나우폴리212

스페이스X, 세 번째 화성 탐사 우주선 스타쉽 발사 실패 🚀

요약:

• 발사 일시 및 장소: 2023년 3월 14일, 미국 텍사스 주 보카치카의 스페이스X 스타베이스에서.
• 주요 사건: 스타쉽 우주선은 발사 후 3분 만에 1단계 부스터가 성공적으로 분리되었으나, 인도양 상공에서 대기권 재진입을 시작하면서 통신이 끊김.
• 스페이스X의 목표: 이번 테스트는 여러 야심 찬 목표를 시도했으며, 페이로드 도어 개폐, 추진체 이송, 랩터 엔진 재점화, 통제된 재진입 등을 포함.
• 새로운 궤도 비행: 대중의 안전을 극대화하면서 새로운 기술 시험 가능.
• Starship 우주선: 승무원 및 화물을 지구 궤도, 달, 화성 등으로 운반할 수 있는 완전히 재사용 가능한 운송 시스템.

스타쉽 1차 및 2차 발사 시도 역사

스타쉽은 SpaceX에서 개발 중인 재사용 가능한 2단계 로켓 시스템입니다. 화성, 달, 지구 궤도 등 다양한 목적지에 사용 가능하도록 설계되었습니다.

1차 발사 시도 (2021년 12월 9일)

• 발사 장소: 미국 텍사스 주 보카치카
• 로켓 구성:
  • 슈퍼 헤비 부스터 (SN20)
  • 스타십 SN15
• 발사 목표: 10km 고도 상승 후 착륙
• 결과:
  • 슈퍼 헤비 부스터 성공 발사 및 분리
  • 스타십 SN15 엔진 점화 문제 발생
  • 착륙 시 충돌 및 폭발

2차 발사 시도 (2022년 3월 23일)

• 발사 장소: 미국 텍사스 주 보카치카
• 로켓 구성:
  • 슈퍼 헤비 부스터 (SN23)
  • 스타십 SN24
• 발사 목표: 12.5km 고도 상승 후 착륙
• 결과:
  • 슈퍼 헤비 부스터 3개 엔진 점화 불량
  • 발사 중단

스타쉽(Starship)

스타쉽은 SpaceX에서 개발 중인 재사용 가능한 2단계 로켓 시스템입니다. 화성, 달, 지구 궤도 등 다양한 목적지에 사용 가능하도록 설계되었습니다.

주요 특징:

• 재사용 가능성: 스타쉽은 발사 후 착륙하여 다시 사용할 수 있도록 설계되었습니다. 이는 우주 여행 비용을 크게 절감할 수 있는 핵심 기술입니다.
• 대형 탑재 능력: 스타쉽은 최대 100톤의 화물 또는 100명의 승객을 탑재할 수 있습니다. 이는 기존 우주선에 비해 훨씬 큰 탑재 능력입니다.
• 다양한 목적지: 스타쉽은 화성, 달, 지구 궤도 등 다양한 목적지에 사용될 수 있습니다. 화성 식민지화, 달 탐사, 위성 발사 등 다양한 임무에 활용될 예정입니다.

SpaceX 소개

설립: 2002년

설립자: 일론 머스크

본사: 캘리포니아 주 호손

사업 분야:

• 우주 발사체 및 우주선 제조
• 우주 운송 서비스 제공
• 위성 인터넷 서비스 제공 (스타링크)

목표:

• 우주 운송 비용 절감
• 화성 식민지화

주요 업적:

• 세계 최초 민간 액체 추진 로켓 지구 궤도 도달 (2008년, 팰컨 1)
• 세계 최초 민간 우주선 발사, 궤도 비행, 회수 (2010년, 드래곤)
• 세계 최초 민간 우주선 국제 우주 정거장 도킹 (2012년, 드래곤)
• 세계 최초 로켓 1단 부스터 수직 이착륙 성공 (2015년, 팰컨 9)
• 재사용 가능한 로켓 발사 및 회수 기술 개발
• 최다 연간 궤도 발사 기록 보유 (2022년, 61회)

진행 중인 프로젝트:

• 스타쉽: 화성, 달, 지구 궤도 등 다양한 목적지에 사용 가능한 재사용 가능한 로켓 시스템
• 스타링크: 전 세계에 고속 인터넷 제공을 위한 위성 인터넷 서비스

SpaceX는 혁신적인 기술 개발과 적극적인 투자를 통해 우주 산업을 변화시키고 있습니다. 화성 식민지화라는 궁극적인 목표를 달성하기 위해 지속적으로 노력하고 있으며, 앞으로도 우주 개발 분야에서 더 많은 획기적인 업적을 만들어낼 것으로 기대됩니다.

롤스로이스와 미국 국방부의 협력

2024년, 롤스로이스는 BWXT, 노스롭 그루먼, 에어로젯 로켓다인, 토치 테크놀로지스와 함께 미국 국방부(DoD)의 첫 고급 미니 원자로를 개발하는 데 중요한 역할을 하게 됩니다. 롤스로이스는 다양한 에너지 소스를 활용하여 국방부 및 기타 고객의 탄력성을 지원하는 신뢰할 수 있는 에너지 소스 개발 분야에서 업계 선두자로 자리매김하였습니다. 이들은 청정, 안전하고 경쟁력 있는 솔루션을 제공하는 최첨단 기술을 선도하고 있습니다.

Rolls-Royce to Play Key Role in US DoD Nuclear Microreactor (asdnews.com)

미국 최초의 고급 원자력 마이크로리액터, 2024년 배치 예정 🌟

MARVEL 마이크로리액터 프로젝트

아이다호 국립 연구소(INL)에서 개발 중인 MARVEL 마이크로리액터는 미국 국립 연구소에서 현재 제공할 수 없는 실험적 기능을 제공할 예정이며, 마이크로리액터의 기본적인 특징, 운영 및 행동에 대한 연구 및 개발을 가능하게 할 것입니다. 이 프로젝트는 INL의 첫 번째 원자력 마이크로그리드에 연결될 예정이며, 초기 테스트를 완료한 후 재배치 가능한 마이크로그리드 시스템에 통합될 것입니다. 이 시스템은 이미 상당한 크기의 에너지 저장 장치와 완전한 마이크로그리드 제어 시스템을 갖추고 있으며, 태양광 및 풍력과 같은 재생 가능 에너지와 결합하여 마이크로리액터와 다른 에너지 입력 및 저장 시스템 간의 제어 및 연결을 시연할 계획입니다.

Project Pele - BWXT

미국 국방부는 버지니아에 기반을 둔 BWX Technologies에게 미국 최초의 고급 원자력 마이크로리액터 건설을 위임했습니다. 이 프로젝트는 안전하고 작은 크기의 이동 가능한 원자력 리액터를 통해 증가하는 에너지 수요를 해결하고자 합니다. 리액터와 연료는 별도로 안전하게 운송될 예정이며, 시험장에서 연료를 주입한 후 최대 3년간의 테스트를 거쳐 성능과 운용 가능성을 확인할 예정입니다. 이 테스트 프로그램은 리액터가 실제 응용 프로그램에서 전원 소스가 보게 될 운영 부하를 정확하게 모방하는 부하 뱅크로 전력을 생산할 수 있음을 증명할 것입니다.

미국 국방부의 첫 번째 고급 원자력 마이크로리액터

미국 국방부(DOD)는 BWX Technologies를 선택하여 2024년까지 미국 최초의 고급 원자력 마이크로리액터를 건설할 것이라고 발표했습니다. 이는 국방부가 매년 약 30TWh의 전기를 소비하며, 비전투 차량을 전기화함에 따라 이 수요가 증가할 것으로 예상됨에 따른 조치입니다. 안전하고 소형, 이동 가능한 원자력 리액터는 이 증가하는 수요를 탄소 배출 없는 안정적인 에너지 소스로 해결할 것입니다.

INL's microreactor: A MARVEL machine - Nuclear Engineering International (neimagazine.com)

BWXT to Build First Advanced Microreactor in United States

First US advanced nuclear microreactor, with 2024 delivery - CO2 Coalition

핵 마이크로 리액터란 무엇일까요?

핵 마이크로 리액터는 기존 원자로보다 훨씬 작고 휴대성이 뛰어난 핵 발전 설비입니다. 일반적으로 출력 20MW 이하이며, 도로, 철도 또는 항공으로 쉽게 운송할 수 있도록 설계되었습니다.

주요 특징

• 작은 크기: 기존 원자로보다 100~1,000배 작으며, 소형 모듈러 리액터(SMR)보다도 2~10배 작습니다.
• 휴대성: 트럭이나 비행기로 쉽게 운송할 수 있어 원격 지역에도 배치할 수 있습니다.
• 장기 작동: 재급유 없이 최대 10년 동안 연속 작동할 수 있습니다.
• 낮은 탄소 배출: 화석 연료 발전소보다 탄소 배출량이 훨씬 적습니다.
• 다양한 용도: 전력 공급, 탈염, 수소 생산 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

주요 용도

• 격리된 지역: 전력망에 연결되지 않은 섬, 군사 기지, 광산 등에 전력을 공급합니다.
• 재난 지역: 자연재해로 인해 전력망이 손상된 지역에 임시 전력을 공급합니다.
• 산업: 탈염, 수소 생산, 광업 등 에너지 소비량이 많은 산업에 전력을 공급합니다.
• 데이터 센터: 대규모 데이터 센터에 안정적인 전력을 공급합니다.

현재 개발 현황

핵 마이크로 리액터는 아직 개발 초기 단계이지만, 전 세계적으로 많은 국가와 기업들이 관련 연구에 투자하고 있습니다. 미국, 캐나다, 영국, 프랑스, 러시아 등에서 다양한 핵 마이크로 리액터 설계가 개발되고 있으며, 2020년대 후반부터 상용화가 시작될 것으로 예상됩니다.

핵 마이크로 리액터의 장점

• 작고 휴대성이 뛰어나 다양한 장소에 배치할 수 있습니다.
• 장기간 작동할 수 있어 유지 관리 비용이 낮습니다.
• 낮은 탄소 배출량으로 친환경적입니다.
• 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

핵 마이크로 리액터의 단점

• 원자력 발전의 안전성에 대한 우려가 있습니다.
• 핵 폐기물 처리 문제가 있습니다.
• 초기 투자 비용이 높습니다.

