기후변화, 태양광 기술로 철강 제련한다.

탈 탄소화하기 가장 어려운 분야 중 일부는 철강 제련, 시멘트 생산과 같이 고온이 필요한 산업이다. 새로운 접근 방식은 합성 석영 태양광 트랩을 사용하여 섭씨 1,000도(화씨 1,832도) 이상의 온도를 생성한다. 이는 다양한 탄소 집약적 산업에 충분히 뜨거운 온도이다.

기후 싸움에 대한 대부분의 초점은 전력망과 운송 수단을 정리하는 데 맞춰져 있지만, 놀라울 정도로 많은 양의 화석 연료 사용이 산업 열로 이어진다. 전 세계 에너지 소비의 무려 25%가 유리, 강철, 시멘트 제조에 사용된다.

이러한 공정을 전기화하는 것은 필요한 높은 온도에 도달하기 어렵기 때문에 어렵다. 수천 개의 태양 추적 거울을 사용하여 태양으로부터 에너지를 집중시키는 태양열 수신기는 3,000C의 온도에 도달할 수 있기 때문에 유망한 것으로 나타났다. 그러나 공정에서 많은 에너지가 복사되기 때문에 1,000C 이상의 온도가 필요한 경우에는 매우 비효율적입이. 뒤로 물러나야 한다.

이 문제를 해결하기 위해 스위스 취리히 연방공과대학(ETH Zurich)의 연구자들은 태양광 수신기에 반투명 석영을 추가하면 최대 1,050C의 온도에서 태양 에너지를 가둘 수 있음을 보여주었다. 이는 오염이 심한 다양한 산업에서 화석 연료를 대체할 수 있을 만큼 충분히 뜨겁다.

수석 연구원인 에밀리아노 카사티(Emiliano Casati)는 보도 자료에서 "이전 연구에서는 최대 170°C까지 열 트랩 효과를 입증하는 데 성공했다."라고 말했다. "우리의 연구에 따르면 태양열 트랩은 저온뿐만 아니라 1,000C보다 훨씬 높은 온도에서도 작동한다. 이는 실제 산업 응용 분야의 잠재력을 보여주는 데 중요하다."

연구진은 태양 에너지를 흡수하기 위해 실리콘 카바이드 디스크를 사용했지만 여기에 약 1피트 길이의 석영 막대를 부착했다. 석영은 반투명하기 때문에 빛이 통과할 수 있지만 열을 쉽게 흡수하여 다시 방출되는 것을 방지한다.

이는 연구자들이 석영 막대에 태양 136개에 해당하는 모의 햇빛을 가했을 때 태양 에너지가 쉽게 실리콘 판을 통과하여 거기에 갇혔다는 것을 의미한다. 이를 통해 막대 반대쪽 끝의 온도가 600°C에 불과한 데 비해 판은 최대 1,050°C까지 가열될 수 있었다.

장치 시뮬레이션을 통해 석영의 열 포획 기능이 태양열 수신기의 효율성을 크게 높일 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 최첨단 수신기에 석영 막대를 추가하면 1,200C의 온도에 도달하려고 할 때 효율성을 40%에서 70%로 높일 수 있다. 이러한 종류의 효율성 향상은 태양열 설치의 크기를 크게 줄여 비용을 줄일 수 있다.

여전히 개념 증명에 불과하지만 접근 방식의 단순성으로 인해 기존 수신기 기술에 적용하는 것이 그리 어렵지 않을 것이다. 빌 게이츠의 지원을 받는 Heliogen과 같은 회사는 이미 광범위한 산업에서 요구되는 고온을 생성하도록 설계된 태양열로 기술을 개발했다.

카사티는 약속은 분명하지만 상업적 타당성을 입증하기 위한 작업이 남아 있다고 말했다.

“태양 에너지는 쉽게 이용할 수 있고 기술은 이미 여기에 있다.”라고 그는 말한다. "업계 채택에 실제로 동기를 부여하려면 이 기술의 경제적 생존 가능성과 이점을 대규모로 입증해야 한다."

그러나 화석 연료 사용량의 큰 부분을 태양 에너지로 대체한다는 전망은 이 기술을 실현하기에 충분한 동기가 될 것이다.

이미지 제공: ETH 취리히 과학자 팀이 건설한 새로운 태양열 트랩이 1050C에 도달함(Device/Casati et al.)