 등이 포함된다. 이러한 후판은 특히 강도와 내구성이 중요한 산업 분야에서 필수적인 재료로 사용된다. 이번 포항제철소 후판 공장의 인증 획득은 지난 2022년 7월 광양제철소 후판 공장에 이은 것으로, 포스코의 모든 후판 공장이 신재생 에너지용 강재 생산 공장으로 인정받은 것이다. 글로벌 해상 풍력 프로젝트에 철강 제품을 공급하기 위해서는 노르웨이선급협회와 같은 신뢰할 수 있는 기관의 인증이 필수적이다. 포스코는 이번 인증을 통해 후판 제품의 신뢰성과 마케팅 경쟁력을 높일 수 있게 되었다고 평가했다. 포스코는 이번에 인증받은 자사 후판 제품을 이용해 8메가와트(㎿)급 이상의 풍력 구조물에 사용할 경우, 기존 유럽 표준 규격재 대비 강재 중량을 약 5% 절감할 수 있다고 밝혔다. 서영기 포스코 에너지조선마케팅실장은 인증패 수여식에서 "포스코가 세계 최초로 후판 제품 및 공장에 대해 신재생에너지용으로 인증받은 철강사라는 것은 매우 의미 있는 성과"라며, "이를 기반으로 해상풍력 시장에서의 철강 수요를 선점해 나가겠다"고 포부를 밝혔다. 이번 포스코의 성과는 국내 철강 산업에 있어 중요한 이정표로 평가되며, 특히 신재생 에너지 분야의 강재 수요에 대응하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 참고로, '강재(Steel)'는 철과 탄소를 주요 성분으로 하는 합금을 일컫는 넓은 범위의 용어이며, '강판'은 이 강재 중에서 특정 형태, 즉 두꺼운 평판 형태를 지칭한다. 따라서 모든 강판은 강재에 포함되지만, 모든 강재가 강판인 것은 아니다.
- 산업
2024-01-17
용융염 원자로, 안전하고 경제적인 차세대 에너지 솔루션

탄소 배출을 줄이기 위한 친환경 에너지원에 대한 세계적인 관심이 높아지고 있다. 이와 관련하여 비스니스 인사이더(BUSINESS INSIDER)는 미국이 기존의 원자로와는 다른 새로운 유형인 용융염 원자로 건설을 허가 했다고 보도했다. 이 용융염 원자로는 전통적인 원자로와 달리, 고온으로 녹인 액체 소금을 냉각재로 사용한다. 일반적인 원자로가 물을 이용하여 증기압으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 반면, 이 새로운 원자로는 물이 아닌 액체 소금을 사용함으로써 물의 증발 위험이 없다. 액체 소금의 끓는점이 약 1500도로 매우 높아, 원자로에 사고가 발생하더라도 냉각재의 증발로 인한 노심의 용융 가능성이 크게 낮아진다. 용융염 원자로의 독특한 점은 연료봉 대신 액체 핵연료를 사용한다는 것이다. 이 액체 핵연료는 매우 소형화되어 있어, 원자로를 더 작은 크기로 설계할 수 있으며, 연료 교체 시 원전의 가동을 멈출 필요가 없다. 이 특성 덕분에 용융염 원자로는 기존 원자로보다 크기가 작고 건설이 용이하며, 선박이나 외딴 지역과 같은 전력망이 부족한 곳에도 적합하다. 미국 원자력규제위원회(Nuclear Regulatory Commission, NRC)는 최근 미국 카이로스파워(Kairos Power)의 용융염 원자로 건설 프로젝트에 대해 승인했다. 카이로스파워는 2027년까지 테네시주 오크리지에 '에르메스(Hermes)'라 명명된 시험용 원자로를 건설할 계획이다. 이 프로젝트의 초기 버전은 전기를 생산하지 않겠지만, 그 후속 모델인 '헤르메스 2'는 2028년부터 전력 생산을 시작할 것으로 예상된다. 용융염 원자로는 1950년대부터 연구되었지만, 안전 문제와 재료의 부식 문제 등으로 인해 상용화에는 어려움을 겪어왔다. 그러나 최근의 기술 발전으로 이러한 문제들이 해결되면서, 용융염 원자로는 안전성과 경제성 측면에서 크게 개선되어 새롭게 주목받고 있다. 용융염 원자로 기술은 미국에서뿐만 아니라 중국, 영국 등 여러 국가에서도 적극적인 개발이 진행 중이다. 한국의 용융염 원자로 개발 2023년부터 한국 정부는 용융염 원자로 개발을 국가 연구개발 프로젝트로 지정하고 지원하고 있다. 이 프로젝트는 2026년까지 핵심 기술 개발을 목표로 하며, 인증 과정을 거쳐 2030년대에 해양용 원자로 첫 번째 모델의 건설을 목표로 하고 있다. 한국원자력연구원은 이 분야에서 민간 기업들과 협력하여 해양플랜트 및 선박 추진 시스템에 적용될 용융염 원자로 개발에 집중하고 있다. 우리나라의 용융염 원자로 개발은 아직 초기 단계에 있지만, 정부의 적극적인 지원과 민간 기업의 참여로 순조롭게 진행되고 있다. 우리나라가 용융염 원자로 개발에 성공한다면, 세계 최초로 해양용 원자로를 상용화하는 국가가 될 것으로 기대된다. 용융염 원자로가 상용화될 경우 기존의 원자로보다 안전하고 경제적인 방식으로 전력을 생산할 수 있는 가능성을 제시할 것이다.