핵 마이크로 리액터의 미래

핵 마이크로 리액터는 미래 에너지 시스템에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 특히, 격리된 지역이나 재난 지역에 전력을 공급하는 데 유용할 것으로 예상됩니다. 하지만 안전성과 핵 폐기물 처리 문제는 해결해야 할 과제입니다.

토요타의 암모니아 엔진, 자동차 산업의 새로운 지평을 열다

토요타와 GAC의 혁신적인 암모니아 엔진

토요타는 중국의 자동차 제조업체 GAC와 협력하여 액체 암모니아를 연료로 사용하는 새로운 프로토타입 엔진을 개발했습니다. 이 엔진은 기존 가솔린 엔진에 비해 탄소 배출을 90% 줄이면서 161 마력의 성능을 발휘합니다. 암모니아 엔진의 개발은 승용차뿐만 아니라 선박, 항공기, 트럭, 기차 등 다양한 운송 수단에 암모니아 엔진의 사용을 확장하는 것을 목표로 합니다.

암모니아 연료의 이해

암모니아는 질소와 수소 분자로 구성된 무색 가스로, 주로 비료 생산에 사용되지만 연료로도 사용될 수 있습니다. 암모니아는 탄소 배출 없이 깨끗하게 연소되며, 높은 에너지 밀도를 가지고 있어 소량으로도 많은 에너지를 저장할 수 있습니다. 그러나 암모니아의 고독성과 현재로서는 연료로서 널리 사용되지 않아 관련 인프라 투자가 필요한 점 등이 도전 과제로 지적되고 있습니다.

자동차 산업에 미치는 영향

토요타의 암모니아 엔진은 전기차(EV) 및 기타 대체 연료 차량 시장에 중대한 변화를 가져올 수 있습니다. 특히 전기차의 경우 제한된 주행 거리, 긴 충전 시간, 높은 비용 등의 문제를 가지고 있지만, 암모니아 엔진은 더 긴 주행 거리와 빠른 연료 보급 시간을 제공함으로써 소비자에게 더 편리한 옵션을 제공할 수 있습니다.

결론

토요타와 GAC가 개발한 암모니아 엔진은 기존 가솔린 엔진보다 90% 적은 탄소 배출을 실현하며, 지속 가능한 운송의 미래를 위한 중요한 발걸음을 내딛고 있습니다. 그러나 암모니아의 독성 및 아직 갖추어지지 않은 연료 공급 인프라 등의 문제는 앞으로 해결해야 할 과제로 남아 있습니다.

GAC and Toyota create ammonia powered engine | Contechs

Everything You Need To Know About The Toyota Ammonia Engine - Engineeringmix

암모니아 엔진 개요

암모니아 엔진은 암모니아(NH₃)를 연료로 사용하는 내연기관입니다. 암모니아는 연소 시 이산화탄소(CO₂) 배출량이 없기 때문에 유망한 대체 연료입니다. 이는 차량 및 기타 기계에서 발생하는 온실 가스 배출량을 줄이는 데 매력적인 옵션입니다.

장점

• 온실 가스 배출량 감소: 암모니아 엔진은 연소 시 CO₂ 배출량이 없습니다. 이는 운송 및 기타 분야에서 발생하는 온실 가스 배출량을 크게 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
• 공기 질 개선: 암모니아 엔진은 질소 산화물 및 미세먼지와 같은 다른 오염 물질도 적게 배출합니다. 이는 도시 및 기타 지역의 공기 질 개선에 도움이 될 수 있습니다.
• 국내 생산 연료: 암모니아는 천연 가스, 석탄 및 재생 에너지 등 다양한 원료로 생산할 수 있습니다. 이는 수입 석유에 대한 의존도를 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.

문제점

• 독성: 암모니아는 심각한 건강 문제를 일으킬 수 있는 유독 가스입니다. 즉, 암모니아 엔진은 누출을 방지하기 위해 신중하게 설계 및 작동해야 합니다.
• 부식성: 암모니아는 알루미늄과 같은 일부 금속을 부식시킬 수 있습니다. 암모니아 엔진을 설계 및 제작할 때 이를 고려해야 합니다.
• 저장 및 운송: 암모니아는 상온 상압에서 기체이므로 저장 및 운송이 어렵습니다. 이는 암모니아 저장 및 운송을 위한 새로운 인프라 개발이 필요합니다.

결론

전반적으로 암모니아 엔진은 기존 내연기관에 대한 친환경적이고 지속 가능한 대안이 될 가능성이 있습니다. 그러나 광범위하게 사용되기 전에 해결해야 할 몇 가지 문제가 있습니다.

암모니아 엔진의 작동

암모니아 엔진은 기존 내연기관과 유사한 작동 원리를 가지고 있지만 몇 가지 중요한 차이점이 있습니다.

1. 연료:

• 기존 내연기관은 가솔린, 디젤 또는 천연 가스와 같은 탄화수소 연료를 사용합니다.
• 암모니아 엔진은 암모니아(NH₃)를 연료로 사용합니다. 암모니아는 질소와 수소로 구성된 화합물입니다.

2. 연소:

• 탄화수소 연료는 공기와 혼합되어 불꽃점화로 연소됩니다.
• 암모니아는 자체적으로 연소하기 어렵습니다. 암모니아 엔진은 촉매 또는 고온을 사용하여 암모니아를 분해하여 연소를 가능하게 합니다.

3. 연소 과정:

• 암모니아 엔진의 연소 과정은 다음과 같습니다.
  • 암모니아는 촉매 또는 고온에 의해 질소와 수소로 분해됩니다.
  • 수소는 공기와 혼합되어 연소하여 열을 발생시킵니다.
  • 이 열은 엔진의 피스톤을 움직여 동력을 발생시킵니다.

4. 배출가스:

• 탄화수소 연료를 사용하는 엔진은 CO₂, NOx, 미세먼지 등의 오염 물질을 배출합니다.
• 암모니아 엔진은 연소 과정에서 CO₂를 배출하지 않습니다.
• 암모니아 엔진은 NOx 및 미세먼지 배출량을 줄일 수 있지만 완전히 제거하지는 못합니다.

5. 엔진 종류:

• 암모니아 엔진은 다양한 방식으로 설계될 수 있습니다.
• 가장 일반적인 유형은 다음과 같습니다.
  • 스파크 점화 엔진: 기존 가솔린 엔진과 유사하게 작동하지만 암모니아 연료를 사용합니다.
  • 압축 점화 엔진: 디젤 엔진과 유사하게 작동하지만 암모니아 연료를 사용합니다.
  • 연료 전지: 암모니아를 전기 에너지로 변환하여 엔진을 구동합니다.

암모니아 엔진, 미래 해운업의 새로운 동력? 🚢

암모니아 엔진의 개발과 전망

2024년, 암모니아 엔진 개발에 있어 중요한 전환점을 맞이하고 있습니다. MAN Energy Solutions와 Wärtsilä는 해운업의 탄소 배출을 줄이기 위해 암모니아를 연료로 사용하는 엔진 개발에 앞장서고 있습니다.

MAN Energy Solutions는 2019년부터 암모니아를 연료로 사용하는 2행정 엔진 개발에 착수하여, 2022년 10월부터 코펜하겐에서 해당 엔진의 설계 및 연소 과정에 대한 테스트를 시작했습니다. 이들은 암모니아 연료가 탄소 배출 없이, 다른 연료(메탄, 메탄올, 에탄, LPG)와 같은 디젤 원리를 사용하여 연소될 수 있음을 보여주었습니다. 첫 번째 암모니아 엔진은 2024년에 출시될 예정입니다.

Wärtsilä는 암모니아를 연료로 사용하는 최초의 상용 4행정 듀얼 연료 엔진인 'Wärtsilä 25'를 개발했습니다. 이 엔진은 기존의 LNG 시스템에 기반하여 설계되었으며, 디젤, LNG, 가스 또는 액체 형태의 탄소 중립 바이오 연료 외에도 암모니아를 연료로 사용할 수 있습니다. Wärtsilä는 이 엔진을 통해 환경 지속 가능성과 운영 효율성을 모두 달성하고자 합니다.

암모니아는 태양광과 공기에서 생산될 수 있으며, 해운업에서의 탄소 배출을 줄일 수 있는 중요한 대안으로 간주됩니다. 국제해사기구(IMO)는 해운업의 온실가스 배출량을 2050년까지 70% 감축하고, 이 세기 내에 완전히 배출량을 없애는 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 목표 달성을 위해 암모니아와 같은 신재생 연료의 사용이 중요하게 부각되고 있습니다.

암모니아 엔진의 도전과 기회

암모니아 엔진 개발은 몇 가지 중요한 기술적 도전과제를 안고 있습니다. 암모니아는 독성이 있고 부식성이 있어, 연료 탱크부터 엔진에 이르는 전체 시스템을 안전하게 설계해야 합니다. 또한, 암모니아 연소 과정에서 웃음가스(N2O)와 같은 온실가스를 방출하지 않도록 설계하는 것이 중요합니다.

이러한 도전에도 불구하고, 암모니아 엔진은 해운업에서의 탄소 배출을 줄이는 데 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 암모니아 연료의 개발과 사용은 해운업의 지속 가능성을 향한 중요한 단계이며, 이는 국제 해운업계가 파리 협약에서 정한 목표를 달성하는 데 기여할 것입니다.

MAN Energy Solutions 2 stroke Ammonia engine – Ammonia Energy Association

Wärtsilä rolls out industry's first 4-stroke ammonia engine - Offshore Energy (offshore-energy.biz)

해양열파: 바다의 폭염, 생태계에 미치는 영향 🌊

해양 열파는 해수면 온도가 평년보다 뚜렷하게 높아지는 현상을 의미합니다. 일반적으로 5일 이상 지속되는 해양 온도 상승을 의미하며, 지역에 따라 다르지만 일반적으로 1.5℃ 이상 상승하면 해양 열파로 간주됩니다.

해양열파의 특성과 영향

해양열파는 지구 온난화에 따라 그 발생 빈도와 강도가 증가하고 있습니다. 한국해에서는 위성과 재분석 자료를 활용한 연구를 통해 1982년부터 2018년까지의 해양열파 특성을 분석하였습니다. 연구 결과, 한국해의 해양열파는 동해, 황해, 동중국해 순으로 지속 시간이 길며, 특히 동해의 동한만과 극전선 주변에서는 평균 17일 이상 지속되는 장기 해양열파가 발생하는 것으로 나타났습니다. 이러한 해양열파는 여름철에는 운량 감소, 바람 약화, 남풍 증가 등의 복합적인 영향으로, 겨울철에는 운량 감소와 난류 유입의 영향으로 발생하는 것으로 분석되었습니다.

