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원자력발전으로 수소에너지를! “원자력 수소생산”

  • 2014.08.20.
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세계적 경제학자이자 미래학자인 제레미 리프킨은 저서 <수소혁명>에서 ‘수소경제’라는 용어를 처음 사용하며 수소에너지의 중요성을 역설했습니다.

수소경제란 에너지의 생산에서 소비에 이르는 모든 것이 수소를 기반으로 이루어지는 시스템을 뜻합니다.

수소는 차세대 에너지원으로 각광받고 있습니다.

고갈 우려가 없으며 환경을 오염하는 탄소폐기물을 전혀 배출하지 않기 때문입니다.

최근 원자력발전 시스템을 이용해 수소를 대량 생산할 수 있는 기술을 국내에서 개발해 화제가 되고 있습니다.

이번 시간에는 원자력발전의 일석이조 신기술 ‘원자력 수소생산’에 대해 알아보겠습니다.

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예측할 수 없는 폭우와 마른장마 등 올해도 이상기후가 계속되고 있습니다.

대부분의 기상학자들은 이러한 이상기후의 원인으로 지구 온난화를 꼽습니다.

석유, 석탄 등 화석에너지에서 배출된 이산화탄소가 지구의 대기를 달구고 있기 때문이죠.

따라서 이를 대체할 에너지를 찾기 위해 전 세계가 국가적 차원에서 노력을 꾀하고 있습니다.

그중 차세대 에너지원으로 가장 각광받고 있는 것이 수소에너지입니다.

 

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수소에너지의 장점은 ‘無공해, 無소음, 無한정’으로 정리할 수 있습니다.

수소는 연료로 사용될 때 극소량의 이산화질소와 일산화질소가 발생하는 것을 제외하고는 오염물질이 거의 배출되지 않습니다.

또한 수소를 연료로 이용하는 수소자동차는 소음이 거의 없으며, 한 번의 충전으로 약 700km를 주행할 수 있다는 것이 장점입니다.

 

화석연료는 에너지로 변환되는 과정에서 탄소를 발생시키지만 수소는 물을 만듭니다.

때문에 자원이 무궁무진하다 할 수 있습니다.

현재 수소에너지는 일반연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지 등 다방면의 에너지 자원으로 이용되고 있습니다.

 

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이러한 수소에너지를 원자력발전으로 만들 수 있다는 사실, 알고 계신가요?

‘원자력 수소생산’이 바로 그것입니다.

이 기술은 원자력발전에서 발생하는 고온의 열을 이용해 물을 직접 분해하는 방식입니다.

 

이 기술은 물을 분해하기 때문에 이산화탄소 배출이 전혀 없으며, 기존의 전기분해 방식보다 수소생산 비용과 에너지 효율 측면에서 경쟁력이 뛰어납니다.

물에서 수소를 분해하는 데 필요한 비용의 70~80%가 열분해에 필요한 에너지이므로, 수소에너지 상용화를 위해서는 발전 단가가 낮은 원자력발전이 필수적입니다.

 

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최근에는 우리 기술로 원자력을 이용해 수소를 대량생산할 수 있는 길을 열어 우리를 더욱 기쁘게 하고 있습니다.

한국원자력연구원에서 ‘초고온가스로’(VHTR)에 사용되는 핵연료 시제품의 연소성능시험에 성공한 것입니다.

수소생산의 용기 역할을 하는 초고온가스로는 수소의 대량생산뿐만 아니라, 기존 원자로의 안전성까지 크게 높일 수 있어 과학계의 주목을 받고 있습니다.

 

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물은 섭씨 4,000℃까지 올라가면 수소와 산소로 자연 분해됩니다.

하지만 초고온가스로에는 열화학적 방법을 이용해 900℃ 수준에서도 물이 수소와 산소로 분리되도록 했습니다.

초고온가스로를 통해 950℃로 가열된 물에, 요오드와 황 등의 촉매를 투입해 수소와 산소로 분해를 이끌어내는 것이 이 기술의 핵심입니다.

 

초고온가스로는 열을 전달하는 냉각재로 헬륨을, 고온에 견디는 감속재로 흑연을 사용합니다.

따라서 이 설비는 일반 경수로형 원자로의 공급열인 320℃보다 3배 높은 열을 지속적으로 낼 수 있습니다.

이러한 열에너지를 이용해 수소와 고효율의 전기를 생산할 수 있는 것입니다.

기존의 원자로보다 안전성을 대폭 향상시킨 것도 특징입니다.

이 초고온가스로에는 만일의 사고발생에 대비해 공기의 순환만으로 원자로의 열을 식힐 수 있는 피동안전 개념을 도입했습니다.

 

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한국원자력연구원은 지난 2006년부터 피복입자핵연료 기술 개발에 착수해 2012년 핵연료 시제품 제작을 완료했습니다.

연소 성능시험을 완료한 피복입자핵연료는 곧 최종 평가를 거쳐 핵연료 입자 1,000여 개를 한데 뭉친 블록형의 연료체로 만들어질 계획이라고 합니다.

앞서 말한 ‘수소경제’의 현실화 여부는 수소를 ‘저렴한 비용에 안정적으로 얼마나 생산할 수 있느냐’에 달렸습니다.

원자력발전도 하고 수소도 얻는 1석 2조의 기술이 국내 연구진으로부터 개발되었다고 하니 기쁘지 않을 수 없겠죠? ^^

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