[관련동향] 초임계로 다시 쓰는 발전 기술 - ① 초임계 이산화탄소가 만드는 고효율 발전

[관련동향] 초임계로 다시 쓰는 발전 기술 -

① 초임계 이산화탄소가 만드는 고효율 발전

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안녕하세요.

We Make Your Idea Possible! 일신오토클레이브입니다.

 

여러분은 이산화탄소라고 하면 어떤 이미지가 먼저 떠오르시나요?🤔 대부분은 배출, 규제, 환경 문제처럼 부정적인 단어를 떠올리실텐데요, 실제로 이산화탄소는 줄여야 할 대상으로 오랫동안 인식돼 왔습니다. 하지만 최근 에너지 기술 분야에서는 이 익숙한 물질이 전혀 다른 역할로 다시 주목받고 있습니다.

 

바로 ‘초임계’라는 상태에 들어선 이산화탄소의 활용을 말하는데요. 특정 온도와 압력을 넘는 순간, 이산화탄소는 더 이상 우리가 알고 있던 기체가 아니라고 할 수 있어요. 액체처럼 밀도가 높으면서도 기체처럼 자유롭게 흐르는 조금은 낯설고 독특한 성질을 갖게 됩니다. 그리고 이 성질이 발전 기술의 새로운 가능성을 열고 있습니다.

 

최근 한국원자력연구원의 연구 현장에서 이 초임계 이산화탄소를 활용한 발전 시스템이 공개되며 주목받고 있다고하는데요, 조금 더 자세히 살펴볼까요?

 

 

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초임계 이산화탄소는 액체와 기체의 성질을 동시에 지니는 이산화탄소를 말한다. 물질은 일반적으로 고체·액체·기체의 세 가지 상태로 존재하지만 임계점이라고 부르는 특정 온도와 압력을 넘으면 초임계라는 제4의 상태가 된다. 액체처럼 밀도가 높은 동시에 기체처럼 점성 없이 자유롭게 흐르는 성질을 가진다. 이산화탄소는 31도, 74기압의 임계점을 넘으면 초임계 상태가 된다. 이를 이용해 터빈을 돌리는 발전 방식이 초임계 이산화탄소 발전이다. (중략)

 

기존 증기 발전은 연료로 물을 끓여 증기를 만들고 생성된 증기로 자석 터빈을 돌려 전기를 일으킨다. 자기(磁氣)의 변화가 전기를 생성하는 전자기 유도 현상을 응용한 것이다. 그런데 기체 상태인 증기를 압축기에서 고압으로 압축해야만 무거운 터빈을 원활히 돌릴 수 있다. 압축에도 에너지가 들기 때문에 결국 이는 전체 발전 효율을 떨어뜨린다.

 

 

 

출처: 한국원자력연구원( https://www.kaeri.re.kr/board/view?pageNum=1&rowCnt=10&no1=8&linkId=12154&menuId=MENU00326&schType=0&schText=%EC%B4%88%EC%9E%84%EA%B3%84&boardStyle=Image&categoryId=&continent=&country=&schYear= )

 

 

초임계 이산화탄소는 이미 액체처럼 고밀도로 뭉쳐 있기 때문에 압축에 드는 에너지를 크게 줄일 수 있다. 이 점이 증기보다 발전 효율을 높일 수 있는 핵심 비결이다. 그러면서도 액체의 끈끈한 성질인 점성이 기체 수준으로 낮은 덕에 배관을 흐르는 과정에서 마찰로 인한 에너지 손실도 줄일 수 있다. 물 역시 초임계 상태로 만들 수 있지만 이산화탄소가 부식성과 독성이 더 낮은 데다 비교적 저온에서 다룰 수 있어 증기를 대신할 매개 물질로 주목받고 있다. (중략)

 

원자력연은 올해부터 5년간 정부 연구개발(R&D) 과제로 재압축기를 개발한다. 성능을 수 ㎿급으로 확장하기 위한 핵심 기술이다. 발전 효율을 40~50%대로 높이려면 압축을 한 번 더 거치는 발전 방식인 ‘재압축 사이클’이 필요하다. 원자력연은 아직 재압축기 없이 ‘단일 모델 사이클’만 구현해 약 20% 수준의 효율로 발전 가능성만 확인한 상태다. 이 선임연구원은 “재압축기 기술을 확보한다면 40% 이상의 고효율 초임계 이산화탄소 발전 시스템을 구현하는 R&D 사업도 추진 가능할 것으로 기대한다”고 했다.

 

 

 

※ 기사출처: https://www.sedaily.com/article/14170785

‘액체 같은 기체’로 발전효율 50% 달성…초임계 이산화탄소 뜬다 | 서울경제

 

 

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해당 기사를 통해 우리는 초임계 이산화탄소 발전이 왜 차세대 발전 기술로 주목받고 있는지를 엿볼 수 있습니다. 액체와 기체의 성질을 동시에 지닌 초임계 이산화탄소 덕분에 발전 효율을 높이고, 설비는 더 작게 만들며, 에너지 손실까지 줄일 수 있다는 점이 기존 증기 발전과 뚜렷한 차이를 만들고 있죠.

 

하지만 여기서 한 걸음 더 나아가 보면 초임계 이산화탄소 발전은 단순히 ‘효율 좋은 발전 방식’에 그치지 않습니다. 발전 설비를 소형화할 수 있다는 점은 곧 어디에, 어떤 형태로 발전 시스템을 구축할 수 있는지에 대한 선택지를 넓힌다는 뜻이기도 합니다.

 

그래서 다음 포스팅에서는 초임계 이산화탄소 발전이 소형모듈원자로(SMR)와 같은 차세대 원전, 그리고 AI 시대의 전력 수요라는 더 큰 흐름 속에서 어떤 역할을 할 수 있을지 살펴보겠습니다!🤓 추가로 초임계 이산화탄소를 이용한 추출 및 초임계 발포, 탈지, 건조 등 초임계 기술과 일가견이 있는 일신오토클레이브도 잊지말고 찾아주세요!

 

 

 

 

 

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