해양열파가 바다 생태계에 미치는 영향

해양열파는 바다 생태계에 심각한 영향을 끼치고 있습니다. 장기간 비정상적으로 높은 해수 온도는 새와 어류, 해양 포유류의 폐사율을 높이고, 녹조와 같은 해로운 조류의 번식을 유발하며, 해양 영양분 공급을 크게 감소시킵니다. 이로 인해 산호 백화 현상과 같은 현상이 일어나고, 어류들이 더 차가운 바닷물로 이동하게 만들며, 극지방의 만년설 면적을 급격히 감소시킬 수 있습니다.

해양열파의 미래와 대책

해양열파의 발생 빈도와 강도는 지난 40년 동안 전 세계적으로 증가하였으며, 이는 지구 온난화의 직접적인 결과로 볼 수 있습니다. 인간의 영향으로 인한 기후 변화가 해양열파에 미치는 영향을 조사한 결과, 주요 해양열파는 인간의 영향으로 20배 이상 자주 발생하고 있으며, 이는 지구 온난화가 지속될 경우 더욱 심각해질 것으로 예상됩니다. 따라서 야심 찬 기후 목표를 설정하고 지구 온난화를 제한하는 것이 해양 생태계를 보호하기 위한 중요한 조치가 될 것입니다.

[보고서]한국해 해양열파 특성 및 변동성 (kisti.re.kr)

[동향]‘해양 열파’로 바다 생태계 소멸 (kisti.re.kr)

2024년 해양 열파, 어디까지 왔나? 🌊

해양 열파의 현황과 전망

2024년, 해양 열파는 전례 없는 수준에 도달하여 전 세계 바다의 약 41%를 덮었습니다. 이는 1991년 이후 가장 높은 비율로 기록되었으며, 특히 동태평양, 미국 서해안, 일본 해, 대서양의 여러 부분, 인도양 및 남극해를 포함한 광범위한 지역에서 관찰되었습니다. 이러한 열파는 해양 생태계와 연안 공동체에 중대한 영향을 미칠 수 있으며, 어류, 해양 포유류, 해조류의 대량 폐사, 식량망 교란, 산호 백화, 유해 조류 번식 등을 유발할 수 있습니다【7†출처】.

미국 오리건 및 워싱턴 연안에 도달한 대규모 해양 열파는 해양 생태계 및 해양 생물에 영향을 미칠 수 있는 유해 조류 번식의 가능성을 증가시키고 있습니다. NOAA 연구소는 이러한 해양 열파와 그 영향을 추적하고 있으며, 엘니뇨 기후 패턴의 예상 영향과 결합될 수 있습니다.

해양 열파 예측 및 대응

해양 열파에 대한 정확한 예측은 어업, 해양 관리자, 연안 공동체가 이러한 사건들의 다양한 영향에 대비하고 대응할 수 있도록 돕습니다. NOAA의 물리과학 연구소는 엘니뇨 남방 진동과 관련된 기간 동안 더 높은 정확도를 보이며, 인도-태평양 지역, 캘리포니아 해류 시스템, 브라질 북부 해류 등에서 높은 예측 능력을 가지고 있습니다.

2024년 1월 현재, 전 세계 해양의 41%가 해양 열파 조건을 경험하고 있으며, 이는 특히 엘니뇨 사건과 관련된 열대 태평양에서 지속될 것으로 예상됩니다. 또한, 북태평양, 열대 대서양, 카리브해, 인도양, 남극해 등에서 열파 조건이 지속되거나 발생할 가능성이 높습니다.

Marine Heatwaves : NOAA Physical Sciences Laboratory

Global ocean roiled by marine heatwaves, with more on the way - NOAA Research

Large Marine Heatwave Reaches Oregon and Washington Coasts | NOAA Fisheries

2024년 바다숲 사업으로 탄소중립에 기여하자! 🌊

바다숲이란?

바다숲은 해양 생태계의 중요한 부분으로, 해조류 숲을 포함한 다양한 해양 생물의 서식지입니다. 이는 탄소 흡수와 같은 중요한 환경 기능을 수행하여 지구 온난화와 싸우는 데 도움을 줍니다.

바다숲의 역할

• 탄소중립 기여: 해양수산부는 바다숲과 갯벌을 블루카본 타깃으로 설정하여 탄소 흡수 목표를 관리하고 있습니다.
• 탄소흡수력 조사: 한국수산자원공단은 포항공과대학교와 함께 바다숲의 탄소흡수력을 조사하여, 바다숲 1ha당 연간 약 3.4톤의 이산화탄소를 흡수한다는 결과를 도출했습니다.

미래 전망

• 국제 교류와 세미나: 바다숲의 블루카본 인증과 관련된 국제 세미나를 개최하여, 바다숲의 중요성을 국제적으로 공유하고 인정받으려는 노력이 계속되고 있습니다.

바다숲 사업은 탄소중립 달성을 위한 중요한 전략으로, 해양수산부와 한국수산자원공단이 앞장서고 있습니다. 이러한 노력은 지속 가능한 해양 관리와 지구온난화 방지에 기여할 것으로 기대됩니다.

바다숲이란 무엇일까요? 🌊

바다숲의 정의와 필요성

바다숲은 육지의 산림처럼 대형 바닷말이 번성하여 이룬 군락으로, 다양한 바다생물을 잉태하고 보호하는 안식처입니다. 이는 건강한 바다 생태계를 유지하는 데 중요한 역할을 하며, 수산생물의 산란과 서식처 제공, 해양수질 정화, 저질 안정화, 이산화탄소 흡수원 등 다양한 생태적, 경제적, 사회적, 심미적 가치를 제공합니.

갯녹음 현상으로 인해 바다숲의 기능이 상실되어 바다사막화라고도 불리는 상황이 우리나라 전 연안에서 나타나고 있습니다. 갯녹음은 수온 상승, 과도한 연안 개발 등으로 자연 암반에 서식하는 해조류가 사라지고 무절석회조류가 암반의 표면을 뒤덮은 상태가 장기간 지속되는 현상입니다.

바다숲 조성 방법

바다숲 조성을 위한 여러 방법이 있습니다. 종묘이식, 수중저연승, 모조주머니 사용 등 다양한 기술을 통해 바다숲을 만들고 있으며, 이는 갯녹음 현상에 대응하고 생태계를 되살리기 위한 중요한 작업입니다. 예를 들어, 다년생 해조류를 어초에 이식하거나, 로프에 양식된 해조류를 어초 사이에 고정시켜 바다숲을 조성합니다.

바다숲의 중요성

바다숲은 해조류 및 해초류가 바닷속에서 무성히 숲을 이루며, 수산생물의 산란지 및 서식처, 해양 수질 정화 등에 기여합니다. 한국수산자원공단은 갯녹음 확대를 예방하기 위해 바다숲 조성 사업을 시행하고 있으며, 인공어초 시설사업과 함께 해양 생태계의 복원과 보호를 목적으로 합니다.

기후변화로 인해 해수온이 상승하면서 해양 생태계에 많은 변화가 일어나고 있습니다. 이에 따라 바다숲 조성과 같은 환경 보호 및 복원 작업이 더욱 중요해지고 있으며, 이는 해양 생태계의 다양성과 안정성 유지에 기여합니다.

한국수산자원공단_사업소개 > 바다숲 조성사업 > 바다숲 사업 배경 (fira.or.kr)

바다숲을 만드는 한국수산자원공단 : 기후변화 다양한 이야기 (climatuscollege.org)

바다가 이산화탄소를 흡수하는 방법 알아보기 🌊

바다의 이산화탄소 흡수능력

바다는 지구 온난화의 주범인 이산화탄소를 흡수하는 자연의 탄소 싱크입니다. 최근 연구에 따르면, 바다는 인간 활동으로 발생한 대기 중 이산화탄소의 약 25%를 흡수하며, 이는 매년 2페타그램 이상의 탄소에 해당합니다. 특히 남반구 여름 동안 남극해는 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 강력한 탄소 싱크 역할을 한다는 것이 항공 관측을 통해 확인되었습니다.

이산화탄소 흡수 증진 방안

• 해양 기반 이산화탄소 제거 방법: 바다의 이산화탄소 흡수 능력을 증진시키기 위한 방법으로 생물학적, 화학적, 전기화학적 개념이 제안되고 있습니다. 예를 들어, 해안 청색 탄소 생태계 복원, 대규모 해조류 재배, 해양 알칼리화 증진 등이 있으며, 이러한 방법들은 지역적 또는 계절적인 해양 산성화 완화 효과가 있을 수 있습니다.
• 플랑크톤의 역할: 플랑크톤은 대기 중 이산화탄소를 흡수하여 해저로 운반하는 중요한 역할을 합니다. 최근 연구에 따르면, 해양의 생물학적 탄소 펌프 추정치는 기존 연구보다 약 20% 높은 연간 15기가톤에 달할 수 있다고 합니다.

해양 이산화탄소 흡수의 중요성

이산화탄소 흡수는 해양 생태계에 중요한 영향을 미치며, 해양 산성화를 늦추는 데 기여할 수 있습니다. 그러나 해양 산성화는 해양 생물에 부정적인 영향을 끼치며, 궁극적으로 인간에게도 영향을 줄 수 있습니다. 따라서 해양의 이산화탄소 흡수 능력을 이해하고 증진시키기 위한 연구와 노력이 중요합니다.

NASA-supported Study Confirms Importance of Southern Ocean in Absorbing Carbon Dioxide – Climate Change: Vital Signs of the Planet

How the Ocean Can Help Absorb CO2 | World Resources Institute (wri.org)

Carbon Dioxide Removal - NOAA Ocean Acidification Program

Plankton Power: Unlocking the Ocean’s Hidden Carbon Storage Capacity (scitechdaily.com)

인공지능(AI) 전력 수요 증가: 불가피한 미래인가, 지속 가능한 미래인가? ⚡

인공지능, 새로운 에너지 소비자로 떠오르다

2024년 현재, 인공지능(AI)은 전 세계 전력 소비량에 상당한 영향을 미치고 있습니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2022년 전 세계 데이터센터의 전력 소비량은 460TWh(테라와트시)였으며, 2026년에는 최대 1050TWh까지 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 스웨덴, 아르헨티나, 네덜란드 등 국가 전체의 연간 전력 소비량과 맞먹는 수준입니다.