- 산업
2023-12-31
블레이드 없는 '허니콤' 풍력 터빈, 효율성·안전성 높여

스코틀랜드 글래스고의 캐트릭 테크놀로지스(Katrick Technologies)는 재생 에너지 분야의 판도를 바꾸고 있는 벌집 모양의 풍력 터빈을 개발했다. 야후는 캐트릭 테크놀로지스가 비록 스타트업이지만 이미 풍력 터빈 기술에 상당한 영향을 미치고 있다고 최근 보도했다. 이 회사는 더 푸른 지구를 위한 친환경 개념에 대한 에너지 연구와 개발을 수행함으로써 혁신적인 엔지니어링 기술에 중점을 두고 있다. 상단에 회전식 팬이 있는 대형 풍력 터빈인 기존 풍력 터빈은 설치 및 유지 관리 비용이 많이 들고, 상당한 규모의 땅도 필요하다는 단점이 있다. 이 회사의 새로운 벌집 모양(허니콤)의 풍력 터빈은 그 해결책이 될 수 있다. 이 터빈은 훨씬 더 컴팩트해 기존 건물이나 유사한 구조물에 설치할 수 있는 기능을 갖춘 도시 지역에 더 적합하다. 이 벌집 모양의 터빈은 구식 팬 디자인의 일반적인 회전 대신 '진동 날개꼴'을 활용해 바람을 포착한다. 이러한 에어로포일을 사용하면 훨씬 더 낮은 수준의 바람도 포착할 수 있으므로 더욱 지속 가능한 에너지가 생성된다. 캐트릭은 날개 형태의 에어로포일이 바람의 운동 에너지를 기계적 진동으로 변환하고 이를 전기로 변환하는 과정을 설명하고 있다. 이를 간단하게 표현하면, 에어로포일은 바람의 움직임을 감지하고 그 움직임을 에너지로 전환하는 역할을 한다. 대부분의 블레이드 없는 풍력 터빈 설계는 다른 건물 유형과 달리 조류 충돌로 인한 문제가 더 이상 발생하지 않도록 되어 있다는 것을 의미한다. 캐트릭의 터빈은 육각형 팬과 유사한 디자인으로, 진동 날개 부분은 벌집 모양으로 제한된 범위에서 느리게 움직인다. 회사는 아직 새와 관련된 안전성에 대한 언급을 하지 않았지만, 일반인들도 동물과 파편의 유입을 방지하기 위해 이러한 터빈 주변에 간단하게 격자를 배치할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이 디자인은 더욱 컴팩트하며 비용을 절감하고 제조업체에 따라 "시각적으로 어색하지 않고", "환경과 야생 동물에 미치는 영향을 최소화하는", "설치 공간이 적고" 오래 지속된다는 설명이다. 2015년 MIT 테크놀로지 리뷰(Technology Review) 등에서 블레이드 없는 터빈을 만드는 데 드는 비용과 설치 공간이 상대적으로 저렴하지만, 기능 측면에서는 비용 대비 효율성이 낮고 에너지 생성 잠재력이 낮다는 비판도 있었다. 이 특정 설계에서는 수직으로 구축된 기존 풍력 터빈과 동일한 전력을 생성하기 위해 훨씬 더 많은 수평 공간이 필요할 수 있다. 캐트릭은 자사 웹사이트에서 "단지 1km의 패널 하나로 매년 8만대의 테슬라 90kW 차량을 충전하거나 760가구에 전력을 공급할 수 있다"라고 밝혔다. 어쨌든 더 작고 간단하며 안전한 디자인의 장점이 단점보다 더 많을 수 있다. 에너지 인더스트리 리뷰(Energy Industry Review)에서는 "이 설계가 재생 에너지 생성 방식에 혁명을 일으킬 수 있다"고 평가했다. 텍사스의 에어로마인(Aeromain) 또한 작고 효율적인 풍력 터빈을 개발하고 있다. 이 풍력 터빈 설계는 경주용 자동차를 모델로 하여 태양광 패널과 함께 작동한다. 이 두 모델 모두 활발히 개발 중이다. 한편, 한국에서는 풍력발전 비용 상승에 대한 우려가 커지자, 기술 개발 보다는 풍력발전이 가장 비용 효율적인 에너지원이라는 점을 강조하고 나섰다. 박경일 한국풍력산업협회 회장은 지난 2023년 12월 7일 한국풍력산업협회가 '2023 세계 풍력의 날'을 기념해 파라스파라 서울에서 개최된 풍력발전 심포지엄에서 "풍력에너지는 경제성이 높고, 대규모 공급이 가능한 에너지원으로 에너지 안보 확보, 탄소국경세 대응, RE100 달성 등 국가와 국내 기업들이 당면한 문제를 해결하기 위한 가장 효과적인 수단"이라고 말했다. 그는 이어 "풍력발전은 향후 전반적으로 비용의 하락이 가능한 에너지원"이라고 덧붙였다.
- 산업
2023-12-28
트윈 기술 태양광 타워, 2배 출력으로 24시간 전력 공급

탄소제로 캠페인이 전 세계적인 화두로 떠오르면서 태양광 발전이 각광받고 있다. 무한정이며 무공해의 태양에너지를 이용하는 만큼 연료비가 들지 않고 대기 오염이나 폐기물 발생이 없어서다. 하지만 태양광 발전은 밤에는 에너지를 저장할 수 없어 낮에 저장해둔 에너지를 사용해야 한다는 한계가 있었다. 태양빛으로 발전을 해야하는 특성 때문에 설치 면적이 넓어야 하는 한계도 극복해야 했다. 그런데 최근 카타르 대학과 요르단 후세인공과 대학 연구팀이 이러한 한계를 극복할 수 있는 신기술을 개발했다. 이 기술은 태양과 주변 온도를 이용해 두 세트의 터빈을 통해 공기를 유도하여 전력을 생성하는 방식이다. 연구팀은 기존 태양열 상승 기류 타워의 문제점을 열효율이 낮다는 점이라고 지적했다. 즉, 건설된 구조물이 가치가 있으려면 매우 커야 하며, 이에 따른 높은 초기 비용으로 인해 실행이 어렵다는 것을 알게 됐다. 수년에 걸쳐 효율성을 높이려는 시도에는 환기 성능을 개선하고 굴뚝 높이를 높이는 것이 포함됐다. 그러나 이 같은 최선의 노력에도 불구하고 개선은 평범했다. 연구팀이 고안한 아이디어는 내부 타워 주위에 두 번째 타워를 건설하는 것이다. 외부 타워의 꼭대기에는 스프링클러가 '건조하고 뜨거운 공기'에 의해 즉시 흡수되는 '물 안개'를 분사한다. 그런 다음 공기는 더 무겁고 차가워지고, 중력은 다양한 기둥의 외부 타워 아래로 공기를 끌어당긴다. 이것은 외부 타워의 바닥에 위치한 터빈을 회전시키는 데 사용되는 '하강 기류'를 생성한다. 외부 타워는 온도가 가장 높고 습도가 제일 낮은 정오 무렵에 가장 잘 작동하지만, 연구원들은 태양 복사 조도가 작동에 직접적인 영향을 미치지 않기 때문에 하루 종일 작동할 수 있음을 알게 됐다. 이는 시스템이 24시간 전력을 생산할 수 있음을 의미한다. 장점은 이 시스템이 예전 태양열 상승 기류 타워의 2.14배의 전력을 생산한다는 점이다. 또한, 기존 시스템은 태양 복사 조도에 따라 발전량이 변동하지만, 이 시스템은 온도와 습도의 계절적 변화에 더 많은 영향을 받기 때문에 태양 복사 조도에 따른 발전량 변동이 적다는 장점이 있다. 연구진은 이 개념에 대한 향후 연구에서 다른 유형의 재생 에너지 기술을 통합하는 동시에 시스템 확장성을 면밀히 검토할 예정이다. 한편, 최근에는 우주 태양광 발전이 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 우주 공간에 발전용 패널을 띄워 전력을 생산하는 기술인데 유지 보수 및 초기 배치 비용이 높다는 단점에도 불구하고, 효율과 안정적 전력 공급 측면에서 대안이 되고 있다. 실제로 2023년 6월 미국 캘리포니아 공과대학은 우주 태양광 발전 실증기(SSPD-1)에서 생산한 전력을 지구 표면으로 전송하는데 성공했다. 이에 앞서 영국은 관련 연구개발을 지원하고 일본도 우주 태양광 발전소 건립 계획을 추진 중으로 알려졌다. 한국 역시 한국전기연구원과 한국항공우주연구원이 우주 태양광 발전 시스템 연구에 착수한 상태다.
