| 초록 |
1.분석자 서문 지열 또는 산업 플랜트에서 발생하는 저등급의 열은 전기로 변환시킬 수 있는 지속 가능한 잠재적 자원이 될 수 있다. 저등급의 열을 전기에너지로 변환하기 위해 두 가지 주요 접근 방식(유기적 Rankine 사이클 및 고체상의 열-전기 특성 이용)에 대한 연구가 진행되어왔으며, 본 분석물에서 이에 대한 내용을 주로 다루고 있다. 상기 기술은 낮은 전력밀도와 비싼 비용 측면에서 어려움을 겪고 있다. 이를 극복하기 위하여 최근 유체 기반의 기술이 개발되었으며 열의 활용 방법에 따라 시스템 형태를 다음과 같이 분류할 수 있다: 열-전기화학적 전지(thermoelectrochemical cell), 열-삼투 에너지변환(thermo-osmotic energy conversion) 시스템, 열적 재생가능한 전기화학적 사이클(thermally regenerative electrochemical cycle). 이와 같은 기술은 열을 직접적으로 사용하여 전기를 생산할 수 있으며, 기존 유사 기술 대비 전력밀도와 효율 측면에서 큰 장점을 나타내고 있다. 본 분석물에서는 각 시스템의 종류에 따라 작동 원리와 특성, 문제점, 그리고 연구개발 동향에 대한 논의를 진행하고 있다.[1] 2. 목차 1. 개요 2. 저등급의 열을 전기로 직접 변환하는 방법 2.1. 열-전기화학적 전지 2.2. 열적 재생가능한 전기화학적 사이클 2.3. 열-삼투 에너지변환 3. 외부 작동유체의 재생을 통한 전력 생산 3.1. 염도차 기반 기술 3.2. 열적 재생가능한 전지 4. 유체 기반 기술을 통한 저등급 열의 전기변환 분야 전망 5. 분석자 결론 본 자료에서는 저등급의 열을 전기에너지로 변환하는 기술, 특히 열-삼투 에너지변환(TOEC), 열-전기화학적 전지(TREC), 열적 재생가능 배터리(TRB) 기술에 대한 작동 원리, 특성, 그리고 주요 이슈에 대해 살펴보았다. 기존 접근 방식(유기적 Rankine 사이클 및 고체상의 열-전기 특성 이용)과 비교하여 전력밀도와 변환효율이 높은 장점이 있으나, 기술 상용화를 위해서는 포괄적인 기술-경제적 분석이 필요한 상황이다. 21세기에 이르러 전통적으로 사용해왔던 화석연료에 대한 의존성을 탈피하기 위해 전 세계적으로 다양한 재생에너지의 개발 및 활용을 검토하고 있다. 본 분석물의 서문에서 언급하였듯이 지열 및 산업 플랜트에서 발생하는 저등급의 열을 실제적으로 사용 가능한 에너지로 변환할 수 있다면, 향후 환경, 경제, 에너지 분야의 패러다임에 큰 영향을 미칠 것으로 사료된다. References 1. M. Rahimi, A. P. Straub, F. Zhang, X. Zhu, M. Elimelech, C. A. Gorski, and B. E. Logan, 'Emerging electrochemical and membrane-based systems to convert low-grade heat to electricity', Energy Environ. Sci., 2018, 11, 276-285. 2. S. W. Lee, Y. Yang, H.W. Lee, H. Ghasemi, D. Kraemer, G. Chen and Y. Cui, 'An electrochemical system for efficiently harvesting low-grade heat energy', Nat. Commun., 2014, 5, 3942. 3. A. P. Straub, N. Y. Yip, S. Lin, J. Lee and M. Elimelech, 'Harvesting low-grade heat energy using thermo-osmotic vapour transport through nanoporous membranes', Nat. Energy, 2016, 1, 16090. 4. M. Rahimi, T. Kim, C. A. Gorski and B. E. Logan, 'A thermally regenerative ammonia battery with carbon-silver electrodes for converting low-grade waste heat to electricity', J. Power Sources, 2018, 373, 95 ndash;102. ※ 이 자료의 분석은 현대자동차 환경기술센터의 윤석환님께서 수고해주셨습니다. |