이러한 급격한 증가는 다음과 같은 요인들에 의해 발생합니다.

• 데이터센터 증설: AI 기술의 발전과 활용 확대로 인해 데이터센터의 규모와 수가 급격히 증가하고 있습니다.
• 고성능 컴퓨팅: AI 모델 학습과 실행에는 고성능 컴퓨팅 시스템이 필요하며, 이는 많은 전력을 소비합니다.
• 딥러닝 모델의 복잡성: 딥러닝 모델은 더욱 복잡하고 대규모화되어 더 많은 전력을 필요로 합니다.

AI, 에너지 문제의 심화 요인인가, 해결책인가?

AI 기술의 발전은 에너지 문제에 있어 양날의 검과 같습니다. 한편으로는 전력 소비를 증가시키는 요인이 될 수 있지만, 다른 한편으로는 에너지 효율을 높이는 데 활용될 수 있습니다.

AI 기술의 에너지 효율 활용 사례:

• 스마트 그리드: AI 기술을 활용하여 전력망을 최적화하고 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.
• 재생 에너지: AI 기술을 활용하여 재생 에너지 생산량을 늘리고, 효율적으로 관리할 수 있습니다.
• 에너지 절약: AI 기술을 활용하여 건물, 가전제품 등의 에너지 소비를 줄일 수 있습니다.

지속 가능한 AI 미래를 위한 노력

AI 기술의 발전과 함께 에너지 문제 해결을 위한 노력도 함께 이루어져야 합니다.

지속 가능한 AI 미래를 위한 방안:

• 에너지 효율적인 AI 기술 개발: AI 기술 자체의 에너지 효율을 높이는 연구 개발이 필요합니다.
• 재생 에너지 활용: 데이터센터 및 AI 시스템에 재생 에너지를 활용해야 합니다.
• 에너지 정책 개선: AI 기술의 발전에 맞춰 에너지 정책을 개선하고, 에너지 효율을 높일 수 있는 환경을 조성해야 합니다.

AI 전력 수요 증가, 미래 사회에 미치는 영향

AI 전력 수요 증가는 단순히 에너지 문제에만 국한되지 않습니다. 경제, 사회, 환경 등 다양한 분야에 영향을 미칠 수 있습니다.

AI 전력 수요 증가의 영향:

• 전력 부족: 전력 수요 증가는 전력 부족 문제를 심화시킬 수 있습니다.
• 온실 가스 배출 증가: 전력 생산 증가는 온실 가스 배출량 증가로 이어질 수 있습니다.
• 에너지 비용 증가: 에너지 소비 증가는 에너지 비용을 증가시킬 수 있습니다.

따라서 AI 기술의 발전과 함께 에너지 문제 해결을 위한 노력을 통해 지속 가능한 미래를 만들어나가야 합니다.

친환경 전환과 기저전력 문제: 해결해야 할 과제

친환경 에너지로의 전환은 기후 변화 문제 해결을 위해 필수적이지만, 기저전력 확보 문제는 여전히 해결해야 할 과제입니다. 기저전력은 24시간 끊임없이 공급되어야 하는 최소한의 전력을 의미하며, 재생에너지는 불안정한 특성을 가지고 있어 기저전력 확보에 어려움을 겪고 있습니다.

기저전력 문제의 심각성

• 전력 공급 불안정: 기저전력 부족은 정전, 송전망 불안정, 경제적 손실 등을 초래할 수 있습니다.
• 에너지 안보 약화: 기저전력 부족은 해외 에너지 의존도를 높이고 에너지 안보를 약화시킬 수 있습니다.
• 사회적 혼란: 장기간 정전은 사회적 혼란을 야기할 수 있습니다.

친환경 전환과 기저전력 문제 해결 방안

• 에너지 저장 기술 개발: 재생에너지 생산량 변동을 해결하기 위한 에너지 저장 기술 개발이 필요합니다.
• 다양한 재생에너지 활용: 태양광, 풍력, 수력, 바이오 등 다양한 재생에너지를 활용하여 기저전력 확보를 위한 포트폴리오를 구축해야 합니다.
• 화석 연료 단계적 탈퇴: 화석 연료는 기저전력 확보에 중요한 역할을 하지만, 탄소 배출량 감소를 위해 단계적으로 탈퇴해야 합니다.
• 국제 협력 강화: 기저전력 문제는 국제적인 협력을 통해 해결해야 합니다.

기저전력 문제 해결을 위한 기술

• 에너지 저장 기술: 배터리, 펌프드 스토리지, 압축공기 에너지 저장 등 다양한 에너지 저장 기술 개발이 진행되고 있습니다.
• 스마트 그리드: 송전망을 효율적으로 관리하고 재생에너지 활용을 극대화하는 스마트 그리드 구축이 필요합니다.
• 수소 에너지: 수소 에너지는 저장 및 운송이 용이하고 탄소 배출량이 없는 친환경 에너지원으로 기저전력 확보에 기여할 수 있습니다.

친환경 전환과 기저전력 문제는 서로 상충되는 것처럼 보이지만, 기술 개발과 정책적 노력을 통해 해결할 수 있습니다. 다양한 재생에너지 활용, 에너지 저장 기술 개발, 국제 협력 강화 등을 통해 안전하고 지속가능한 에너지 시스템을 구축해야 합니다.

ESS: 에너지 저장의 미래

ESS(Energy Storage System)는 에너지를 저장하여 필요한 시점에 방출하는 시스템을 말합니다. 최근 재생에너지 활용이 증가함에 따라 ESS의 중요성이 더욱 부각되고 있습니다. 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지는 기상 조건에 따라 발전量が 변동하기 때문에 이를 안정적으로 공급하기 위해서는 ESS가 필요합니다.

ESS의 장점

• 안정적인 전력 공급: 재생에너지의 불안정한 발전 출력을 조절하여 안정적인 전력 공급을 보장합니다.
• 에너지 효율 개선: 저전력 시간대에 잉여 전력을 저장하여 고전력 시간대에 사용함으로써 에너지 효율을 개선합니다.
• 피크 시설 설비 감소: 최대 전력수요 시간대 (피크 타임) 발전량을 늘리기 위해 필요한 대규모 발전 설비 투자를 줄일 수 있습니다.
• 재생에너지 활용 촉진: ESS를 통해 재생에너지의 안정적인 공급이 가능해지면서 재생에너지 활용을 촉진합니다.

ESS의 종류

ESS는 크게 전력용 ESS 와 산업용 ESS로 구분됩니다.

• 전력용 ESS 는 발전소와 변전소에 설치되어 대용량의 전력을 저장하는 시스템입니다. 리튬 이온 배터리가 주로 사용됩니다.
• 산업용 ESS 는 공장, 기업, 상업 시설 등에 설치되어 소용량의 전력을 저장하는 시스템입니다. 리튬 이온 배터리 외에 리튬폴리머 배터리, 납 축전지 등도 사용됩니다.

🌊 2024년까지 펌프수력저장 투자 3500억 달러 돌파 예정! 미래 에너지의 키워드 🚀

펌프수력저장의 세계적 확장

2024년까지 펌프수력저장에 대한 투자는 3500억 달러를 초과하고, 설치 용량은 200GW를 넘어설 것으로 예상됩니다. 이는 지역별 시장 특성, 주요 시장 참여자, 정책, 발표된 프로젝트를 포함한 다양한 요인에 따른 것입니다. 특히, 아시아 태평양 지역은 펌프수력저장 용량 설치의 증가와 빠른 경제 발전으로 인한 에너지 소비 증가로 가장 큰 수익 기여자가 될 것으로 보입니다.

기술 혁신과 환경적 영향

펌프수력저장은 오랜 기간 동안 대량의 에너지를 저장할 수 있어 재생 가능 에너지의 과잉을 저장하고 그리드 균형을 제공하는 데 이상적입니다. 닫힌 회로(closed-loop) 프로젝트는 환경에 미치는 영향이 적고, 물 사용을 최소화하며 자연수체를 방해하지 않아 선호됩니다. 기술 혁신은 펌프수력저장 시장의 주요 추세로, 주요 회사들은 시장 위치를 유지하기 위해 새로운 기술 개발에 주력하고 있습니다.

재생 가능 에너지와의 통합

펌프수력저장은 재생 가능 에너지원의 통합과 균형을 위한 핵심 기술입니다. 특히, 풍력 및 태양광과 같은 가변 재생 가능 에너지원을 보완하는 데 필요한 장기간 전기 저장이 중요합니다. 이 기술은 전력 수요가 증가하는 시간에 대량의 에너지를 제공함으로써, 재생 가능 에너지의 효율적인 사용을 가능하게 합니다.

시장 전망

2023년 글로벌 펌프수력저장 시장은 3478억 달러에서 2023년에는 3787.9억 달러로 성장할 것으로 예측되며, 2027년까지는 5267.1억 달러에 이를 것으로 보입니다. 이러한 성장은 전 세계적으로 전기 수요의 증가, 기술 발전, 전략적 파트너십의 증가에 기인합니다.

결론

펌프수력저장은 재생 가능 에너지원의 통합, 대규모 에너지 저장, 그리드 안정성 제공에 있어 중요한 역할을 합니다. 기술 혁신과 환경적 영향을 최소화하는 닫힌 회로 프로젝트의 성장은 이 기술의 미래 발전 가능성을 더욱 강화합니다.

Pumped Hydro Storage to surpass $350 billion in investment by 2024 - Climate Action

Pumped Hydro Storage Market Size & Growth Report, 2030 (psmarketresearch.com)

Pumped Hydro Storage Global Market Report 2024 (researchandmarkets.com)

The future of energy storage: how pumped hydro storage can help us achieve our net zero targets | SSE

펌프식 수력 발전이란 무엇인가요? 에너지 저장의 대명사! 💡

펌프식 수력 발전의 정의와 작동 원리

펌프식 수력 발전(PSH) 또는 펌프식 수력 에너지 저장(PHES)은 전력 시스템에서 부하 균형을 위해 사용되는 수력 에너지 저장 방식입니다. 이 방식은 저렴한 오프피크 시간대의 전력을 사용해 낮은 곳에 위치한 저수지에서 물을 높은 곳으로 펌프질하여 중력 위치 에너지의 형태로 에너지를 저장합니다. 전기 수요가 높은 시기에 저장된 물을 터빈을 통해 방출시켜 전기를 생산합니다. 펌프 과정에서 발생하는 손실에도 불구하고, 전력을 더 높은 가격에 판매할 수 있어 수익을 증가시킵니다.