- 산업
2023-12-17
전기화학 기술, 가축 분뇨에서 친환경 자원 생산

환경 오염을 주범으로 여겨지는 가축 분뇨에서 친환경적으로 전기를 생산하는 기술이 개발됐다. 매년 전 세계 축산농가에서 30억톤 이상의 동물 배설물이 발생하고 있다. 이는 미국 엠파이어 스테이트 빌딩 9000개 이상에 해당하는 양이다. 모든 분뇨는 수질을 악화시키며 유독한 연기와 온실가스를 방출한다. 그러나 저렴한 전기를 이용해 동물 배설물을 재활용하고 귀중한 화학물질을 회수할 수 있는 기술이 개발돼 환경 오염을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 학술지 '사이언스 어드밴스(Science Advances)'에서는 '네이처 서스테이너빌리티(Nature Sustainability)'에 발표된 연구를 소개했다. 이 연구는 전기를 이용하여 동물 배설물에서 유기 영양소를 분해하고, 동시에 가치 있는 화학물질을 회수하는 새로운 방법을 제시한다. 초기 예측에 따르면, 이 방법으로 얻어지는 화학물질의 경제적 가치가 기술 구현 비용을 상회할 것으로 예상된다. 이는 농부들에게 수익성이 높은 선택지가 될 수 있음을 시사한다. 클락슨 대학의 김태영 화학자는 이번 연구에는 참여하지 않았지만 "풍력, 태양열 발전소에서 발생하는 값싸고 재생가능한 전기를 결합하면 거름이 풍부한 시골 농업 지역에서도 찬환경 전기가 생산될 수 있다"고 말했다. 많은 축산업자들은 이미 동물 배설물을 재활용하기 위해 노력하고 있다. 이들은 배설물을 분뇨 라군(연못)에 저장하여, 바닥에 침전된 암모니아가 풍부한 고형물을 준설하여 비료로 재사용한다. 또한, 남은 유기 화합물을 미생물이 메탄으로 분해하게 하여 이를 수집, 태워 전기를 생산할 수 있다. 이러한 방식은 지속 가능한 에너지와 농업 사이의 상호 작용을 보여주는 예이다. 그럼에도 불구하고, 엄청난 양의 암모니아와 기타 화합물이 자연환경으로 방출되어 해조류가 번성하고 물고기가 죽게 되는 환경오염이 발생한다. 이에 최근 몇 년 동안 몇몇 연구팀에서는 분뇨 라군에서 암모니아와 기타 귀중한 화학물질을 포착하기 위한 전기화학적 방법을 탐색하기 시작했다. 예를 들어, 2021년 실험실 연구에서 김태영 교수와 그의 동료들은 전류를 사용해 막을 통해 양으로 하전된 암모늄 이온을 유도하여 비료 전구체를 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 배터리 유형 설정을 보고했다. 그러나 멤브레인(두께가 얇은 막) 설정은 운영하기 어렵고 확장하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 위스콘신 매디슨 대학교 환경 엔지니어인 모한 킨(Mohan Qin)과 동료 송진이 이끄는 연구팀은 2단계 접근 방식을 채택해 멤브레인을 없앨 수 있는 가능성을 확인했다. 두 단계 모두 KNiHCF(칼륨·니켈·헥사시아노철산염)라는 배터리 전극 재료를 사용한다. KNiHCF는 이온이 들어오고 나갈 수 있는 간격이 있는 층 구조를 가지고 있다. 연구원들은 KNiHCF의 층 간격이 나트륨이나 칼슘과 같이 분뇨에서 일반적이지만 가치는 떨어지는 이온 대신 암모늄 및 칼륨 이온을 끌어들이는 데 이상적이라는 것을 발견했다. 연구진은 이후 이온으로 채워진 KNiHCF 전극을 폐수 용액에서 제거하고, 이를 이온 전도성 전해질을 첨가한 깨끗한 물이 담긴 두 번째 용기에 두 번째 전극과 함께 배치했다. 전압을 가하면 전자가 두 번째 전극으로 흘러 들어갔고, 이로 인해 KNiHCF 전극에서 양전하를 띤 암모늄 및 칼륨 이온을 용액으로 끌어당겨 농축하고 쉽게 복구할 수 있는 음전하가 생성됐다. 이 설정에는 보너스가 있다. 두 번째 전극의 음전하는 용액의 물과 산소를 유발하여 수소 가스나 과산화수소로 반응했는데, 두 가지 모두 회수된 암모니아 및 칼륨과 함께 판매될 수 있는 귀중한 화학물질이다. 연구팀은 KNiHCF 전극은 반복적으로 사용하면 성능이 저하되는데, 이 문제는 이미 해결 방안을 찾았다고 밝혔다. 연구원들은 또한 1000마리의 젖소가 있는 낙농장의 폐기물을 확장하고 관리하기 위한 설정의 잠재력을 평가하기 위한 분석을 수행했다. 그들은 전기 가격이 미국 평균인 킬로와트시(kWh)당 약 0.08달러(약 100원)로 책정될 경우 해당 운영에서 연간 최대 20만달러(약 2억6320만원)의 이익을 창출할 수 있을 만큼 귀중한 화학 물질을 생성할 수 있다는 사실을 발견했다. 송진 연구원은 재생 가능 전력이 일부 농촌 지역의 전기 비용을 2030년까지 kWh당 약 0.03달러(약 39원)로 낮출 수 있을 것으로 예상했다. 풍력이나 태양열 발전소는 종종 전력망이 처리할 수 있는 것보다 더 많은 전기를 생산하므로 엔지니어는 전력을 버리거나 터빈을 꺼야 했다. 이에 송진은 "풍력, 태양광과 결합할 수 있다면, 가격이 저렴할 때만 전기를 사용하도록 설계할 수 있다"고 말했다. 모한 킨은 "전체 공정이 얼마나 효율적인지 고려할 때, 전기화학적 처리는 거름에 있는 암모니아의 거의 70%를 포착하고 비슷한 양만큼 농장에서 배출되는 암모니아를 줄일 수 있다"며 "이것은 오래된 (가축 분뇨)문제를 처리하는 매우 간단하고 효율적인 방법"이라고 주장했다.
