새로운 철기 시대: 탄소를 위한 금속 연료

May 12, 2023

유럽우주국(ESA) 작성2023년 6월 4일

과학자들은 무중력 상태에서 철분을 사용하여 한 연료원에서 다른 연료원으로 점프하는 불의 형태인 이산 연소에 대한 연구를 수행했습니다. 연소 후 남은 생성물은 이산화탄소를 생성하지 않고 끝없이 재활용될 수 있는 물질인 산화철입니다. 이러한 미세 중력 실험에 이어 효율적인 철 연소로가 개발되어 탄소가 없는 순환형 에너지 저장 장치가 탄생했습니다. 네덜란드에서는 시범 공장이 운영 중이며 여러 신생 기업이 공장 및 산업 공정을 위한 이 무탄소 연료를 탐색하고 있습니다. 앞으로 이 금속 연료는 지속 가능한 달 전초 기지에도 사용될 수 있으며 잠재적으로 달의 광물과 얼음을 사용하여 추진용 금속 분말과 소비용 물을 생산할 수 있습니다. 크레딧: Iron+

연구자들은 철분의 개별 연소를 연구하기 위해 미세중력 실험을 활용하여 무탄소, 끝없이 재활용 가능한 에너지 저장을 이끌어냈습니다. 이는 지구와 미래의 지속 가능한 달 전초 기지에 대한 유망한 응용 분야를 가지고 있습니다.

모든 것이 불타고 있습니다. 올바른 환경이 주어지면 모든 물질은 산소를 추가함으로써 연소될 수 있지만, 올바른 혼합을 찾고 충분한 열을 생성하면 일부 물질은 다른 물질보다 더 쉽게 연소됩니다. 불연속연소라고 불리는 화재 유형에 대해 더 자세히 알고 싶은 연구자들은 ESA의 미세 중력 실험 시설을 사용하여 조사했습니다.

일련의 포물선 비행과 스웨덴에서 발사된 소리 나는 로켓에서 캐나다 McGill 대학교와 네덜란드 Eindhoven University of Technology의 Jeffrey Bergthorson 교수 팀은 무중력 상태에서 철분 연소를 조사했습니다. 그들의 연구는 순수 물리학이었고, 과학자들은 화염이 연료를 통해 지속적으로 연소되지 않고 한 연료원에서 다른 연료원으로 점프하는 이산 연소에 대해 더 많이 알고 싶었습니다. 이러한 형태의 불은 지구상에서 자연적으로 거의 발생하지 않지만, 예를 들어 한 나무가 완전히 타버리고 온도가 연소할 만큼 충분히 증가하면 불이 다음 나무로 번지는 산불이 있습니다.

불연속 연소에 대한 이 최면 영상은 연구자에게 최대 18초의 귀중한 무중력 상태를 제공하는 캐나다 국립 연구 센터의 Falcon-20 항공기에서 포물선 비행 실험 중에 녹화되었습니다. 크레딧: Perwaves 팀

무중력 항공기 및 로켓 비행 실험에서 철분을 태워 철 입자가 부유하고 눈에 띄지 않게 발화할 수 있었습니다. 고속 카메라는 광경을 포착하여 연구자들이 현상을 더 잘 이해할 수 있도록 했으며, 그 결과 지구에서 연료를 연소할 수 있는 이상적인 조건을 보여주는 컴퓨터 모델이 탄생했습니다.

쇠가 탈 수 있다는 것을 알고 계셨나요? 여기에 보이는 철분의 연소는 완전히 무연, 무탄소 방식으로 진행됩니다. 크레딧: TU/e ​​/ Solid / Bart van Overbeeke

미세 중력 연구를 통해 새로운 이해가 가능해지면서 효율적이고 실용적인 철 연소로를 만드는 것이 가능해졌습니다.

철을 태우는 것의 장점은 화학적으로 결정됩니다. 본질적으로 연료 연소는 산소 원자를 추가하여 물질을 변형시키는 과정입니다. 탄소기반 연료가 목재, 석탄, 석유 등 탄소기반 연료에 산소 원자 2개를 첨가하면 온실가스인 이산화탄소가 발생하는 이유도 바로 여기에 있다. 철의 경우 연소 후 남은 생성물은 일반적으로 녹으로 알려진 산화철입니다. 이산화탄소가 발생하지 않으며, 녹슨 철은 가스를 생성하지 않기 때문에 쉽게 수집할 수 있습니다. 철을 태워도 유해 가스가 전혀 배출되지 않습니다.

철 녹을 처리하여 산소를 제거하고 수소를 사용하여 철로 되돌릴 수도 있습니다. 지속 가능한 자원에서 얻은 전기를 사용함으로써 철을 연료로 사용하면 순환적이고 끝없이 재활용 가능한 에너지 저장 장치가 될 수 있습니다.

네덜란드 아인트호벤 인근 부델(Budel)에는 철을 연료원으로 사용하는 데모 플랜트가 이미 가동 중입니다. 이 발전기는 창고에 설치된 장치에서 1MW의 증기를 생산할 수 있습니다. 이러한 철 발전소를 확장하면 훨씬 더 많은 에너지를 생산할 수 있습니다.