펌프식 수력 발전의 역할과 중요성

펌프식 수력 발전은 간헐적인 에너지원(태양광, 풍력 등)과 기타 재생 가능 에너지, 또는 지속적인 베이스로드 소스(석탄, 원자력 등)에서 발생하는 초과 전력을 높은 수요 시기에 사용할 수 있도록 저장합니다. 이 방식은 그리드 에너지 저장에서 가장 큰 용량의 형태로, 2020년 기준으로 전 세계적으로 활성 추적 저장 설비의 약 95%를 차지하며, 총 설치 용량은 181GW 이상입니다.

기술적 요구사항과 환경적 영향

펌프식 수력 발전의 주요 요구사항은 산지입니다. 전 세계적으로 60만 개가 넘는 잠재적인 사이트가 있으며, 이는 100% 재생 가능 전력을 지원하는 데 필요한 것보다 약 100배 많은 수치입니다. 대부분의 프로젝트는 강에서 벗어난 폐쇄 루프 시스템을 사용하며, 일부 프로젝트는 호주에 있는 스노위 2.0 계획과 같이 기존의 저수지를 활용합니다. 물과 토지 요구사항은 비교적 작으며, 폐쇄 루프 시스템은 대규모 에너지 저장 후보 중 가장 작은 탄소 배출을 가집니다.

펌프식 수력 발전의 원리와 경제성, 어떻게 작동하나요? 🌊

기본 원리

펌프식 수력 발전소는 전기 수요가 낮은 시간에 물을 상부 저수지로 펌핑하여 저장했다가, 수요가 높아질 때 하부 저수지로 물을 방류하여 터빈을 통해 전기를 생산합니다. 이 과정에서 가역 터빈/발전기 조립체가 펌프와 터빈 발전기 역할을 겸합니다. 변속 운전은 펌프식 수력 저장소의 효율을 더욱 최적화시킵니다. 소규모 펌프식 수력(Pump As Turbine, PAT)에서는 펌핑과 발전 단계에 각각 다수의 펌프와 PAT를 사용할 수 있으며, 같은 펌프가 회전 방향과 속도를 변경하여 두 모드에서 모두 사용될 수 있습니다.

유형

펌프식 수력 발전소는 자연수역이 없는 상부 저수지를 사용하는 순수 펌프 저장소와 자연 유입수를 일부 활용하는 상부 저수지를 가진 펌프백 발전소로 나뉩니다. 닫힌 루프 시스템에서는 두 저수지 모두 인공적이며 자연 유입수가 전혀 없습니다.

경제 효율성

변환 손실과 노출된 수면으로 인한 증발 손실을 고려하더라도, 70-80% 이상의 에너지 회수율을 달성할 수 있습니다. 이 기술은 대량의 전기 에너지를 저장하는 가장 비용 효율적인 수단입니다. 그러나 자본 비용과 적절한 지리적 조건은 펌프식 저장소 사이트 선정에 있어 중요한 결정 요인입니다.

추가 이점

펌프식 수력 발전은 전력망의 부하 변동을 평활화하고, 기저 부하 발전소의 효율적 운영을 지원하며, 주파수와 전압 안정성을 제공합니다. 특히 재생 가능 에너지원의 변동성을 조절하는 데 중요한 역할을 하며, 소규모 시설도 존재합니다.

세계에서 펌프 저장 기술의 발전과 활용 🌍

펌프 저장 기술의 역사

펌프 저장 기술은 1907년 스위스 샤프하우젠 근처의 Engeweiher에서 처음 사용되었습니다. 1930년대에는 터빈 발전기로도, 전기 모터 구동 펌프로도 작동할 수 있는 가역 수력 터빈이 등장했습니다. 최신 대형 공학 기술에는 발전 시 네트워크 주파수와 동기화하여 작동하지만, 펌핑할 때는 비동기적으로 작동하는 가변 속도 기계가 포함됩니다. 미국에서는 1930년 코네티컷 전력 회사가 뉴 밀퍼드 근처의 대형 저수지를 이용해 처음으로 펌프 저장을 사용했습니다.

전 세계적인 펌프 저장 사용

2009년 기준으로 전 세계 펌프 저장 발전 용량은 104GW였으며, EU는 세계 용량의 36.8%인 38.3 GW의 순 용량을 가지고 있었습니다. 일본은 25.5 GW의 순 용량을 가지고 있었습니다. 2010년 미국의 펌프 저장 발전 용량은 21.5 GW였으며, 2020년에는 21,073 GWh의 에너지를 공급했습니다. 2014년까지 미국의 명목 펌프 저장 용량은 21.6 GW로 성장했으며, 미국에서는 새로운 펌프 저장 수력 발전소에 대한 51개의 활성 프로젝트 제안이 있었습니다.

대형 펌프 저장 시설

세계에서 가장 큰 펌프 저장 시설 중 다섯 곳은 중국의 Fengning, 미국의 Bath County, 중국의 Guangdong, Huizhou, 일본의 Okutataragi, 그리고 미국의 Ludington입니다. 이 표는 발전 용량을 메가와트(MW) 단위로 나타내며, 전체 에너지 저장 용량은 메가와트시(MWh)의 다른 본질적 속성입니다.

국가별 펌프 저장 용량

2017년 기준으로 가장 큰 펌프 저장 용량을 가진 국가는 중국, 일본, 미국, 스페인, 이탈리아 등이 있습니다. 호주는 15GW의 펌프 저장이 건설 중이거나 개발 중입니다. 예를 들어, 2018년 6월 호주 정부는 태즈메이니아에서 펌프 저장 수력에 대한 14개의 사이트를 식별했으며, Snowy 2.0 프로젝트와 퀸즐랜드 중앙의 Pioneer-Burdekin에서 발표된 PHES 계획은 세계에서 가장 큰 PHES가 될 잠재력을 가지고 있습니다.

노르웨이에서는 계절적 펌핑에 초점을 맞춘 9개의 펌프 저장 발전소가 있으며, 대부분의 시설은 물을 무한정 순환시키지 못하고 한 번만 펌핑 및 재사용할 수 있습니다.

수력 발전의 혁신적 변화: 펌프백 수력 발전소의 다양한 활용법 🌊

펌프백 기술의 확장

펌프백 수력 발전은 기존의 수력 발전 방식에 저장 기능을 추가한 혁신적인 방식입니다. 물이 자연적으로 저수지로 흘러들어와 전력을 생산하는 동시에, 댐 아래에서 저수지로 물을 다시 올려 보내어 저장하는 시스템을 말합니다. 미국의 그랜드 쿨리 댐은 1973년에 펌프백 시스템으로 확장되었고, 기존 댐에 역방향 터빈을 추가하여 발전소가 최대 용량으로 운영될 수 있는 시간을 연장할 수 있습니다. 또한, 러셀 댐과 같은 펌프백 발전소를 새로 추가하여 발전 용량을 증가시킬 수 있습니다.

중국의 투자 계획

2019년 1월, 중국 국가전력망공사는 허베이, 길림, 절강, 산동성과 신장 자치구에 위치할 총 6GW 용량의 펌프 수력 저장소 5개에 57억 달러를 투자할 계획을 발표했습니다. 중국은 2020년까지 40GW의 펌프 수력 용량을 구축하려고 합니다.

잠재적 기술들

• 해수: 해수를 이용한 펌프 저장소는 담수에 비해 추가적인 도전이 있지만, 프랑스의 랑스 조수력 발전소와 같이 부분적으로 펌프 저장소로 작동할 수 있습니다.
• 해안가 담수 저수지: 강물의 홍수를 해안가에 저장하여 에너지 저장, 관개, 산업용수 공급 등 다양한 목적으로 활용할 수 있습니다.
• 지하 저수지: 기존의 지하 공간을 활용하여 비용을 절감할 수 있는 지하 펌프 저장 프로젝트가 제안되었습니다.
• 소규모 시스템: 소규모 펌프 저장 시스템은 분산된 에너지 저장과 유연한 전력 생산을 가능하게 하며, 간헐적인 재생 가능 에너지 기술의 탈중앙화 통합에 기여할 수 있습니다.
• 수중 저수지: 수중에 위치한 구체형 저수지를 이용한 펌프 저장 시스템으로, 물이 내부로 들어올 때 생성되는 전력의 양은 구체가 위치한 깊이에 비례하여 증가합니다.

결론

펌프백 수력 발전 기술은 기존 수력 발전의 한계를 넘어서며, 재생 가능 에너지의 효율적인 저장 및 활용 방안을 제공합니다. 중국의 대규모 투자 계획부터 해수, 지하 저수지, 소규모 및 수중 저장소에 이르기까지 다양한 형태로 발전하고 있으며, 이는 전 세계적으로 지속 가능한 에너지 솔루션을 모색하는 데 중요한 역할을 할 것입니다.

압축공기 에너지 저장: 미래 에너지 시장의 떠오르는 별

압축공기 에너지 저장(CAES)은 잉여 전력을 사용하여 공기를 압축하고, 필요 시 저장된 압축공기를 사용하여 터빈을 돌려 전력을 생산하는 에너지 저장 기술입니다. 친환경적이고 경제적인 장점을 가지고 있어 미래 에너지 시장의 떠오르는 별로 주목받고 있습니다.

작동 원리:

• 압축 단계: 잉여 전력으로 공기를 압축하여 지하 저장소에 저장합니다.
• 저장 단계: 압축된 공기는 지하 저장소에 안전하게 저장됩니다.
• 발전 단계: 필요 시 저장된 압축공기를 방출하여 터빈을 돌려 전력을 생산합니다.

장점:

• 친환경적: 탄소 배출 없이 에너지를 저장할 수 있습니다.
• 경제적: 다른 에너지 저장 기술에 비해 설치 및 운영 비용이 저렴합니다.
• 대규모 저장 가능: 대용량의 에너지를 장기간 저장할 수 있습니다.
• 안정적인 공급: 재생에너지의 불안정성을 보완하여 안정적인 전력 공급을 가능하게 합니다.
• 다양한 활용: 전력 시스템 안정화, 주파수 조절, 피크 시설 설비 감소 등 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.