- 산업
2023-12-14
포르투갈, 해상 풍력 단지 최초 자율주행 로봇 차량 검사 성공

포르투갈의 비아나 두 카스텔로 해안에 위치한 윈드플로트 애틀랜틱(WindFloat Atlantic)에서 부유식 해상 풍력 발전 단지의 검사 및 유지 보수를 위한 자율주행 로봇 차량 시연이 성공적으로 이루어졌다고 해상 풍력 뉴스 전문지 오프쇼어윈드닷비즈(offshoreWIND.biz)가 최근 보도했다. 이는 대서양 해상 풍력 발전 단지에서 진행된 첫 번째 시연으로, 자율 주행 차량을 통해 안전하고 신속한 개입을 가능하게 함으로써 재생 에너지 산업의 유지 보수 작업에 새로운 잠재력을 제공할 것으로 기대된다. 이 기술은 또한 운영 비용 절감을 목표로 하고 있다. 이 프로젝트는 INESC TEC가 주도하는 아틀란티스(ATLANTIS) 프로젝트의 일환으로 진행됐다. 아틀란티스 프로젝트는 해상 풍력 발전 단지의 검사 및 유지 보수에 필수적인 자율 로봇 기술 및 솔루션(수중, 지상 및 공중)을 시연하기 위해 비아나 두 카스텔로에 위치한 아틀란티스 테스트 센터(Atlantis Test Center)를 구축했다. 이번 시연에 사용된 자율주행 차량은 육안 검사를 위한 로봇 차량으로, 정교한 기술을 통해 풍력 발전 단지의 상태를 점검했다. 이 차량은 GPS와 자이로스코프를 사용하여 출발 위치를 정확히 설정하고, 센서를 통해 주변 환경을 인지했다. 또한, 경로 계획 알고리즘을 사용해 목적지까지의 경로를 세밀하게 계획하고, 자체 구동 시스템으로 계획된 경로를 따라 이동했다. 목적지에 도착한 후에는 차량에 장착된 카메라와 열화상 카메라를 활용하여 구조물의 열화상 검사를 수행했다. 이 검사는 터빈의 기초 부식, 날개 손상, 계류 라인의 마모 등을 파악하는 데 중요한 역할을 했다. 검사 결과는 데이터베이스에 저장되었으며, 운영자에게 보고됐다. 이 자율 로봇 기술은 해상에서의 접근이 어려운 환경에서도 안전하게 검사를 수행할 수 있음을 입증했다. 또한 인간이 직접 수행하는 검사보다 더 빠르고 효율적일 뿐만 아니라, 첨단 센서를 사용하여 구조물의 결함을 보다 정확하게 감지할 수 있다는 장점이 있다. 아틀란티스(ATLANTIS) 프로젝트는 향후 해상 풍력 발전 단지의 검사 및 유지 보수를 위해 다양한 자율 로봇 기술의 시연을 계획하고 있다. 이는 해상 풍력 발전 단지에서 자율 로봇 기술의 적용 범위를 확대하고 기술 성능을 향상시킬 수 있는 기회를 제공한다. 이 프로젝트를 통해 포르투갈은 해상 풍력 발전 산업의 지속 가능성과 효율성을 높이는 데 기여하며, 재생 에너지 부문에서 첨단 기술 선도국으로서의 입지를 더욱 강화할 것으로 기대된다.
