[국내 ②] 태양 에너지 초고온 집광 기술 아시아 최초 개발, 태양 에너지를 이용해 다양한 수소 생산 기술 확보

한국에너지기술연구원에서 난방이나 급탕으로만 쓰이던 태양광을 이용해 미래 에너지원인 수소를 생산하는 '초고온 고집광 태양로'기술을 개발했다. 태양광을 1만 배로 모아 얻은 2200℃ 이상의 고온으로 수소를 생산하는 기술로, 미국 · 프랑스 · 스위스 · 스페인에 이어 세계 5번째로 개발한 것이다. 연료 전지 자동차 연료용이나 에너지 저장용인 수소는 전기 분해나 열분해 · 개질기開質機방식 등으로도 얻지만, 이 과정에서 화석 에너지를 사용하는 것이 단점이다. 이 기술은 수소 생산에 필요한 높은 온도의 열을 화석 에너지가 아닌 태양광으로부터 얻기에 수소 에너지 상용화를 앞당길 것으로 보인다.

태양로는 포물면을 갖는 '집광기'와 집광기로 수평광을 보내주는 '헬리오스탯Hheliostat'으로 구성된다. 헬리오스탯은 태양의 고도와 방위를 계산해 정밀하게 추적하고 태양광을 반사해 포물면 집광기로 수평광을 보낸다. 태양광을 집광하면 높은 온도를 얻을 수 있으며, 이 온도는 집광률로 조절한다.
현재 1차 집광기를 사용하면 3000배로 집광해 약 1600℃까지 올리고, 2차 집광기를 사용하면 1만 배로 집광해 2200℃ 이상까지 올릴 수 있다. 이러한 공정을 여러 단계 거쳐 물에서 수소를 확보하는 것이다.
높은 열을 이용하려면 태양 위치의 정확한 추적과 태양광 반사기술이 필요하다. 헬리오스탯의 반사 면적은 100㎡이고, 태양 추적과 반사 정밀도는 3mrad(0.17°)로 세계적 수준이다. 100%국내 기술로 개발한 태양로의 용량은 40㎾t로 독일과 스위스 등이 보유한 것과 동일하다. 따라서 그동안 해외에서 수행하던 태양 연료와 고온용 재료에 대한 연구를 국내에서 하게 됐으며, 이를 통해 세계적 경쟁력까지 갖추게 됐다.

수소 생산 반응 기술에 활용할 수 있다. 메탄 수증기 개질 반응이나 메탄 직접 분해 반응을 통해 수소를 얻는다. 수증기 개질 반응의 경우 반응 전과 비교해 약 25% 정도 향상된 열량의 반응 생성물을 얻는다. 열화학적 방법은 태양광으로부터 열을 얻으므로 재생 가능한 청정 공정일 뿐만 아니라 높은 전환 효율을 가지며, 태양 에너지를 화학 에너지로 변환해 장기간 저장하거나 장거리 수송이 용이하다는 점 등 장점이 다양하다.

한국에너지기술연구원은 태양로를 물을 이용한 다단계 수소 생산 반응으로 수소를 얻는 연구에 활용하며, 일본 니가타대학 등과 국제 공동 연구로 새로운 기술에 적용할 예정이다. 연구 책임자인 강용혁 박사는 "고집광 태양로의 국산화는 연료 전지 자동차 등에 사용할 연료 및 석유와 석탄을 대체할 발전용 연료로 쓰이는 미래 에너지인 수소를 생산하는 데 사용할 것이다"면서, "신물질 제조 기술이나 우주 산업 대응 기술로까지 확장이 가능하다"라고 밝혔다