단점:

• 낮은 효율: 압축 및 방출 과정에서 에너지 손실이 발생합니다.
• 공간 필요: 대규모 저장 시스템을 구축하기 위해 많은 공간이 필요합니다.
• 기술 개발 필요: 압축공기 저장 기술의 효율성을 높이고 경제성을 개선하기 위한 지속적인 기술 개발이 필요합니다.

활용 사례:

• 미국 아이오와 주의 맥도날드 섬 CAES 발전소: 세계 최초의 상업용 CAES 발전소
• 독일의 헌터슈타인 CAES 발전소: 유럽 최대 규모의 CAES 발전소
• 한국의 경북 김천 CAES 발전소: 국내 최초의 CAES 발전소 (2022년 상용화)

압축공기 에너지 저장 기술은 친환경적이고 경제적인 에너지 저장 기술로서 미래 에너지 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 기술 개발과 정책 지원을 통해 CAES 기술의 효율성을 높이고 경제성을 개선한다면, CAES는 재생에너지 확대와 미래 에너지 시스템 구축에 중요한 기여를 할 수 있을 것입니다.

토륨을 이용한 차세대 원자로, 액체 불화 토륨 원자로(LFTR)란? 😮

액체 불화 토륨 원자로(LFTR) 개요

액체 불화 토륨 원자로(LFTR, 종종 '리프터'라고 발음)는 용융염 원자로의 한 종류로, 토륨 연료 주기와 불화물 기반의 용융(액체) 염을 연료로 사용한다. 전형적인 설계에서, 이 액체는 비판 핵심과 외부 열교환기 사이를 펌핑되어, 여기서 비방사성 이차 염으로 열을 전달한다. 그런 다음 이 이차 염은 열을 증기 터빈이나 폐쇄 회로 가스 터눈에 전달한다.

용융염 연료를 사용하는 원자로

용융염 연료 원자로(MSR)는 핵연료를 용융 염에 혼합하여 공급한다. 이는 용융 염을 냉각 목적으로만 사용하고 여전히 고체 연료를 사용하는 설계와는 다르다. 용융 염 원자로는 플루오라이드 또는 클로라이드 염 기반의 연료를 사용하고 다양한 가속 물질이나 비옥 물질을 사용하는 연소기와 증식기를 모두 포함한다. LFTR은 플루오라이드 연료 염의 사용과 열 중성자 스펙트럼에서 토륨을 우라늄-233으로 증식시키는 특징으로 정의된다.

LFTR의 역사와 최근 관심

LFTR 개념은 1960년대 오크 리지 국립 연구소의 용융염 원자로 실험에서 처음 조사되었으며, 최근 전 세계적으로 다시 관심을 받고 있다. 일본, 중국, 영국, 미국의 사기업, 체코, 캐나다, 호주의 회사들이 이 기술의 개발과 상용화에 관심을 표명했다.

LFTR의 독특한 특징

LFTR은 여러 면에서 다른 전력 원자로와 차별화된다. 토륨을 우라늄으로 전환하여 사용하며, 펌핑을 통해 가동 중단 없이 연료를 보충할 수 있다. 액체 염 냉각제는 운영 온도를 높이고 1차 냉각 루프에서의 압력을 대폭 낮출 수 있게 한다. 이러한 독특한 특성은 많은 잠재적 이점을 제공하지만, 동시에 설계상의 도전과제도 제시한다.

핵에너지의 미래, 토륨과 몰튼 솔트 리액터의 가능성 🌟

토륨의 특성과 핵연료로서의 가치

토륨은 지구의 지각에서 상대적으로 풍부하게 발견되며, 핵분열 발견 이후 식별된 세 가지 주요 핵연료 중 하나로 자리 잡았다. 이들 중 우라늄-235는 자연 상태에서 바로 사용할 수 있는 유일한 핵연료이며, 플루토늄-239와 우라늄-233은 각각 우라늄-238과 토륨-232에서 생성될 수 있다. 특히 토륨-232는 우라늄보다 지구에서 약 네 배 더 많은 양으로 발견되며, 우라늄-233으로 변환될 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

용융염 원자로(MSR)의 역사와 개발

알빈 M. 와인버그는 오크 리지 국립 연구소에서 몰튼 솔트 리액터(MSR) 사용을 선도했다. 이곳에서는 두 개의 프로토타입 MSR이 성공적으로 설계, 구축, 운영되었으며, 이는 항공기 리액터 실험(ARE)과 몰튼-솔트 리액터 실험(MSRE)이다. MSRE는 특히 우라늄-233과 우라늄-235를 사용하여 실험적으로 연료를 공급하는 것을 시연하였다. 그러나 1970년대 초 와인버그가 해임되면서 MSR 프로그램은 폐쇄되었고, 이후 미국 내에서의 연구가 정체되었다.

핵연료의 증식 기초

핵원자로에서는 두 종류의 연료가 사용된다: 분열성 핵연료와 비옥한 핵연료. 분열성 핵연료는 중성자에 의해 쪼개질 때 큰 에너지를 방출하고, 비옥한 핵연료는 중성자를 흡수한 후 두 번의 베타 붕괴를 거쳐 분열성 핵연료로 변환된다. 이 과정을 '증식'이라고 한다. 대부분의 현대 핵원자로는 충분한 신규 연료를 증식시키지 못하지만, 증식 원자로는 사용된 만큼의 새로운 연료를 생성하여 무한히 운영될 수 있다.

토륨을 사용한 증식과 몰튼 솔트 리액터의 잠재력

토륨을 사용한 증은 열적 핵원자로에서도 가능하다는 것이 증명되었다. 토륨은 우라늄-플루토늄 연료 주기에 비해 훨씬 더 많은 양의 핵연료를 생성할 수 있으며, 이는 토륨이 핵에너지의 미래에 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다. 특히, MSR은 토륨을 사용하여 고도로 효율적이고 안전한 핵에너지 생산 방법을 제공하는 잠재력을 가지고 있다.

원자로 주 시스템 디자인의 변종들, 어떤 게 더 나을까? 🤔

단일 유체와 이중 유체: 몰튼 솔트 브리더 원자로의 두 가지 설계

오크 리지 국립 연구소는 액체 연료를 사용하는 몰튼 솔트 브리더 원자로(MSBR)에 대해 "단일 유체"와 "이중 유체" 설계를 탐구했습니다. 이 두 설계는 각각 고유의 장단점을 가지고 있으며, 토륨 연료 사이클을 활용하는 방식에 따라 달라집니다.

단일 유체 설계

단일 유체 설계는 토륨과 우라늄이 포함된 불화염소 염으로 채워진 대형 원자로 용기를 특징으로 합니다. 염 속에 잠긴 흑연 막대는 중성자를 조절하고 염의 흐름을 안내하는 역할을 합니다. 이 설계에서는 원자 코어의 가장자리 근처에 흑연의 양을 줄여 토륨에 의한 중성자 포획을 증가시키는 방식으로, 중성자 누출을 줄이고 있습니다. 그러나, 단일 유체 디자인은 증식을 허용할 만큼 상당한 크기가 필요합니다.

이중 유체 설계

이중 유체 설계는 기계적으로 더 복잡하며, 고중성자밀도 코어에서 우라늄-233을 연소시킵니다. 별도의 토륨 염 담요는 중성자를 흡수하고 토륨을 프로트악티늄-233으로 천천히 변환시킵니다. 이렇게 생산된 우라늄-233은 추가적인 불소를 주입하여 우라늄 헥사플루오라이드 가스로 변환시킨 후 회수할 수 있습니다. 이중 유체 설계의 장점은 연료 처리가 단순하고, 사용 가능한 중성자의 효율적 사용으로 더 높은 증 비율을 달성할 수 있다는 것입니다.

하이브리드 "1.5 유체" 원자로

"하이브리드 1.5 유체" 원자로는 단일 유체와 이중 유체 원자로의 장점을 결합한 설계입니다. 이 설계는 연료 솔트에 토륨을 포함시키지만, 코어로부터 누출된 중성자를 흡수하는 별도의 효과적인 담요를 사용할 수 있습니다. 이는 물리적 장벽을 사용하여 두 유체를 분리하는 복잡성을 줄이면서도, 토륨을 처리하는 복잡성은 증가시킵니다.

각각의 설계는 고유의 장단점을 가지며, 구체적인 용도와 요구 사항에 따라 최적의 선택이 달라질 수 있습니다.

첨단 원자로와 발전 사이클의 효율성 비교 분석 🌟

LFTR 기술과 그 효율성

LFTR(Liquid Fluoride Thorium Reactor)은 700도 섭씨의 높은 운영 온도를 가지며, 이를 통해 열에서 전기로의 변환에서 45%의 열효율을 달성할 수 있습니다. 이는 현재의 경수로(LWRs)가 보여주는 32-36%의 효율성보다 훨씬 높은 수치입니다. LFTR에서 발생하는 고온의 집중된 열에너지는 전기로 변환하는 과정에서의 효율 손실 없이 아모니아 생산이나 수소 생산 같은 다양한 산업 공정에 고급 공정 열로 사용될 수 있습니다.

Rankine 사이클의 역할

Rankine 사이클은 가장 기본적인 열역학 파워 사이클로, 증기 발생기, 터빈, 응축기, 그리고 펌프로 구성됩니다. 이 사이클에서는 보통 물이 작동 유체로 사용됩니다. LFTR에 결합된 Rankine 파워 변환 시스템은 증기의 온도를 높여 열효율을 개선할 수 있습니다. 현재 상업 발전소에서는 상대적으로 낮은 온도와 압력을 사용하는 Rankine 증기 사이클이 사용되고 있으며, 최신 발전소에서는 더 높은 온도와 압력을 사용하는 초임계 Rankine 증기 사이클이 활용되고 있습니다.

Brayton 사이클의 혁신

Brayton 사이클 발전기는 Rankine 사이클에 비해 훨씬 작은 설치 공간을 요구하며, 비용이 낮고 열효율이 높지만, 더 높은 운영 온도를 필요로 합니다. 이는 LFTR과 같은 고온을 요구하는 시스템에 특히 적합합니다. 작동 가스로는 헬륨, 질소, 이산화탄소가 사용될 수 있으며, 낮은 압력의 따뜻한 가스는 주변의 냉각기에서 냉각됩니다. 고압의 작동 가스는 터빈에서 확장되어 전력을 생산합니다. 터빈과 압축기는 종종 단일 축을 통해 기계적으로 연결됩니다. Brayton 사이클은 Rankine 사이클에 비해 발전기의 설치 면적이 작으며, 낮은 압력에서 더 넓은 직경의 배관을 사용할 수 있습니다. 2009년 이스라엘 아라바 사막에서는 세계 최초의 상업용 Brayton 사이클 태양광 모듈(100kW)이 구축되어 시연되었습니다.

