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햇빛으로 철강 제련
탈탄소화가 가장 어려운 분야 중 일부는 철강 제련 및 시멘트 생산과 같이 고온이 필요한 산업입니다. 새로운 접근 방식은 합성 석영 태양열 트랩을 사용하여 섭씨 1,000도 이상의 온도를 생성하며, 이는 많은 탄소 집약적 산업에 충분히 높은 온도입니다.
기후 변화에 대한 대부분의 초점은 전력망과 운송을 정화하는 데 맞춰져 있지만, 놀랍게도 많은 양의 화석 연료가 산업용 에너지에 사용됩니다. 전 세계 에너지 소비의 25%가 유리, 철강 및 시멘트 제조에 사용됩니다.
이러한 공정에 전기를 공급하는 것은 필요한 고온에 도달하기 어렵기 때문에 어렵습니다. 태양 에너지를 집중시키기 위해 수천 개의 태양 추적 거울을 사용하는 태양 수신기는 섭씨 3,000도의 온도에 도달할 수 있기 때문에 가능성을 보여주었습니다. 그러나 공정에 1,000℃ 이상의 온도가 필요한 경우 많은 에너지가 다시 방출되기 때문에 매우 비효율적입니다.
이 문제를 해결하기 위해 스위스 취리히 연방공과대학(ETH Zurich)의 연구진은 태양광 수신기에 반투명 석영을 추가하면 섭씨 1,050도의 높은 온도에서 태양 에너지를 가둘 수 있음을 보여주었습니다. 이는 오염이 심한 다양한 산업에서 화석 연료를 대체할 수 있을 만큼 충분히 뜨겁다고 연구진은 말합니다.
"이전 연구는 섭씨 170도까지만 열 트랩 효과를 입증할 수 있었습니다"라고 수석 연구원 에밀리아노 카사티(Emiliano Casati)는 보도 자료에서 말했습니다. "우리의 연구에 따르면 태양열 포획은 저온뿐만 아니라 섭씨 1,000도 이상에서도 작동합니다. 이는 실제 산업 응용 분야에 대한 잠재력을 보여줍니다."
연구원들은 태양 에너지를 흡수하기 위해 실리콘 카바이드 디스크를 사용했지만 대략 1피트 길이의 석영 막대를 부착했습니다. 석영은 반투명하기 때문에 빛이 석영을 통과할 수 있지만 열을 쉽게 흡수하여 다시 방출되는 것을 방지합니다.
즉, 연구자들이 석영 막대를 태양 136개에 해당하는 모의 햇빛에 노출시켰을 때, 태양 에너지는 실리콘 판으로 쉽게 통과한 다음 거기에 갇혔다는 것을 의미했습니다. 이를 통해 플레이트를 최대 1,050℃까지 가열할 수 있었지만 막대의 다른 쪽 끝은 600℃에 불과했습니다.
장치의 시뮬레이션은 석영의 열 포집 기능이 태양열 수신기의 효율성을 크게 높일 수 있음을 발견했습니다. 최첨단 수신기에 석영 막대를 추가하면 1,200℃의 온도에 도달하려고 할 때 효율을 40%에서 70%로 높일 수 있습니다. 이러한 종류의 효율성 향상은 태양열 설치의 크기와 비용을 크게 줄일 수 있습니다.
아직은 개념 증명에 불과하지만, 접근 방식이 단순하기 때문에 기존 수신기 기술에 적용하는 것이 그리 어렵지 않을 것입니다. 빌 게이츠(Bill Gates)의 지원을 받는 헬리오젠(Heliogen)과 같은 회사는 이미 다양한 산업 분야에서 필요한 고온을 생성하도록 설계된 태양열 용광로 기술을 개발했습니다.
업계의 채택을 진정으로 장려하려면 이 기술의 경제적 실행 가능성과 이점을 대규모로 입증해야 합니다. 그러나 화석 연료 사용의 큰 부분을 태양 에너지로 대체할 수 있다는 전망은 이 기술을 실현하기에 충분한 동기가 될 것입니다.
이상의 기사는 2024년 5월 17일 SingularityHub에 게재된 “Smelting Steel With Sunlight: New Solar Trap Tech Could Help Decarbonize Industrial Heat”제목의 기사 내용을 편집하여 작성하였습니다.
* 원문정보 출처 : https://singularityhub.com/2024/05/17/smelting-steel-with-sunlight-new-solar-trap-tech-could-help-decarbonize-industrial-heat/