- 산업
2023-11-24
호주 기업, 수소 없이도 700°C 열과 전기 생산 기술 특허

기업 활동 중 발생하는 이산화탄소를 최소화하고, 불가피하게 발생하는 이산화탄소에 대해서는 탄소 배출권을 구매하여 실질적인 탄소 배출량을 '0'으로 만드는 '탄소제로' 전략이 주목받고 있다. 이제는 석유 자원이 풍부한 국가들도 이러한 탄소제로 움직임에 동참하며 청정에너지 개발에 적극적으로 나서고 있다. 미국의 경제 전문 매체 포브스는 텍사스주가 세계에서 두 번째로 석유 자원이 풍부함에도 불구하고 호주로부터 수소열 에너지를 도입하려는 배경을 최근 분석했다. 포브스에 따르면, 텍사스주는 기존의 석유나 천연가스 대신 탄소 배출이 적은 청정 에너지 소스에 주목하고 있다. 특히 수소는 청정 에너지로 분류되며, 자동차 엔진에서 연소되거나 전기로 변환될 때 탄소를 배출하지 않는다. 하지만, 높은 온도에서는 산화질소나 질소산화물을 방출할 수 있다. 수소의 생산 방식에 따라 그 환경적 영향이 달라질 수 있다. 메탄을 사용해 제조되는 청색 수소는 비용이 저렴하지만 환경적으로 깨끗하다고 볼 수 없다. 반면, 물을 전기분해하여 만드는 녹색 수소는 비용이 더 들지만 환경에 더 친화적이다. 호주 기업, 뉴멕시코주에 신규 공장 건설 뉴멕시코주는 연소 과정 없이 수소를 열 에너지로 전환하는 새로운 기술을 보유하고 있어, 호주로부터의 수소 도입을 통해 이를 열 에너지로 변환하고자 한다. 이 기술은 중공업에서 바로 사용하거나 거의 모든 전기 응용 분야에서 전기로 변환할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 특히, 연소 과정이 없다는 점은 석탄을 태워 열을 생성하고 전기를 생산하는 전통적인 발전소의 복잡한 기계적 단계를 건너뛸 수 있음을 의미한다. 이러한 접근은 나쁜 탄소 배출을 크게 줄일 수 있는 방법으로, 환경 보호와 지속 가능한 에너지 사용을 위한 중요한 전략 중 하나이다. 호주에 본사를 둔 스타 사이언티픽(Star Scientific)은 2024년 뉴멕시코주 앨버커키에서 새로운 공장 건설을 시작할 계획이라고 발표했다. 이 프로젝트에는 약 1억 달러(약 1297억원)가 투자될 예정이며, 공장은 최대 50에이커 규모의 부지에 10개의 건물로 구성될 예정이다. 이 공장은 연구부터 관리까지 다양한 부서를 아우르며 약 200명의 직원을 고용할 것으로 기대된다. 이번 투자는 뉴멕시코주의 미셸 루잔-그리샴(Michelle Lujan-Grisham) 주지사와 스타 사이언티픽의 글로벌 그룹 회장인 앤드류 호바스(Andrew Horvath)가 지난달 시드니에서 만난 자리에서 발표됐다. 실험 시연서 713°C까지 치솟아 이 회사는 핵융합 연구 중에 흥미로운 발견을 했다. 수소 가스와 산소 가스가 결합하여 물을 형성하도록 촉진하는 동시에 반응에서 상당한 양의 열을 방출하는 새로운 촉매를 발견했다. 이 과정은 물리학이 아닌 화학 반응에 속하며, 두 개의 수소 원자가 헬륨으로 융합되어 핵 에너지를 방출하는 과정과 유사하다. 이러한 원리는 수소 폭탄의 작동 원리를 연상시킨다. 실험실에서 수행된 시연에서는 수소와 산소 유입 파이프를 사용했다. 이 실험에서 온도는 단 몇 분 만에 713°C까지 급상승했으며, 촉매가 뜨거워지며 주황색으로 변하는 현상이 관찰됐다. 이러한 높은 온도는 연소 과정 없이도 일부 산업 공정에 필요한 열을 제공할 수 있어 공정을 단순화하는 데 기여할 수 있다. 이 촉매는 회사의 비밀로 유지되고 있으며, 이미 특허를 받았다. 이 과정은 '헤로(HERO, Hydrogen Energy Release Optimiser)'라고 명명되었으며, 이는 '수소 에너지 방출 최적화'라는 의미를 담고 있다. 이 새로운 기술을 사용하면 집과 사무실의 난방에 최대 700°C까지 필요한 온도를 조절할 수 있다. 또한, 이 과정을 통해 물을 가열하여 증기를 만들고, 그 증기로 터빈을 구동하여 전기를 생산할 수도 있다. 이러한 과정은 석탄 화력 발전소에서 일어나는 과정과 유사하지만, 석탄 연소로 인한 무거운 탄소 배출이 없다는 점에서 차이가 있다. 스타 사이언티픽에 따르면, 기존 발전소에서 석탄 연소 보일러를 이들의 HERO 공정으로 교체하면 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있다. 만약 유입되는 수소가 그린수소라면, 전 과정에서 탄소 배출이 전혀 발생하지 않는다. 하지만, 물을 수소와 산소로 전기분해하는 과정은 상당한 에너지를 소모하는 비효율적인 방법일 수 있다. 청색 수소를 사용하는 경우, HERO의 전체 수명에 대한 이점은 명확하지 않다. 이는 청색 수소 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소가 탄소 포집 및 저장(CCS)을 통해 시스템에서 제거되어야 하기 때문이다. 이러한 점들을 고려할 때, HERO 기술의 환경적 이점은 사용되는 수소의 종류에 크게 의존한다고 볼 수 있다. HERO, 수소 연료전지와 장점 공유돼야 수소 연료 전지는 양극과 음극을 갖추고 있으며, 배터리의 작동 원리와 유사한 방식으로 전기를 생산한다. 이 시스템은 고가의 백금 촉매를 사용하는 것이 일반적이다. 연료 전지는 전기와 열을 동시에 생산하지만, 대부분의 경우 열은 크게 활용되지 않는다. HERO는 특히 전력 공급이 작은 것으로 알려진 부문(약 9%)에서 이점을 가져야 한다. 리스타드 에너지(Rystad Energy)의 분석에 따르면, 산업 연소라 불리는 분야(15%)는 전기화를 통해 해결할 수 있으며, 이는 배터리를 사용하는 것이 가능하다. 연료 전지와 HERO는 이러한 분야에서 기회를 포착해야 한다. 연료 전지의 에너지 변환 효율은 약 65%로, 석탄 화력 발전소의 34%와 비교했을 때 상대적으로 높은 편이다. HERO의 효율성은 특정 애플리케이션에서 매우 중요하며, 성능, 비용과 내구성이 입증되면, 운송, 상업 및 주거용 건물의 난방, 가역 그리드 시스템 등 다양한 분야에서 전력이나 열을 공급하는 데 유용하게 사용될 수 있다. 