토륨 원자로에서 핵분열 생성물 제거의 중요성과 방법 요약 🌟

핵분열 생성물 제거의 필요성

토륨 연료 주기를 사용하는 액체연료 원자로(LFTR)는 핵분열 생성물을 연료로부터 분리해내야 하는 중요한 과제가 있습니다. 이러한 핵분열 생성물이 원자로 내에 남아있으면 중성자를 흡수해 원자로의 효율을 떨어뜨리게 됩니다. 특히 토륨 연료 주기는 사용 가능한 여분의 중성자가 적고, 중성자 흡수가 강한 열 중성자 스펙트럼을 가지고 있기 때문에 이 문제는 더욱 중요합니다.

핵분열 생성물 제거 방법

LFTR의 핵분열 생성물 제거 방법은 고체 연료 재처리 과정과 유사하게, 화학적 혹은 물리적 방법을 통해 가치 있는 핵분열 연료를 폐기물로부터 분리합니다. 이 과정에서 재사용 가능한 토륨이나 U-238과 같은 비옥한 연료와 기타 연료 구성요소도 새로운 연료로 재사용될 수 있습니다. 연속적으로 진행되는 현장 처리 과정을 통해 소량의 소금이 매일 정화되어 원자로로 돌아갑니다.

특별한 분리 기술

LFTR에는 고온에서 직접 액체염을 처리하는 열화학 공정(pyroprocessing)이 사용됩니다. 이 방법은 방사성 용매를 사용하지 않으며, 붕괴열로 인해 방해받지 않는 장점이 있습니다. 또한, 특정 고수요 동위원소를 개별적으로 분리할 수 있는 잠재적 이점을 제공하여, 의료, 농업, 산업 분야에서의 활용 가능성을 엽니다.

기타 제거 공정

• 귀금속류는 미세한 금속 입자 형태로 걸러내거나, 가스 형태로 쉽게 제거됩니다. 예를 들어, Xe와 Kr 같은 기체는 헬륨을 사용한 스파지 공정으로 쉽게 분리됩니다.
• 염 혼합물을 정화하기 위한 여러 화학 분리 방법이 제안되었으며, 이 중 일부는 실험실 단계에서 테스트되었습니다. 특히, 고온 진공 증류와 불화물의 휘발성을 이용한 방법이 연구되었습니다.

추가적인 분리 고려사항

• 프로텍티늄-233의 분리는 선택적 과정이며, 핵확산 문제를 피하기 위해 최신 설계에서는 종종 배제됩니다.
• 토륨, 플루토늄, 란타나이드(희토류 원소)가 화학적으로 유사하므로, 이들의 분리는 더 복잡한 과정을 요구합니다.

요약

LFTR에서 핵분열 생성물의 제거는 원자로 효율성을 유지하기 위해 필수적이며, 다양한 고급 기술이 이 과정에 적용됩니다. 이러한 기술은 연료의 재사용 가능성을 높이고, 특정 동위원소의 분리를 통해 다양한 산업 분야에서의 활용 가치를 증대시킬 수 있습니다.

안전하고 효율적인 차세대 에너지, 토륨 기반 용융염 원자로의 장점들 🔋

안전성

• 내재된 안전성: 용융염 원자로(LFTR)는 강한 음의 온도 계수를 이용하여 반응성 증가에 대한 내재된 안전성을 제공한다. 과열 시 토륨이 더 많은 중성자를 흡수하는 도플러 효과, 그래핀 조절재의 가열, 연료의 열 팽창 등 3가지 원리에 의해 작동한다.
• 안정적인 냉각제: 높은 온도와 방사선 하에서도 화학적으로 안정적이며, 물과 공기와의 격렬한 반응이 없다. 저압에서 운영되며, 핵분열 생성물의 압력 상승이 없어, 대규모 압력 상승이나 폭발의 위험이 적다.
• 쉬운 제어와 느린 가열: 용융연료는 제논-135과 같은 중성자 흡수체를 쉽게 제거할 수 있어 제어가 용이하며, 높은 열용량으로 인해 사고 시 느린 가열이 가능하다.
• 수동적 붕괴열 냉각 및 실패 안전 코어: 사고 시 연료/냉각제 혼합물이 배수 탱크로 이동하여 물리적 성질에 의존하는 수동적 붕괴열 제거가 가능하며, 전원 실패 등으로 냉각이 중단되면 연료가 비활성 상태로 이동하는 실패 안전 설계가 있다.

경제성 및 효율성

• 토륨의 풍부함: 지구상에 토륨은 우라늄보다 3~4배 많으며, 희토류 광산 부산물로 얻을 수 있다. 토륨은 수백만 년 동안 전 세계 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 충분한 양이 있다.
• 자원의 풍부함: 베릴륨, 리튬, 니켈, 몰리브덴 등 LFTR 건설에 필요한 자원이 충분하다.
• 향상된 연료 효율: LFTR은 토륨 연료의 약 99%를 소비할 수 있으며, 고온 작동으로 인한 향상된 열역학적 효율을 자랑한다.
• 저렴한 연료 비용: 연료가 용융염 형태이기 때문에, 고가의 농축 과정이나 연료봉 제작 과정이 필요 없어 연료 비용이 절감된다.
• 효율적인 열전달: 용융염은 우수한 열전달 성질을 가지고 있어, 효율적인 열 관리가 가능하다.

폐기물 및 확산 저항

• 적은 장기 폐기물: LFTR은 장기 방사능 폐기물의 양을 대폭 줄일 수 있으며, 토륨 연료 주기는 우라늄 연료 주기에 비해 훨씬 적은 양의 트랜스우라늄 원소를 생성한다.
• 확산 저항성: 토륨은 핵무기로의 전환 가능성이 낮아 확산 저항성이 높다. 토륨-232는 우라늄-233으로 변환되는데, 이 과정에서 발생하는 U-232는 폭탄 제조를 어렵게 하는 강력한 감마선을 방출한다.

LFTR 기술의 도전과제와 한계점 분석 🌐

LFTR 기술의 발전에 따른 주요 도전과제

상용화까지의 긴 여정

• 2014년 시카고 대학의 연구에 따르면, LFTR(Liquid Fluoride Thorium Reactor) 기술이 아직 상업 단계에 이르지 못함으로써 대규모 생산의 경제적 이점을 실현하지 못하고 있다. 기존 우라늄 발전소와 비교해 비용 절감 효과가 있음에도 불구하고, 현재 산업 환경에서는 새로운 LFTR을 구축하기에 충분한 비용 차이를 보이지 않는다.

증식률 달성의 의문

• LFTR 계획은 보통 증률(breeding ratio)의 균형을 목표로 하지만, 안전 요구 사항을 충족시키기 위한 타협으로 인해 이를 달성하는 것이 불확실하다. 특히 토륨 연료 주기는 제한된 수의 중성자를 가지고 있어, 경제적 이유로 제한된 화학 재처리와 부정적인 공허 계수를 달성하기 위한 타협 때문에 많은 중성자가 손실될 수 있다.

추가 개발 필요성

• 1960년대에 이미 ARE와 MSRE 실험용 반응기가 건설되었음에도 불구하고, LFTR 기술은 여전히 많은 개발이 필요하다. 이에는 화학 분리, 비상 냉각 시스템, 삼중수소 장벽, 원격 조작 유지 보수, 대규모 리튬-7 생산, 고온 발전 사이클 및 더 내구성 있는 재료 개발 등이 포함된다.

초기 연료 문제

• 우라늄과 달리, 토륨에서는 가연성 동위원소가 자연적으로 존재하지 않아, LFTR은 초기 가동을 위해 소량의 가연성 물질이 필요하다. 이는 가용성이 적은 문제를 제기하며, 반응기를 단기간 내에 가동하는 방법에 대한 고민을 낳는다.

염의 동결

• 플루오라이드 염 혼합물은 300°C에서 600°C 사이의 녹는 점을 가지고 있어, 특히 베릴륨 플루오라이드가 포함된 염은 동결점 근처에서 매우 점성이 높다. 이는 용기 및 열교환기의 설계와 동결 방지에 신중을 기해야 함을 의미한다.

베릴륨 독성

• 제안된 염 혼합물 FLiBe는 인간에게 유독한 베릴륨을 대량으로 포함하고 있다. 주요 냉각 루프의 염은 작업자와 환경으로부터 격리되어야 하며, 이는 산업에서 일상적으로 수행되는 작업이다.

결론

LFTR 기술은 여전히 많은 발전과 도전과제를 안고 있으며, 이는 상업적 수준으로의 전환을 어렵게 만든다. 경제적 이점, 안전성, 환경 영향 등 여러 면에서 이점이 있음에도 불구하고, 이 기술의 성공적인 구현을 위해서는 상당한 연구와 개발이 필요하다.

세계의 토륨 연료 사이클과 몰텐 솔트 리액터 프로젝트 최신 동향 🌍

FUJI MSR 프로젝트

FUJI MSR은 100~200 MWe급 몰텐 솔트를 연료로 사용하는 토륨 연료 사이클 열 분열 반응기 디자인이었습니다. 일본, 미국, 러시아로 구성된 컨소시엄에 의해 개발되었습니다. 2010년 7월에는 업데이트된 계획이 발표되었으며, kWh당 2.85센트의 비용이 예상되었습니다. MiniFUJI 10 MWe 반응기 건설을 목표로 했으나, 자금 조달 실패로 2011년 IThEMS는 폐업했습니다. 이후 Kazuo Furukawa와 Masaaki Furukawa가 Thorium Tech Solution (TTS)을 설립하고 FUJI 디자인과 관련 특허를 인수했습니다.

중국의 토륨 MSR 프로젝트

중국은 2011년부터 토륨 기반 몰텐 솔트 리액터 기술에 대한 연구 및 개발 프로젝트를 시작했습니다. 이 프로젝트는 20년 내에 토륨 기반 몰텐 솔트 핵 시스템을 개발하는 것을 최종 목표로 합니다. 단계적으로 2MW 연구용 리액터, 10MW 시범 리액터, 그리고 100MW 시범 리액터를 건설할 계획입니다. 2021년 8월에는 2MW 실험용 토륨 몰텐 솔트 리액터를 완성했으며, 2030년까지 373MW 버전을 개발할 계획입니다.

