화석연료인 석탄이 인류사회 발전에 막대한 영향을 미쳤다는 사실은 부인할 수 없습니다. 오늘날까지도 석탄 기반 화력 발전소를 통해 생산되는 전 세계 전력의 거의 36%를 차지하는 가장 중요한 에너지원 중 하나로 남아 있습니다. 인간이 석탄을 사용한 기간을 고려하면 우리는 석탄과 관련된 생태학적 문제를 충분히 알고 있습니다. 이러한 문제의 대부분은 석탄에서 전기를 생산하는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법에 집중되어 있습니다. 태워서. 이 과정은 다양한 종류의 오염 물질을 대기 중으로 배출하며, 석탄이 나쁜 평가를 받는 가장 큰 원인입니다.
엔지니어들은 지난 수십 년 동안 석탄 발전소 효율을 꾸준히 향상시켰지만, 기존의 연소 방식은 여전히 석탄 에너지의 상당 부분을 열로 낭비하고 있습니다. 이것이 바로 중국 심천대학교와 중국공정원의 과학자 그룹이 다른 방법을 시도하고 있는 이유입니다. 이 그룹은 최근 석탄을 상대적으로 깨끗한 에너지원으로 사용하는 것을 구상하는 연구에 착수했습니다. 아직 초기 단계이지만 ZC-DCFC(Zero-Carbon-Emission Direct Coal Fuel Cell)라는 프로세스를 개선했습니다. 석탄에 저장된 화학에너지를 이용해 전기를 생산하는 기술이다. 태우는 것이 아니라 전기화학의 원리를 이용합니다.
여러 면에서 ZC-DCFC 공정은 기존 석탄 화력 발전소보다 연료 전지처럼 작동합니다. 그러나 ZC-DCFC 개발이 중요한 이유는 여러 국가가 직면한 에너지 및 연료 안보 문제를 해결할 가능성이 있기 때문입니다.
ZC-DCFC 공정은 어떻게 석탄을 사용하여 전기를 생산합니까?
ZC-DCFC의 작동 방식을 이해하기 전에 기존 석탄 화력 발전소가 어떻게 전력을 생산하는지 이해해야 합니다. 간단히 말해서, 이러한 발전소는 용광로 내부에서 엄청난 양의 석탄을 연소시킵니다. 용광로에서 발생한 열은 물을 끓여 증기로 변합니다. 이 증기는 최종적으로 전기를 생산하는 발전기에 연결된 터빈을 회전시킵니다.
이 방법은 매우 효과적이어서 오늘날까지 계속해서 사용되고 있습니다. 그러나 이 프로세스의 한 가지 주요 문제는 여러 에너지 변환 단계를 포함하기 때문에 비효율적이라는 것입니다. 화학에너지는 열이 되고, 열은 증기압력이 되고, 증기압력은 기계에너지가 되고, 기계에너지는 최종적으로 전기가 됩니다. 학교에서 에너지 전환의 기초를 배웠다면 이러한 각 단계가 에너지 손실을 초래하여 전체 과정을 매우 비효율적으로 만든다는 것을 알게 될 것입니다.
이 ZC-DCFC 시스템의 목적 중 하나는 이러한 단계를 대부분 제거하고 그 과정에서 석탄에서 전력 생산을 보다 효율적으로 만드는 것입니다. 연료(석탄)를 연료 전지에 직접 공급하여 이 목표를 부분적으로 보관합니다. 전지 내부에서는 전기화학 반응이 일어나 석탄에 포함된 탄소로부터 전자를 분리합니다. 그런 다음 이러한 전자는 외부 회로를 통해 흘러 가정, 공장 또는 데이터 센터에 전력을 공급하는 데 사용할 수 있는 전류를 생성합니다. 기본적으로 연료전지는 열을 먼저 발생시키는 것이 아니라 석탄의 화학에너지에서 직접 전기를 추출한다.
ZC-DCFC 공정이 전 세계적으로 주목받는 이유는 무엇입니까?
ZC-DCFC 기술이 전 세계적으로 주목을 받는 주된 이유 중 하나는 유해한 배출물을 생성하지 않고 계속 증가하는 전력 수요를 충족할 수 있는 잠재력 때문입니다. 이 기술의 가장 큰 수혜자는 막대한 국내 석탄 매장량을 보유하고 있는 중국이나 인도와 같은 국가일 수 있습니다. 두 국가 모두 태양광 발전과 풍력 발전의 확장으로 눈에 띄는 성과를 거두었음에도 불구하고 계속해서 엄청난 양의 현지 석탄을 태워 전기를 생산하고 있으며 전 세계 탄소 배출의 가장 큰 기여자로 남아 있습니다.
ZC-DCFC는 궁극적으로 이들 국가가 석탄 매장량을 훨씬 더 깨끗한 방식으로 사용하도록 허용할 수 있습니다. 이 기술은 또한 순수 전기 자동차로의 전환을 가속화함으로써 이들 국가의 에너지 안보를 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 전기차와 수소전기차의 증가는 결국 도로 위의 내연기관 차량의 수를 감소시킬 것입니다. 이는 인도와 중국 모두 원유 수입 비용을 줄이고 현재 유가 변동에 크게 반응하는 각자의 경제를 보호할 수 있음을 의미합니다. 이는 최근 호르무즈 해협 봉쇄로 인한 연료 위기 때 관찰됐다.
간단히 말해서, ZC-DCFC에 관한 현재 연구가 성공하고 국가가 궁극적으로 ZC-DCFC 기술을 잠재력을 최대한 활용할 수 있다면 가장 더러운 에너지원 중 하나가 오늘날보다 훨씬 더 깨끗해질 수 있습니다. 이는 석탄을 완전히 포기하는 대신 국가들이 공기 중으로 배출하지 않고도 세계에서 가장 풍부하고 저렴한 에너지원 중 하나를 계속 사용할 수 있는 미래로 이어질 수 있습니다. 즉, 이 기술은 아직 초기 단계이고 대량 채택까지는 수년이 걸립니다.