스타 사이언티픽은 HERO에 대해 매우 낙관적이며, 이 기술이 시멘트 공장과 같은 산업 공정에서 필요한 열을 충분히 발생시킬 수 있으며, 장거리 운송이나 화석 연료를 사용하는 중공업 공정과 같이 탈탄소화하기 어려운 부문에서도 유용하게 적용될 수 있다고 강조하고 있다. 이는 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있는 혁신으로 평가받고 있다. 뉴멕시코주 주지사 사무실에 따르면 호주의 스타 사이언티픽은 올해 뉴멕시코주에 성공적으로 유치된 싱가포르, 대만, 독일 기업들에 이어 가장 최근에 합류한 국제 기업이다. 제임스 케네이(James Kenney) 뉴멕시코 환경부 장관은 “회사는 수소에 대한 주지사의 낙관적인 접근 방식과 기후 변화 대응에 대한 우리 주의 낙관적인 접근 방식에 매료됐다“고 말했다. 바이오테크, 혁신적인 수소 생산 스타 사이언티픽은 뉴멕시코주에 기반을 둔 수소를 생산하고 판매하는 바이오테크(BayoTech)의 혁신적인 방식에 깊은 인상을 받은 것으로 전해졌다. 바이오테크는 화학 공장 및 정유소에 수소를 공급하는 기존의 대규모 중앙 집중식 공장들보다 더 저렴하고 탄소 배출량이 적은 수소를 생산한다. 이 회사는 깨끗한 천연가스 또는 바이오메탄 소스를 원료로 사용하여 수소를 제조하고 있다. 바이오테크는 지난 11월 2일 미주리주 웬츠빌에 새 수소 허브를 완공했다고 밝혔다. 이 허브는 연간 350톤의 수소를 생산할 수 있는 능력을 가지고 있으며, 이 수소는 연료전지와 산업 공정에 사용될 예정이다. 또 바이오테크는 니콜라(Nikola) 수소 연료 전지로 구동되는 전기 세미 트럭과 뉴 플라이어(New Flyer) 연료전지 버스를 시연했다. 아울러 니콜라와의 파트너십을 통해 니콜라 연료전지 트럭 50대를 구매할 계획을 발표했다. 이러한 발전은 수소 에너지와 관련된 기술의 발전뿐만 아니라, 수소 기반 교통 수단의 상업적 활용 가능성을 더욱 확장시키는 중요한 진전을 나타낸다. 바이오테크의 이번 발표와 계획은 미래의 친환경 교통 수단에 대한 투자와 연구의 중요성을 강조하며, 지속 가능한 에너지 솔루션에 대한 지역 사회와 산업계의 관심을 끌고 있다.
- 산업
2023-11-21
빌 게이츠, 혁신적인 '풍력 터빈' 설계에 투자

라이트 형제는 독학으로 인쇄기계를 제작하기 시작했으며, 번 돈을 활용하여 자전거 판매 사업을 시작했다. 이 사업을 바탕으로 하늘을 날 수 있는 기계, 즉 지금의 비행기를 꿈꾸었고, 결국 최초의 동력 비행기 '플라이어I'를 개발하는 데 성공했다. 이 사례는 항공기 기술 분야에서 혁신을 이룬 대표적인 사례로 기록됐다. 이번엔 비행기가 아닌, 새로운 풍력에너지가 에너지 업계의 새로운 기술 혁신을 가져올 지 세간의 관심을 끌고 있다. 마이크로 소프트사 고문 빌 게이츠가 획기적인 새로운 풍력 터빈 설계를 지시했다고 호주 에너지 전문매체 리뉴이코노미(reneweconomy)가 최근 보도했다. 빌 게이츠는 자신이 투자한 에너지 벤처기업 브레이크스루 에너지 벤처스(Breakthrough Energy Ventures)에 트랙 기반의 날개를 사용한 혁신적인 풍력에너지 설계를 개발하라고 지시했다. 그런데, 브레이크스루 에너지 벤처스가 주목하는 미국 스타트업 에어룸 에너지(Airloom Energy)는 새로운 풍력 에너지 발전 기술을 선보였다. 에어룸 에너지는 바람의 힘을 효율적으로 활용하고자 고유한 특징을 갖춘 '초저비용' 풍력 에너지 시스템을 개발했다. 이 시스템은 다른 어떤 시스템과도 다르게 높은 경량 트랙을 따라 이동하는 날개를 사용한다. 이 날개는 높이 10m에 설치되어 있으며, 수 미터에서 수 마일까지 이르는 트랙을 빠르게 따라 달린다. 또한, 25m 높이의 타워는 특허받은 브리들링 시스템을 통해 안정적으로 고정되어 있다. 에어룸은 기술 비용에 대해 대담한 주장을 했는데, 자본 비용은 기존 풍력 발전 단지를 건설하는 데 드는 비용의 1/4 수준이며, 평균 에너지 비용은 기존 풍력 에너지의 1/3 수준으로 낮아질 것으로 밝혔다. 이것은 1kWh 당 미국 달러 0.013로 매우 저렴한 수준이다. 와이오밍에 본사를 둔 이 회사는 현재 미국에서 50kW 테스트 장치를 운영하고 있으며, 2.5MW 에어룸 시스템은 하나의 표준 트랙터 트레일러로 운송될 수 있다고 밝혔다. 또한, 위치 선정, 뷰 평면 및 사용에 따라 높거나 낮게, 짧거나 길게 구성할 수 있으며 시운전 시 대규모 콘크리트 기초가 필요하지 않다. 이 회사는 전체 중량과 자재가 감소하면서 (풍력 발전) 사용 종료 시 매립에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있다고 설명했다. 에어룸 에너지는 최근 구글에서 호주 엔지니어이자 전기화 옹호자인 사울 그리피스(Saul Griffith)와 공동 설립한 기술인 마카니(Makani) 에너지 케이트(연)과 같은 혁신을 위해 10년을 일했던 CEO 닐 닉너(Neal Rickner)를 고용했다. 이 기술을 결국 보류됐으며, 풍력 에너지 생산 방식을 재고하려는 여러 시도가 있었지만 어느 것도 큰 성과를 이루지 못했다. 그럼에도 불구하고, 에어룸은 테스트 장치의 추가 연구 및 개발을 지원하기 위해 빌 게이츠의 '브레이크스루 에너지 벤처스'가 주도하는 시드 자금으로 400만 달러(약 51억 8600만원)를 모금했다. 브레이크스루 에너지 벤처스의 투자 위원회 공동 책임자인 카미셀 로버츠(Carmichael Roberts)는 '풍력 산업은 수십 년 동안 더 큰 터빈을 확장하여 에너지 생산 비용을 낮추어 왔다'며 '이 방법은 전체 비용을 줄이는 데 매우 성공적이었지만 현재 이러한 접근 방식은 부지 선정과 자재 비용 측면에서 어려움에 직면하고 있다'고 지적했다. 로버츠는 이어 "에어룸의 독특한 접근 방식은 이러한 문제를 모두 해결할 수 있으며, 풍력 에너지에 대한 비용 절감과 함께 새로운 시장 기회를 열어줄 것"이라고 강조했다. 이러한 주장이 사실이라면, 에어룸의 기술은 풍력발전의 비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 보인다. 이는 풍력 에너지를 더 경쟁력 있고, 더 많은 사람들에게 접근 가능하게 만들 수 있다. 회사 또한 기술을 상용화하고 비용을 줄이기 위해 계속 노력해야 한다.