Flibe Energy와 기타 프로젝트들

Kirk Sorensen이 창립한 Flibe Energy는 특히 액체 불화물 토륨 리액터(LFTR)에 초점을 맞춘 소규모 모듈형 리액터 디자인 개발을 목표로 합니다. TEG(Thorium Energy Generation Pty. Limited)는 LFTR 리액터와 토륨 가속기 구동 시스템의 상업적 개발을 목표로 했던 호주의 연구 개발 회사였으나, 2015년에 운영을 중단했습니다. Alvin Weinberg Foundation은 토륨 에너지와 LFTR의 잠재력에 대해 인식을 높이기 위해 설립된 영국의 자선 단체입니다. ThorCon은 미국 기반의 회사로, 해상에 설치할 수 있는 몰텐 솔트 리액터를 제안했습니다. 마지막으로, 네덜란드의 Nuclear Research and Consultancy Group은 토륨 플루오라이드 솔트의 조사 연구를 진행 중입니다.

용융염 원자로, 핵에너지의 미래를 열다? 🔋

용융염 원자로란?

용융염 원자로(MSR)는 기본적인 핵 원자로 냉각제 및/또는 연료가 용융된 소금과 핵분열 가능 물질의 혼합물인 핵분열 원자로의 한 종류입니다. 이 기술은 20세기 중반 미국에서 두 개의 연구용 MSR이 운영되면서 주목받기 시작했습니다. 1950년대에는 항공기 원자로 실험(ARE)이 이 기술의 소형 크기에 주목했고, 1960년대에는 용융염 원자로 실험(MSRE)이 토륨 연료 주기를 사용하는 핵 발전소의 가능성을 탐색했습니다.

21세기 재조명

4세대 원자로 디자인에 대한 연구가 증가하면서 21세기에 다시 주목받기 시작했습니다. 2023년 5월 기준으로 중국은 예정된 2023년 2월에 TMSR-LF1 토륨 유닛의 점화를 발표하지 않았습니다.

안전성과 효율성

MSR은 용융 상태에서 연료 혼합물을 유지하기 때문에, 물을 사용하는 원자로에서 발생할 수 있는 핵 용융 사고 시나리오를 제거합니다. 비상 상황에서 연료 혼합물은 펌핑 없이 코어에서 격리 용기로 배출되어 연료가 굳어지면서 반응이 중단됩니다. 또한, 수소 발생이 일어나지 않아 후쿠시마 핵사고와 같은 수소 폭발 위험을 없앴습니다. 이 원자로는 대기압 또는 그 근처에서 작동하여, 전형적인 경수로에 비해 반응기 압력 용기에 대한 필요성과 비용을 줄입니다. 운영 온도는 약 700°C로, 전통적인 LWR의 약 300°C보다 훨씬 높아 전기 생산 효율성과 공정 열 기회를 증가시킵니다.

설계 도전 과제

주요 도전 과제로는 뜨거운 소금의 부식성과 중성자 플럭스에 의해 변환됨에 따라 소금의 화학적 조성이 변하는 문제가 있습니다.

용융염 원자로의 특징과 장단점 알아보기 😊

1. 용융염 원자로의 특징

용융염 원자로는 전통적인 원자로와 다르게 우라늄, 토륨 같은 핵분열성 물질을 높은 온도에서 녹은 상태의 화학적 염(주로 리튬-베릴륨 불화염이나 나트륨 염화염)에 물리적으로 섞어 사용한다. 이 용융염이 열을 발생시키며, 이 열을 이용해 터빈을 구동한다. 이 과정에서 경수 대신 용융염이 순환 냉각재의 역할을 하게 된다. 용융염 원자로는 고온에서 작동하며, 흑연을 감속재로 사용하여 열중성자를 주로 활용한다. 리튬염은 부피당 높은 열용량으로 인해 전체 코어의 크기를 줄이는 데 기여한다. 또한, 용융염 원자로는 상대적으로 안전하며, 가동 중에도 연료를 재장전할 수 있는 장점이 있다.

2. 용융염 원자로의 장점

• 안전성: 용융염 원자로는 멜트다운의 위험이 없으며, 사고 시에도 저압 상태로 유지되어 대응이 용이하다. 또한, 온도가 높아지면 용융염이 팽창하여 자동으로 반응률이 저하되는 음의 온도반응계수를 가진다.
• 경제성 및 유연성: 소형 모듈형 원자로(SMR)로 설계가 가능해 대량생산이 용이하고 비용 절감이 가능하다. 가동 중 연료재장전이 가능하여 장기간 연속 운전이 가능하다.
• 환경적 이점: 용융염 원자로는 핵폐기물을 소각하는 데 사용할 수 있으며, 고온 가스터빈을 구동할 수 있어 열효율이 높다.

3. 용융염 원자로의 단점

• 기술적 도전: 용융염은 부식성이 있어 원자로 용기나 배관의 재료 선택에 제약이 있다. 또한, 고온 운전으로 인한 내열성 및 내식성 재료의 개발이 필요하다.
• 규제 및 안전 문제: 현재 미국의 원자력 규제기관(NRC)은 액체상의 핵연료에 대해 상업적 운전을 금지하고 있어, 이에 대한 규제 완화가 필요하다.
• 경제성: 초기 연구개발 및 설비 개발 비용이 높아 초기에는 경수로보다 비용이 더 들 수 있다.

원자력 폭격기를 위한 초기 핵심실험부터 미래 에너지원까지: 몰튼 솔트 리액터의 여정 🌟

핵심 내용 요약

1950년대: 몰튼 솔트 리액터(MSR)의 시작

• 미국의 항공기용 원자로 실험(ARE): 미국 항공기 핵추진 프로그램을 지원하기 위해 설계된 2.5 MWth 핵 반응기 실험으로, 핵추진 폭격기용 엔진으로 사용하기 위한 고에너지 밀도 달성을 목표로 했다.
• 고온 및 엔진 테스트: HTRE-1, HTRE-2, HTRE-3 및 오크 리지 국립 연구소(ORNL)에서의 실험적 고온 몰튼 솔트 리액터 포함.
• 주요 성과: 1954년에 9일 동안 100MWh를 생산. Inconel 600 합금을 구조물 및 배관에 사용.

1960년대와 1970년대: MSR 연구의 확대

• MSRE (몰튼 솔트 반응기 실험): ORNL이 리드한 연구로, 1965년에 가동 시작하여 4년간 운영. LFTR의 중성자 "핵"을 시뮬레이션하는 7.4 MWth 테스트 반응기.
• MSBR (몰튼 솔트 번식 반응기) 프로젝트: 1970년부터 1976년까지 연구되었으나, LMFBR(액체 금속 빠른 번식 반응기)에 밀려 프로그램이 중단됨.

영국과 소련의 MSR 연구

• 영국 AERE: 다른 설계의 MSR 개발에 초점. 플루토늄을 연료로 사용하는 2.5 GWe 몰튼 솔트 빠른 반응기(MSFR) 개념 연구.
• 소련: 1970년대 후반 Kurchatov Institute에서 MSR 연구 프로그램 시작. 기계적, 부식 및 방사선 속성에 대한 연구 포함.

21세기: MSR에 대한 새로운 관심

• 지연되는 융합 에너지 및 기타 핵 에너지 프로그램, 그리고 온실가스 배출을 최소화할 에너지원에 대한 수요 증가로 인해 MSR에 대한 관심이 부활.

원자력 발전의 새 지평: 전 세계에서 개발 중인 용융염 원자로 프로젝트들 🌍

캐나다의 혁신적인 원자로

캐나다의 Terrestrial Energy는 작은 모듈형 원자로(SMR)로 배치될 수 있는 Integral Molten Salt Reactor (IMSR)라는 DMSR 디자인을 개발하고 있다. 이 원자로는 400MW의 열 출력(전기적으로는 190MW)을 가지며, 고온 운영이 가능해 전통적인 전력 시장 뿐만 아니라 산업용 열 시장에도 적용될 수 있다. 주요 특징으로는 그라파이트를 사용한 중성자 감속, 저농축 우라늄을 연료로 사용하는 것, 그리고 컴팩트하고 교체 가능한 코어-유닛이 있다. 2017년 캐나다 핵안전위원회에 의해 첫 단계 사전 라이선스 검토를 완료하여, 일정 조건 하에서 건설 허가를 받을 수 있음을 확인받았다.

중국의 토륨 연구 프로젝트 가속화

중국은 2011년 1월에 토륨 연구 프로젝트를 시작하여, 2021년까지 약 30억 위안(미화 5억 달러)을 투자했다. 토륨을 연료로 사용하는 여러 원자로 프로토타입의 개발이 계획되어 있으며, 2024년과 2035년에 각각 10MW와 더 큰 시험로가 목표로 하고 있다. 특히, 우웨이 연구 시설에서 지하에 건설될 12MW 반응로 2기는 세계 최초의 상업적 목적의 핵 용융염 반응로가 될 전망이다.

덴마크와 유럽의 노력

Copenhagen Atomics와 Seaborg Technologies는 각각 덴마크에서 용융염 원자로 기술을 개발하고 있다. 이들은 대량 생산이 가능하며, 토륨 연료 주기를 활용하는 다양한 디자인을 연구하고 있다. 유럽연합은 EVOL 프로젝트와 SAMOFAR 프로젝트를 통해 용융염 빠른 반응로의 안전성 평가와 디자인 제안에 착수했다.

아시아와 러시아의 움직임

인도네시아에서는 Thorcon이 TMSR-500 용융염 원자로를 개발 중이며, 인도는 자체적인 MSR 디자인을 발표했다. 러시아의 Rosatom은 2031년에 10 MWth FLiBe 버너 MSR을 구축할 계획을 발표했다.

영국과 미국의 진전

영국에서는 Moltex Energy가 개발한 안정적인 소금 반응로가 Innovate UK에 의해 연구되었으며, 미국에서는 여러 프로젝트가 진행 중이다. 이에는 Kairos Power와 Southern Company가 개발 중인 실험적인 용융염 반응로와 Idaho National Laboratory에서 진행될 Molten Chloride Reactor Experiment가 포함된다.