원자력수소 핵심기술개발
연구개발 배경
세계적으로 화석연료 고갈과 기후변화규제의 강화 등으로, 원자력의 이용 확대 및 기술주도형 청정 수소에너지의 공급이 매우 중요함. 특히, 개도국을 중심으로 한 석유수요 증가와 중동의 정세의 불안정과 석유 생산 부족 문제 그리고 세계인구의 지속적인 증가 및 BRICs의 급성장 등에 따른 에너지 자원부족 문제가속 등을 고려할 때, 화석연료를 대체하는 에너지원 공급기술의 수립이 필수적임.
특히 온실가스 배출량이 연간 6억 1000만t으로 경제협력개발기구(OECD)에서 회원국중 1위, 탄소배출 증가율 세계2위를 차지하고 있는 우리나라에서는 이산화탄소로 대표되는 온실가스 저감이 시급함.
현재 국내의 수소시장규모는 연간 100만톤, 세계적으로 약 5000만톤이나 2018년에는 시장이 약 2배 증가 전망(World Hydrogen, Industry Study 2602, Feb. 2010) 이며, 수소환원제철로 3000만톤 조강시(‘08년 국내 조강량기준) 160만톤이상의 수소 수요가 예상됨.
원자력수소는 950℃에서 안전운전이 가능한 제4세대 고유안전로인 초고온가스로의 고온열을 이용하여, 물을 직접분해하여 대량의 수소를 깨끗하고, 안전하며, 경제적으로 생산하는 기술로 수소경제 진입기술의 전제조건을 만족. 특히, 원자력수소는 좁은 지형적 여건의 우리나라에서 2030년대 수소경제 진입에 요구되는 대량 수소생산의 현실적 방안임.
성과물의 우수성
초고온가스로에서는 세라믹으로 둘러싸인 우라늄 입자를 원료로 사용함. 0.5mm 직경의 우라늄을 세라믹으로 3중 코팅해 직경 0.9mm의 피복입자를 만듬. 크기가 작을 뿐 아니라 특수코팅 처리가 되어 있어 약 1800℃까지 온도가 올라가도 우라늄이 밖으로 노출되지 않음. 또한 냉각재로 쓰이는 헬륨은 안정된 원소로 산소와도 반응하지 않으며 방사선을 쬐어도 방사선화 되지 않아 방사성 물질 누출 위험이 매우 적음
원자력수소의 핵심기술인 초고온가스로 기술은 사고시 전원과 냉각수 공급없이 공기의 자연순환으로 원자로의 지속적인 안전성 확보가 가능한 완전피동안전 특성을 확보한 원자로기술로서 제4세대 원자로 중 안전성에서 가장 높은 평가를 받음. 후쿠시마 사건으로 안전이 무엇보다 중요한 현 시점에서 초고온가스로 높은 안전성은 원자력에 대한 대중의 수용성에도 큰 역할을 하며 안전성을 주요 목적으로 하는 미래의 원자로개발방향에 정확히 부합됨.
성과내용
초고온 가스원자로는 수소생산플랜트가 요구하는 950℃의 높은 열에너지와 전기에너지를 생산하기 위한 것임. 초고온 가스원자로는 어떠한 사고에도 안전성이 확보되고, 방사능 유출이 전혀 없도록 설계되고 있음. 이러한 초고온 가스원자로에서 생성된 높은 온도의 열에너지는 열화학 수소 생산 플랜트로 이동함.
열화학 수소생산플랜트는 초고온 가스원자로가 제공하는 열에너지를 이용하는 황산/요오드화수소 등의 분해반응을 통하여 순수한 물로부터 산소와 수소를 생산하는 시스템으로써, 수소 제조 단계에서 파생되는 폐기물이 전혀 없다는 특징을 갖고 있음.
초고온 가스원자로의 열에너지와 순수한 물만을 이용해 열화학 수소 생산 플랜트에서 생산된 수소는 다양한 용도로 사용이 가능하며 파이프 라인 및 트럭 등을 통해 각 주유소 및 보급소로 공급되며, 다시 수소 자동차 및 연료전지 자동차와 같은 운송수단에 공급됨. 이와 같이 원자력 수소 생산 시스템은 준 국산 에너지인 원자력과 물만을 가지고 수소를 생산하기 때문에 지구 온난화의 주범인 탄산가스의 배출이 없어 지구의 환경오염을 최소화 할 수 있는 수소 생산 방법임.
기대효과
준국산 에너지인 기술주도형 원자력수소생산으로 지정학적으로 불안정한 중동국가에 의존하는 석유수급의 불안정성에서 탈피하여 안정적인 에너지 공급 및 국가 안보에 기여함
제 4 세대 원자로 중 가장 안전성이 뛰어한 초고온가스로의 이용으로 대국민 수용성 제고
이산화탄소가 배출되지 않는 청정에너지 이용기술로 탄소 방출을 원천적으로 해결할 수 있고 조기에 청정 수소경제 진입이 가능함.
에피소드
한국원자력연구원은 그동안 독자 개발한 초고온가스로 노심 및 안전해석 코드를 활용하여 원자력 기술 종주국인 미국 정부가 추진하고 있는 차세대원자로사업(NGNP, Next Generation Nuclear Plant)에 원자력 수소 생산을 위한 초고온가스로(VHTR, Very High Temperature Reactor) 설계 관련 기술 수출을 성공적으로 성사하였다. 미국으로의 기술수출은 우리나라가 고온가스로 개발 경험이 있는 미국에 오히려 우리나라에서 자체개발한 설계코드를 이용하여 기술 선진국에 역수출했다는데서 큰 의미가 있다.
한국원자력연구원은 지난 2004년부터 초고온가스로를 이용한 수소 생산기술 개발에 착수, 2020년대 원자력을 이용한 청정 수소생산기술 실증을 목표로 원자력수소 생산 실증 시스템 설계, 건설 및 실증을 위해 요구되는 초고온가스로 및 열화학 수소생산 핵심기술 개발을 주도하고 있다. 연구원은 그동안 독자 개발한 기술을 고온가스로 개발 경험이 있는 원자력 기술 종주국, 미국에 거듭 수출함으로써 우리나라 원자력 기술의 국제적 위상을 제고하고, 향후 원자력 수소개발에서도 국제적으로 핵심적인 역할을 하게 됐다.
국가 원자력연구개발 성과한마당2012
2012 Nuclear Science & Technology Festival
주제 : 보다 안전하고 더욱 풍요로운 세상을 만드는 원자력연구개발
일시 : 2012. 8. 30(목) ~ 9.2(일) 4일간
장소 : 서울 삼성동 코엑스Coex A Hall 3,4
주최 : 교육과학기술부
주관 : 한국원자력연구원, 한국연구재단
원자력에 대해서 더욱 자세히 알수 있는 기회!!
오는 2012년 원자력에너지에 대한 올바른 인식을 심어주고 원자력 대국민 축제의 장이 될 「국가 원자력연구개발 성과한마당2012」가 열립니다.
국가원자력연구개발성과한마당에 대해 더 자세한 부분은 아래에 블로그나 트위터 홈페이지를 방문해주세요.^^
블로그 : blog.naver.com/nuclear2012
트위터 : twitter.com/NuclearRnD
홈페이지 : http://www.nuclearstfestival.com/
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