- 산업
2023-11-20
노르웨이, 해상 풍력 비용 50% 절감 새 터빈 개발

노르웨이에서 해상 풍력 발전의 운영 비용을 절반으로 줄일 수 있는 새로운 터빈을 개발했다. 미국 매체 뉴 아틀라스(NEW ATLAS)에 따르면, 노르웨이에서 기존의 풍력 터빈과는 완전히 다른 새로운 형태의 부유식 풍력 터빈이 개발돼 테스트에 들어갈 예정이다. 월드 와이드 윈드(World Wide Wind, WWW) 사가 개발한 이 대항 회전식 수직 축 터빈(contrarotating vertical-axis turbine, VAWT)은 기존 풍력 터빈에 비해 비용이 저렴하고 효율적일 것으로 기대되고 있다. 기존 풍력 터빈은 바람을 이용해 프로펠러를 회전시켜 전기를 생산한다. 이 프로펠러는 탑의 상단에 위치하며, 발전기와 연결되어 있다. 하지만, 바람 방향에 따라 터빈이 조정되어야 하고, 유지보수 비용도 상당하다. 반면에, 대항 회전식 VAWT(Vertical Axis Wind Turbine)는 이런 단점들을 해결한다. 모든 발전 장비가 지면에 위치해 있고, 터빈은 수직 축을 중심으로 회전한다. 이 구조 덕분에 바람 방향에 상관없이 안정적이며, 유지보수 비용도 절감된다. 더욱이, 이 VAWT는 고정된 블레이드를 사용해 유지보수가 용이하고, 바람 방향에 따른 블레이드 조절이 필요 없다. WWW사의 한스 베른호프 최고기술경영자(CTO)는 대항 회전식 VAWT가 기존 풍력 터빈보다 전력 생산을 두 배로 늘리고, 발전 비용을 절반으로 줄일 수 있다고 밝혔다. 이 혁신적인 터빈 설계는 해상 풍력 발전의 미래에 혁명을 일으킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 경제적이고 효율적인 이 터빈은 해상 풍력을 더욱 저렴하고 접근하기 쉬운 에너지원으로 변모시킬 수 있다. 특히, 대항 회전식 VAWT는 기존 터빈보다 비용 효율성과 성능 면에서 우수할 것으로 예상된다. 이는 해상 풍력이 더 저렴하고 접근 가능한 에너지원이 될 수 있음을 의미한다.
- 산업
2023-11-11
중국, 배터리 기술 혁신 새 희토류 발견

배터리 산업에 혁신을 가져올 수 있는 새 희토류가 중국에서 발견됐다. 중국 내몽골의 바얀오보(Bayan Obo) 광산에서 새로운 갈색 흑색 광석 '니오보바오타이트'를 찾아냈다. 영국 매체 테크라운드 최신호는 이 광석에는 희토류 니오븀(Niobium)이 풍부하게 함유되어 있다며 니오븀은 전자 제품, 비행기 제조, 배터리 등에 사용되는 중요한 금속이라고 전했다. 연구에 따르면, 니오븀은 배터리의 성능을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 배터리에 니오븀을 주입하면 기존의 리튬 이온 변형에 비해 우수한 품질의 제품을 생산할 수 있다. 싱가포르 국립대학교의 안토니오 H. 카스트로 네토(Antonio H. Castro Neto) 교수는 "중국은 이 니오븀의 양과 질에 따라 자급자족 할 수 있다"고 말했다. 브라질, 니오븀 공급 지배 브라질은 글로벌 기준에서 니오븀의 세계 최대 공급 국가이며, 캐나다가 그 뒤를 잇고 있다. 브라질에서는 브라질 금속광산회사(CBMM)가 다양한 기관과 공동으로 리튬 배터리에 니오븀을 적용시키기 위해 대학과 연구센터, 배터리 제조업체 등과 협력하고 있다. 스웨덴에서도 최근 니오븀을 포함한 희토류 1백만 톤 이상이 발견되어 유럽에서 가장 큰 매장량을 자랑하고 있다. 희토류 원소는 전기자동차와 풍력 터빈을 비롯해 미사일 유도 시스템이나 레이더 시스템과 같은 방위 장비에 이르기까지 다양한 제품을 제조하는 데 없어서는 안 될 필수 요소이다. 희토류 발견의 의의 새로운 희토류 발견은 중요한 역할을 한다. 니오븀과 다른 희토류 원소는 전자 제품과 기술 발전에 필수적이며, 제품의 강도 향상과 전자기기 배터리의 효율적인 충전을 촉진한다. 이러한 원소들은 다양한 분야에서 사용되므로, 세계 여러 국가는 외부 공급 의존도를 줄이고, 안정된 신뢰할 수 있는 공급망을 유지하기 위해 자국 내 새로운 희토류 원천을 찾는 것을 중요시한다. 중국은 세계 희토류 원소의 60%를 공급하며 상당한 광물 가공 능력을 갖추고 있어, 많은 국가들이 필수 무역 파트너로 여기고 있다. 예를 들어, EU는 청정 에너지로의 전환과 관련한 중요 광물을 얻기 위해 중국에 98% 의존하고 있다. 특정 국가 의존도 해소가 관건 우리나라는 희토류의 자급률이 낮아 대부분 수입에 의존하고 있다. 산업통산자원부에 따르면 희토류 수입의존도가 니오븀 베트남 91%, 마그네슘 중국 84%, 텡스텐 중국 65%, 기타 희토류 중국 50% 순으로 확인됐다. 희토류의 가격이 상승하면 배터리 생산 비용이 증가하여 배터리 가격이 상승할 수 있다. 이는 전기차의 가격 상승으로 이어져 전기차 보급에 걸림돌이 될 수 있다. 중국이 희토류 물질의 수출을 제한할 경우 우리나라 반도체와 배터리 산업은 큰 타격을 입을 수 있다. 국회 산업통상자원중소벤처기업위원회 소속 노용호 국민의힘 의원은 지난 10일 "특정 국가 의존도가 높은 코발트와 리튬, 니켈, 망간 등 이차전지 원료를 비롯해 첨단산업에 필수적인 광물 공급망을 다각화하고 분산화해야 한다"고 말했다. 중국, 흑연 수출 통제 한편, 중국 정부는 이차전지 핵심 원료인 구상흑연 등 고(高)민감성 흑연을 수출 통제 대상으로 분류했다. 중국 상무부와 해관총서(세관)는 20일 '흑연 관련 항목 임시 수출 통제 조치의 개선·조정에 관한 공고'를 발표했다. 수출 통제는 2023년 12월1일부터 적용된다. 수출 통제 대상이 된 품목은 고순도(순도 99.9% 초과), 고강도(인장강도 30Mpa 초과), 고밀도(밀도 ㎤당 1.73ｇ 초과) 인조흑연 재료와 제품, 그리고 구상흑연과 팽창흑연 등 천연 인상흑연과 제품이다. 중국 상무부 대변인은 이날 홈페이지에서 "기존에 임시 통제됐던 구상흑연 등 고민감성 흑연 품목 3종을 이중용도 품목(민간 용도로 생산됐으나 군수 용도로 전환 가능한 물자) 통제 리스트에 포함시켰다"고 밝혔다. 흑연은 이차전지 음극재 원료로 중국 의존도가 높은 한국에도 파장이 우려된다. 산업통상자원부에 따르면 한국은 2021년 기준 인조흑연의 87%, 천연흑연의 72%를 중국에서 수입했다. 앞서 중국은 지난 8월 첨단 반도체 제조에 쓰이는 갈륨과 게르마늄 관련 품목의 수출을 통제한 데 이어 흑연까지 제한해 자원을 무기화 하는 게 아니냐는 우려가 현실로 나타나고 있다.
- 생활경제
2023-10-20
美 공군,지열 에너지 활용 '에버-루프' 기술 시험

미국 공군은 지열발전 스타트업 이버(Eavor)의 무한한 지열에너지를 활용한 '에버-루프(Eavor-Loop)' 기술을 시험하기 위한 파일럿 프로젝트를 시작한다고 에너지 전문매체 리차지(RECHARGE)가 최근 전했다. 에버-루프로 불리는 이 기술은 대형 시추장비를 동원해 약 4500m 깊이까지 수직으로 갱을 뚫는다. 미국 오클라호마 시티에 본사를 둔 이버는 텍사스 샌안토니오 합동 기지에 전력을 공급하기 위해 에버-루프 기술을 사용할 예정이다. 이 프로젝트는 공군 에너지 보증국(Air Force Office of Energy Assurance)의 자금 지원을 받아 체서피크 에너지(Chesapeake Energy)의 기술과 운영 전문 지식을 바탕으로 진행될 예정이다. 이버는 지구의 깊은 곳에 있는 지열에너지를 활용하여 2020년대 말까지 전 세계 어디서나 1기가와트 이상의 재생 에너지를 50달러 미만의 가격으로 생성할 수 있다고 밝혔다. 이버의 핵심 기술은 지하에 수평으로 뻗은 폐쇄 루프를 통해 물을 순환시키는 것이다. 차가운 물이 루프의 한쪽 끝으로 흘러 들어가면서 지하에서 가열되고 스팀으로 변환된다. 스팀은 다시 표면으로 올라와 전기 발전 터빈을 구동한다. 이 기술은 기존의 지열 발전 방식과 달리 펌프가 필요하지 않기 때문에 효율적이고 유지 보수가 쉽다. 또한 지열 자원이 풍부한 지역이 아니더라도 적용할 수 있다. 공군은 이번 파일럿 프로젝트를 통해 에버-루프 기술의 잠재력을 평가하고 군사 시설에 적용할 가능성을 검토할 예정이다. 라비 쇼다리(Ravi Chaudhary) 공군 에너지, 설비 및 환경 담당 차관보는 "중국과의 전략적 경쟁 시대에 미국 시설은 더 이상 모든 위협의 성역이 아니다"라며 "중복 에너지 시스템으로 설비를 견고하게 만들고 연료 수요를 줄이는 청정 에너지원을 사용해야 한다"고 말했다. 또한 그는 지열원이 "우리의 에너지 그리드를 강화하고, 위협이 운영에 영향을 주기 전에 이를 격리할 수 있는 능력을 제공한다. 이런 능력은 고급 전투에서 승리를 가져올 것"이라고 덧붙였다. 존 레드펀(John Redfern) 이버의 사장 겸 CEO는 이번 파일럿이 "국내와 국제 규모 모두에서 미래 기지의 롤 모델이 될 수 있다"며 "에너지 복원력, 보안 및 자율성 추구에서 미국 정부와 체서피크와 협력하는 것은 특권"이라고 말했다. 닉 델로소(Nick Dell'Osso) 체서피크 에너지(Chesapeake Energy)의 사장 겸 CEO는 "우리 회사는 지하 엔지니어링, 표면 규제와 영향 완화, 지질 자원 특성화에 매우 적합하다"고 강조했다. 레드펀은 앞서 리차지와의 인터뷰에서 "기술에 대한 아이디어를 처음 들었을 때 실제로 실행 가능하다는 것을 알기 전에 '내가 들어본 것 중 가장 멍청한 아이디어'라고 생각했다"는 솔직 발언을 했다. 이버의 자문위원회 위원장인 마이클 리이브리히(Michael Liebreich)는 "저렴하게 제공될 수 있다면 이 기술은 우리가 얻을 수 있는 성배에 가깝다"고 말했다. 국방부는 이버 파트너십뿐만 아니라 다른 회사인 잔스카 지열&미네랄스(Zanskar Geothermal & Minerals)와 계약을 체결해 다른 두 공군 기지에서 지열 자원을 식별하기 위해 AI 지원 플랫폼을 사용했다. 이버의 기술은 재생에너지 분야에서 획기적인 발전으로 평가받고 있다. 이번 파일럿 프로젝트를 통해 이 기술의 상용화 가능성을 확인할 수 있을 것으로 기대된다.
- 산업
2023-10-11